Рослини навчилися відчувати силу тяжкості відразу, як вийшли на сушу, проте досить довго це почуття залишалося у них недосконалим.
Нинішні наземні рослини колись сталися від водоросліподібних предків, що жили в стародавніх морях і океанах - сталося це близько 500 млн років тому. Природно, рослинам довелося сильно змінюватися: жити у воді - зовсім не те ж саме, що жити на суші. Воду і деякі важливі поживні речовини на суші доводиться видобувати із землі, так що рослинам довелося швидше обзавестися корінням, які не тільки качали воду з землі, але і утримували рослину на місці.
Нам здається природним, що коріння росте вниз - куди ж їм ще рости? - але для того, щоб вони росли в правильному напрямку, коріння має відчувати силу тяжкості. А змусити їх відчувати силу тяжкості завдання вже не зовсім просте, і наземні рослини не відразу вирішили її на «відмінно».
Дослідники з Австрійського науково-технологічного інституту та Педагогічного університету Шеньсі порівняли, як відчувають силу тяжкості мхи, плауни, папороті, голосеменні та квіткові рослини: їх кореневі системи змушували рости горизонтально, спостерігаючи, коли корінці почнуть загинатися книзу. Виявилося, що найгірше з «положення леда» вниз росте коріння у мхів, плаунів і папороті - тобто у трьох найдавніших груп наземних рослин (серед яких мхи давнє і плаунів, і папороті). Навпаки, у еволюційно більш молодих голосімінних (до яких відносяться, наприклад, хвойні), і квіткових (до яких відносяться і пшениця в полі, і фікус на вікні, і тополя на вулиці, і т. д.) коріння досить швидко повертали до низу. Іншими словами, гравітропізм впевнено заробив тільки у голосемінних і квіткових.
Але що сталося в їхніх рослинних клітинах? Щоб коріння росли вниз, потрібно, по-перше, відчувати гравітаційне поле, по-друге, так організувати поділ клітин, щоб корінь зростав у потрібному напрямку - тобто потрібно правильно передати сигнали, що повідомляють про силу тяжкості.
Для почуття гравітації у рослин у клітинах є особливі крохмальні гранули амілопласти, які осідають під дією сили тяжкості. У статті Nature Communications говориться, що якщо розглянути кінчик кореня у різних груп рослин, то ми побачимо, що тільки у голосеменних і квіткових амілопласти осідають прямо вниз і зібрані дійсно тільки в клітинах самого кінчика. А ось у мхів, плаунів і папороті ці гранули розподілені по клітинах кореня більш рівномірно, і тому, очевидно, не дозволяють чітко відчувати гравітаційну силу.
З іншого боку, у голосеменних і квіткових вдало налаштована передача гравітаційного сигналу за допомогою гормону ауксіна, який управляє зростанням рослинних тканин. Потік ауксину через тканини робить клітини полярними - у них з'являється верх і низ. Гормон переходить від клітини до клітини за допомогою білків-переносників, і тільки у голосемінних і квіткових білки-переносники в корінні розташовані в клітці так, щоб передавати сигнал по вертикалі. Зростання кореня регулює не тільки ауксин, але, так чи інакше, інші молекулярні сигнали, пов'язані з ауксином, теж починають циркулювати по клітинах кореня так, що корінь росте саме вниз.
Ще раз повторимо, що загалом гравітропізм у наземних рослин виник швидко, інакше вони не змогли б вкоренитися на землі - в прямому і переносному сенсі. Але на те, щоб відточити почуття сили тяжкості, знадобилися мільйони років еволюції. З іншого боку, сама по собі ідея відчувати гравітаційне тяжіння за допомогою чогось важкого в клітинах виникала в природі не раз: наприклад, один з пліснявих грибків відчуває силу тяжкості за допомогою білкового «гравітаційного кристала», причому ген для цього білка грибок запозичив у бактерії.