plant zonopkomst

Hoelang duurt de nacht? Hoeveel voeding heb ik op voorraad? Dit zijn cruciale vragen die een plant voor zichzelf ‘beantwoordt’ voor de nacht begint. Dat ontdekken wetenschappers.

Een plant voedt zich gedurende de dag door energie te halen uit zonlicht. Hiermee zet hij koolstofdioxide om in suikers en zetmeel. Zodra de zon onder is, moet de plant het doen met de voorraad die hij heeft. Hij kan alleen overleven door zijn voorraad gelijkmatig te nuttigen. De enige verklaring voor hoe planten dit kunnen, is een wiskundige berekening maken. Als een plant dit niet accuraat doet, verhongert hij ’s nachts. Met de berekening voorkomt een plant niet alleen verhongering, hij maakt ook op een meest efficiënte manier gebruik van zijn energievoorraad. “Gebruikt de plant zijn energievoorziening te snel, hongeren ze als het op is uit en stoppen ze met groeien. Wanneer de voorraad juist te traag gebruikt wordt, is een deel verspild,” zegt onderzoekster Alison Smith van de studie die vanaf morgen in eLife staat.

Exact
De berekening die een plant maakt, is zo exact, dat hij gedurende de nacht de consumptiesnelheid zo aanpast dat zijn voedselvoorraad bij zonsopkomst precies op is. Ook als de nacht onverwacht vroeg valt of de bevoorrade voeding ontzettend afwijkt van gemiddeld, kan de plant zijn consumptiesnelheid precíes begroten. “Dit is het eerste concrete voorbeeld van een fundamenteel biologisch proces van zo’n geavanceerde rekenkundige berekening,” zegt onderzoeker Martin Howard van John Innes Centre.

Rekenkundig mechanisme
Waar in de plant gebeurt dit rekenwerkje? Het is niet zo dat een plant hersenen heeft zoals mensen en dieren hebben. Het blijkt dat dit rekenkundige mechanisme zich in de bladeren van de plant bevindt. De plant verzamelt informatie over de grootte van de voorraad en schat de tijd in tot de zon weer opkomt. Hiervoor gebruikt de plant een interne klok, die vergelijkbaar is met onze biologische klok. Als de plant de getallen bij elkaar heeft deelt hij ‘simpel’ de voorraad door de tijd die de nacht nog duurt. De uitkomst: de snelheid waarop een plant zijn energie kan verorberen. De plant doet dit op een manier waardoor bij zonsopkomst het nog 5% aan voorraad heeft.

Bladeren
Hoe de plant met zijn bladeren precies de berekening maakt, probeerden de wetenschappers met een wiskundig model te verklaren. Ze stelden dat de plant de voorraadgrootte en de tijdsduur codeert in de concentraties van twee moleculen: molecuul ‘S’ voor voorraad en ‘T’ voor tijd. Als de S moleculen de voorraadconsumptie stimuleren terwijl de T moleculen dit tegelijkertijd voorkomen, wordt de consumptiesnelheid bepaald door de verhouding tussen S en T. Met andere woorden: S wordt gedeeld door T.

Hoe goed een plant kan rekenen is van levensbelang voor de plant zelf. “Het is van essentieel belang voor de groei en de productiviteit van de plant,” zegt Smith. Planten groeien ook gedurende de nacht wanneer zij helemaal geen zonlicht krijgen. “Begrijpen hoe dit werkt kan helpen bij bedenken van nieuwe manieren om de opbrengst van gewassen te verhogen,” zegt ze.