איך שורשי הצמחים
מתפצלים?

כשצמחי המים הקדומים ביותר עלו ליבשה, שורשיהם היו איברים חוטיים שעיגנו את הצמחים לקרקעית. מאובנים מהתקופה ההיא, לפני כ-500 מיליון שנה, מלמדים שבדרכם ליבשה הצמחים עברו התאמות שאפשרו להם לקלוט מים ומזון מהקרקע, אולם האיברים החוטיים התקשו לבצע את המשימה החדשה הזאת ולספק לצמחים את המשאבים הנחוצים להם כדי לצמוח לגובה ולתפקד בסביבה היבשה. בהדרגה הפך החלק התת-קרקעי של הצמח לאיבר מורכב המסוגל גם להסתעף, וכך יכלו צמחי היבשה לאכלס אזורים יבשים יותר ולצמוח לגובה. הסתעפות השורשים אפשרה לצמח להתפשט לשטחי קרקע רחבים יותר, וכך לקלוט יותר חומרים מזינים ולעגן את עצמו לאדמה - שני קריטריונים הכרחיים לאכלוס היבשה.

הצמחים הראשונים שגידלו מערכות שורשים מורכבות היו ממערכת בעלי הקשקשים (Lycophyte). בקצות השורשים היו להם אזורי גדילה, הקרויים מריסטמות (או רקמה יוצרת), ובהם תאי גזע, שלא קיבלו עדיין את צורתם הסופית. כל אזור כזה התפצל לשניים וכל קצה צימח שורש חדש. צורת ההסתעפות הזו העניקה לצמח גישה לאזורים רחבים יותר של קרקע, אך כשהשתנו תנאי הסביבה, תגובת הצמח נותרה מוגבלת, שכן השורשים יכלו לצמוח מקצותיהם בלבד, ולא מהחלקים הבוגרים שלהם. 

בהדרגה הפך החלק התת-קרקעי של הצמח לאיבר מורכב המסוגל גם להסתעף. יער בעידן הפלאוזואיקון | איור: Richard Jones, Science Photo Library

כאן נכה שורש

אחרי בעלי הקשקשים התפתחו השרכים (Polypodiopsida). בקצה השורשים שלהם יש מריסטמה פשוטה, דומה לזו של בעלי הקשקשים, שאחראית להתארכות השורש. אך בשונה מבעלי הקשקשים, שבהם כל התאים שנוצרים מחלוקת התאים במריסטמות הופכים מייד לתאי שורש רגילים בצורתם הסופית, בשורשי השרכים נותרים גם תאי גזע שטרם קיבלו את תפקידם הסופי. כך נותרים לאורך השורש מעין גרעיני צמיחה שיכולים להתחלק וליצור שורשים צדדיים לאורך השורש.

לאורך האבולוציה, שרכים שגידלו שורשים לאורך השורש, ולא רק בקצהו, יכלו לקלוט יותר מים ומזון מהקרקע. עם זאת, שורשי שרכים חדשים יכולים להיווצר רק במקומות שבהם השתמרו אותם גרעיני צמיחה, ויכולתם להסתגל לשינויים בתנאי הסביבה נותרה מוגבלת. עדיין חסרה להם היכולת ליצור הסתעפויות חדשות בכל מקום שבו זה יועיל, במיוחד לאורך השורש.

הצמחים המפותחים ביותר מבחינה אבולוציונית הם צמחי הזרע (Spermatophyta). הקבוצה הזאת כוללת את רוב צמחי הבר והצמחים המבויתים שאנו מכירים כיום. שכבת המַעֲטָף (pericycle) בתוך גליל השורש מכילה תאים שיכולים להפוך לכמה סוגים של תאי שורש וליצור שורשים צדדיים. המנגנון הזה מאפשר תגובה גמישה לתנאי הסביבה, שכן שורש צדדי יכול להיווצר בכל נקודה לאורך השורש המרכזי, בהתאם לתנאי הסביבה ולצורכי הצמח.

בהתפתחות שורשים צדדיים בצמחי הזרע ובמרבית השרכים ממלא תפקיד מרכזי ההורמון הצמחי אוקסין. ההורמון נשלח מקצה השורש למקום שבו דרוש לצמח שורש צדדי. הצטברות ההורמון בתאי המעטף גורמת לגרעיני תאים סמוכים להתקרב זה לזה ולתאים עצמם להתחלק וליצור נקודת התפצלות חדשה המורכבת מתאי גזע. התקרבות הגרעינים זה לזה מאיצה את התאים להתחלק בצורה לא אחידה. כך נוצר מקבץ של תאים קטנים שמתחלקים מהר ויוצרים שורש צדדי חדש, על כל רקמותיו, המחובר לשורש המרכזי. 

חסרה להם היכולת ליצור הסתעפויות חדשות במקומות המועילים, במיוחד לאורך השורש. עלים ושורשים של שרך | ElenVik, Shutterstock

לחכות לרגע הנכון

אז מה גורם לשורשים להסתעף? ראשית, הגנטיקה של כל צמח מכתיבה ארכיטקטורת שורשים אופיינית. שנית, תנאי הסביבה משפיעים על מבנה השורשים. פיזור החומרים בקרקע אינו אחיד, ועל כן יש יתרון לצמחים שמצמיחים שורשים בצורה אסטרטגית ובמקומות הנכונים. במחקר שהתפרסם בכתב העת Science נמצא כי אזורים בשורש החשופים לאוויר מונעים מההורמון אוקסין ליצור שורשים צדדיים. כך לא מתבזבזת אנרגיה על יצירת שורשים באזורים שאין בהם גישה למים. חלקי השורש שחשופים למים מגייסים אוקסין, שמפעיל את תהליך ההסתעפות של השורש. גם לחנקן או לזרחה (פוספט) בקרקע, שניהם חומרי מזון חיוניים לצמחים, יש השפעה דומה. 

במקרים מסוימים אורגניזמים אחרים, למשל פטריות, משפיעים על צורת מערכת השורשים. דוגמה לכך היא האורניות – פטריות שמקיימות יחסי שיתוף (צוותאות, או סימביוזה) עם עצי אורן ירושלים – ומשפיעות על פעילות ההורמונים בשורשי האורנים. הפטריות מפרישות הורמונים ישירות לתוך השורש, או משנות את תהליך הפרשת ההורמונים ועיבודם על ידי העץ עצמו. הפטריות מעלות את נוכחות האוקסין בשורש ומדכאות הורמונים אחרים, ועל ידי כך מעודדות התפתחות של שורשים צדדיים ובולמות את פעילות המריסטמה של קצה השורש, האחראית על התארכותו. התוצאה היא מבנה שורשים אופייני הקרוי "הסתעפות דיכוטומית", שמזכיר בצורתו את האות הלטינית V. המבנה הזה מגדיל את השטח הזמין לפטריות להיקשר לשורש ולחלוק דרכו חומרים מזינים עם העץ.

האתגרים המרכזיים של הצמחים במהלך מסעם האבולוציוני היו התמודדות עם תנאי יובש וצמיחה לגובה. ההתפתחות המשמעותית שאפשרה את ההתמודדות המוצלחת עם שניהם הייתה מערכת שורשים מורכבת, שמסוגלת להגיב לתנאי הסביבה ולהתאים להם את צורת הצמיחה של השורשים.