איך עץ יודע לאן לגדול?

זרע נטמן באדמה. סביבו חשוך, ואין בו עיניים שיוכלו לזהות היכן פני הקרקע. ובכל זאת, כשהוא נובט, השורש הראשוני פונה בדרך כלל למטה, ואילו הנצר, שממנו יתפתחו הגבעול והעלים, פונה למעלה. גם אם נשנה את תנוחת הזרע, הצמח מסוגל לתקן את כיוון צמיחתו. כיצד הוא מבחין בין מעלה למטה?

אחד המפתחות לכך הוא כוח הכבידה. המשיכה, המחזיקה אותנו על הקרקע, משמשת לצמח אות המכוון את צמיחתו. התגובה הזאת נקראת "גרביטרופיזם" - צמיחה המכוונת ביחס לכבידה. השורש הראשוני גדל בדרך כלל בכיוון המשיכה, ואילו הנצר גדל בכיוון ההפוך. התגובה מתרחשת באמצעות הבדלים בקצב התארכות התאים בשני צדי הגרעין.

בתוך הצמח מצויים תאים מיוחדים החשים את כיוון הכבידה. בשורש הם נמצאים בעיקר בכיפת השורש, הרקמה המכסה את קצהו. בתאים האלה יש גופיפים המכילים עמילן, הקרויים "עמילופלסטים". הם צפופים מהנוזל שסביבם, ולכן נוטים לשקוע אל הצד התחתון של התא. בתפקידם כחיישני כבידה הם מכונים "סטטוליתים". אפשר לדמות אותם למשקולות זעירות, שמיקומן משתנה כאשר משנים את תנוחת השורש.

כאשר שורש מוטה על צדו, הגופיפים שוקעים לכיוון התחתון החדש. בעקבות השינוי מתחילה שרשרת של תגובות בתוך התאים. חלבונים המשתתפים בהעברת הורמון הצמיחה אוקסין משנים את פיזורם, וכך משתנה גם מסלול ההובלה של ההורמון. בצדו התחתון של השורש מצטבר יותר אוקסין מאשר בצדו העליון. האוקסין מועבר אל אזור ההתארכות, שנמצא מאחורי קצה השורש, ושם הוא משפיע על הגדילה.

מחקרים מראים כי להורמון זה ישנן שתי פעילויות נפרדות: אותו הורמון יכול לעורר תגובות שונות בשורש ובגבעול.

בשורש, העלייה המקומית בריכוז האוקסין מעכבת את התארכות התאים בצד התחתון. התאים בצד העליון מתארכים יותר, והבדל הגדילה מכופף את השורש כלפי מטה. בגבעול צעיר, במסגרת תגובת הכבידה, האוקסין מעודד התארכות בצד התחתון. צד זה גדל יותר מהצד העליון, ולכן הגבעול מתכופף כלפי מעלה. כך מתקבלות שתי תגובות הפוכות באמצעות שינוי בפיזורו של אותו חומר.

הצמח מתקן אפוא את כיוונו תוך כדי גדילה. תאים מסוימים חשים את השינוי בתנוחה, מערכת ההובלה מעבירה את האות, ותאים באזור אחר משנים את קצב התארכותם. בשורש, המקום שבו נקלט כיוון הכבידה והמקום שבו מתרחשת ההתכופפות הם אזורים נפרדים, הפועלים בתיאום.

אפשר לראות זאת בניסוי פשוט: מנביטים עדשים על נייר לח, בכלי שקוף, ולאחר שהשורשים מתארכים מעט – מסובבים את הכלי על צדו, בלי להזיז את הזרעים ממקומם. בהמשך אפשר להבחין שקצות השורשים משנים כיוון ופונים שוב מטה. החלק שכבר צמח נשאר כעדות לתנוחה הקודמת, והצמיחה החדשה מציירת עיקול.

עם זאת, צורתו של עץ מורכבת יותר מהכלל "שורשים למטה וענפים למעלה". שורשים צדדיים מתפשטים גם לרוחב, וענפים צומחים בזוויות שונות. לאיברים שונים יש זוויות צמיחה אופייניות ביחס לכבידה. גם האור ותנאי הסביבה משתתפים בעיצוב הצמח. לכן מערכת השורשים והצמרת יוצרות מבנה מסועף.