Το ανθρώπινο μάτι βλέπει φως σε ένα πολύ συγκεκριμένο και στενό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος — περίπου από τα 380 έως τα 700 νανόμετρα. Τα φυτά, όμως, «βλέπουν» περισσότερα από εμάς. Διαθέτουν μοριακούς αισθητήρες ικανούς να ανιχνεύουν μήκη κύματος πέρα από το κόκκινο άκρο του ορατού φάσματος, στην περιοχή του εγγύς υπέρυθρου — μια ικανότητα που τους επιτρέπει να «διαβάζουν» το περιβάλλον τους με τρόπους αόρατους για εμάς.
Ένα σημείο ακριβείας
Πριν προχωρήσουμε, αξίζει μια διευκρίνιση: το φως που ανιχνεύουν τα φυτά σε αυτή την περιοχή ονομάζεται επιστημονικά «ερυθρό άκρο» ή far-red και βρίσκεται περίπου στην περιοχή των 700–800 nm, στο όριο με το εγγύς υπέρυθρο. Τα μήκη κύματος πάνω από το όριο του ορατού φάσματος είναι πλέον αόρατα στον άνθρωπο, ενώ τα φυτά διαθέτουν φωτοϋποδοχείς που μπορούν να ανιχνεύουν και να αξιοποιούν πληροφορίες από αυτή την περιοχή. Στην καθημερινή γλώσσα συχνά αποκαλείται απλώς «υπέρυθρο», αν και τεχνικά το far-red αποτελεί ξεχωριστή φασματική περιοχή στο όριο του ορατού και του υπέρυθρου φωτός. Σε κάθε περίπτωση, πρόκειται για μήκη κύματος που ο άνθρωπος πρακτικά δεν αντιλαμβάνεται, αλλά τα φυτά μπορούν να «διαβάζουν» με αξιοσημείωτη ακρίβεια.
Το φυτόχρωμα: το «μάτι» των φυτών
Ο πρωταγωνιστής αυτής της ικανότητας είναι μια πρωτεΐνη-φωτοϋποδοχέας που ονομάζεται φυτόχρωμα. Λειτουργεί σαν ένας μοριακός διακόπτης με δύο φωτομετατρέψιμες καταστάσεις, την Pr και την Pfr: όταν απορροφά κόκκινο φως, μετατοπίζεται κυρίως προς την Pfr, τη βιολογικά ενεργότερη μορφή, ενώ το far-red μετατοπίζει την ισορροπία προς την Pr. Αυτή η αντιστρεπτή μετάβαση ενημερώνει το φυτό για τις συνθήκες φωτισμού γύρω του.
Υπάρχουν πολλαπλές μορφές φυτοχρώματος στα φυτά, με πιο γνωστά τα phyA και phyB. Το phyA έχει ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στις αποκρίσεις σε far-red φως, ενώ το phyB αποτελεί βασικό ρυθμιστή των αποκρίσεων στην αναλογία κόκκινου προς far-red, μεταξύ άλλων και της αποφυγής σκιάς. Τα σήματα που προκαλούνται από την ενεργοποίηση των φυτοχρωμάτων μπορούν να οδηγήσουν σε μεταβολές στη γονιδιακή έκφραση και να επηρεάσουν την ανάπτυξη και τη μορφογένεση του φυτού.
Γιατί έχει σημασία αυτό το «αόρατο» φως
Το far-red φως απορροφάται πολύ λιγότερο από τη χλωροφύλλη σε σχέση με το κόκκινο. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία στη σκιά που ρίχνουν άλλα φυτά: τα φύλλα απορροφούν μεγάλο μέρος του κόκκινου φωτός, ενώ σχετικά μεγαλύτερο ποσοστό far-red μεταδίδεται ή ανακλάται. Έτσι, η αναλογία κόκκινου προς far-red φωτός λειτουργεί σαν ένα ιδιαίτερα χρήσιμο «σήμα» για το φυτό: του παρέχει πληροφορίες για το αν βρίσκεται κάτω από ανοιχτό ουρανό ή κοντά σε ανταγωνιστική βλάστηση.
Όταν ένα φυτό ανιχνεύει χαμηλή αναλογία κόκκινου προς far-red —ένδειξη ότι γειτονικά φυτά το σκιάζουν— μπορεί να ενεργοποιήσει μια σειρά αντιδράσεων γνωστών ως «αποφυγή σκιάς» (shade avoidance). Οι αποκρίσεις περιλαμβάνουν την επιμήκυνση του βλαστού και του μίσχου, αλλαγές στη θέση των φύλλων και, ανάλογα με το είδος και τις συνθήκες, επιτάχυνση της ανθοφορίας. Στην πράξη, αυτό μεταφράζεται σε φαινόμενα που πολλοί έχουν παρατηρήσει χωρίς να γνωρίζουν την αιτία τους: φυτά που επιμηκύνονται γρήγορα προσπαθώντας να ξεπεράσουν τη σκιά γειτονικών φυτών και να φτάσουν σε περισσότερο φως.
Πέρα από τη σκιά: βλάστηση και ανθοφορία
Η ευαισθησία στο κόκκινο και το far-red φως δεν αφορά μόνο τα ενήλικα φυτά. Ήδη από τη δεκαετία του 1950, βοτανολόγοι παρατήρησαν ότι οι σπόροι πολλών φυτών βλάσταιναν με υψηλότερα ποσοστά όταν εκτίθενται σε κόκκινο φως, ενώ η επίδραση μπορούσε να αντιστραφεί με far-red φως — μια παρατήρηση που συνέβαλε στην ανακάλυψη του φυτοχρώματος. Η απόκριση αυτή επιτρέπει στους σπόρους να χρησιμοποιούν τις συνθήκες φωτισμού ως πληροφορία για το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται.
Το ίδιο σύστημα επηρεάζει και τον χρόνο ανθοφορίας, την ανάπτυξη των φυτών κατά τη μετάβαση από το σκοτάδι στο φως, καθώς και πολλές άλλες αναπτυξιακές διαδικασίες. Είναι, ουσιαστικά, ένα ολόκληρο σύστημα ρύθμισης της ζωής του φυτού, βασισμένο σε πληροφορία που για τον άνθρωπο παραμένει σχεδόν αόρατη.
Ένα κρυφό κανάλι επικοινωνίας
Το ενδιαφέρον είναι ότι αυτή η ικανότητα δεν αποτελεί σπάνια εξαίρεση, αλλά βασικό χαρακτηριστικό των φυτών. Ακόμα και φυτά χωρίς τα ίδια σύνολα φυτοχρωμάτων που συναντώνται στα ανώτερα φυτά, όπως βρύα και φτέρες, εμφανίζουν αποκρίσεις που προκαλούνται από far-red φως και διαθέτουν φυτοχρωμικά συστήματα. Αυτό υποδηλώνει ότι η ικανότητα ανίχνευσης αυτού του «αόρατου» φωτός έχει πολύ αρχαία εξελικτική ιστορία και αποτελεί σημαντικό εργαλείο προσαρμογής των φυτών στο περιβάλλον τους.
Με άλλα λόγια, ενώ εμείς περπατάμε ανάμεσα σε δέντρα και φυτά βλέποντας μόνο πράσινο, κόκκινο και καφέ, τα ίδια τα φυτά αντιλαμβάνονται συνεχώς πληροφορίες από ένα φάσμα φωτός που για εμάς είναι σε μεγάλο βαθμό αόρατο.
