Peneliti Ungkap Strategi Tumbuhan Bertahan dari Gelombang Panas

LANGIT7.ID-, Jakarta- - Para ilmuwan semakin gencar meneliti bagaimana tumbuhan beradaptasi dengan perubahan iklim. Mereka menaruh perhatian khusus pada struktur kecil bernama stomata. Pori-pori mikro ini terletak di permukaan daun dan berperan penting dalam mengatur kehilangan air, pertukaran gas, serta asupan karbon dioksida untuk fotosintesis dan pertumbuhan.

Stomata berfungsi sebagai sistem pendingin alami tumbuhan. Saat gelombang panas melanda, pori-pori ini membuka lebih lebar. Hal ini memungkinkan tumbuhan melepaskan uap air dan mendinginkan diri, sehingga bisa bertahan dari suhu tinggi dan tetap berfungsi dengan baik.

Selama lebih dari seabad, para peneliti kebingungan memahami proses rumit di balik "pernapasan" stomata ini. Mereka kesulitan menjelaskan mekanisme genetik dan molekuler yang mengatur transpirasi sebagai respons terhadap panas.

Namun, sebuah studi baru dari Universitas California San Diego School of Biological Sciences berhasil mengungkap detail baru tentang mekanisme tumbuhan ini. Penelitian yang dipimpin oleh mahasiswa PhD Nattiwong Pankasem dan Profesor Julian Schroeder ini menemukan dua jalur genetik yang digunakan tumbuhan untuk mengatasi kenaikan suhu.

"Dengan meningkatnya suhu global, jelas ada ancaman terhadap pertanian akibat dampak gelombang panas," kata Schroeder. "Penelitian ini menjelaskan penemuan bahwa suhu yang meningkat menyebabkan pembukaan stomata melalui satu jalur genetik. Namun jika panas semakin intens, ada mekanisme lain yang bekerja untuk meningkatkan pembukaan stomata lebih lanjut."

Para peneliti menemukan bahwa ketika suhu naik, satu jalur genetik utama mengontrol pembukaan stomata untuk mengatur kehilangan air dan pertukaran gas. Namun saat panas meningkat melampaui ambang batas tertentu, jalur kedua yang lebih kuat mulai bekerja. Ini semakin meningkatkan pembukaan stomata, memperkuat kemampuan tumbuhan untuk mendinginkan diri dalam kondisi ekstrem.

Penemuan ini memberikan wawasan tentang bagaimana tumbuhan mengatur suhu internalnya, memungkinkan mereka bertahan bahkan saat menghadapi pemanasan global yang semakin parah.

Memahami mekanisme ini sudah lama menjadi tantangan karena rumitnya memisahkan respons terhadap suhu dan kelembaban. Pankasem memecahkan masalah ini dengan mengembangkan metode baru untuk mengatur perbedaan tekanan uap (VPD) daun pada nilai tetap saat suhu meningkat.

Hal ini memungkinkan tim peneliti mengurai mekanisme genetik respons stomata terhadap suhu. Termasuk peran sensor cahaya biru, hormon kekeringan, sensor karbon dioksida, dan protein yang sensitif terhadap suhu.

Pankasem dan rekan-rekannya meneliti respons genetik pada dua spesies tumbuhan: Arabidopsis thaliana, sejenis gulma, dan Brachypodium distachyon, tumbuhan berbunga yang berkaitan dengan tanaman pangan utama seperti gandum, jagung, dan padi.

Tim menemukan bahwa sensor karbon dioksida berperan penting dalam respons stomata terhadap panas. Saat daun memanas, sensor ini memicu peningkatan fotosintesis, mengurangi kadar karbon dioksida dan menyebabkan pori-pori stomata terbuka. Ini memungkinkan tumbuhan menyerap lebih banyak karbon dioksida dan mendapat manfaat dari peningkatan fotosintesis.

Namun, dalam kondisi panas ekstrem, fotosintesis melambat dan respons panas stomata melewati sistem sensor karbon dioksida. Ini memicu jalur respons panas sekunder untuk membuka stomata dan mendinginkan tumbuhan.

"Dampak dari mekanisme kedua, di mana tumbuhan membuka stomata tanpa mendapat manfaat dari fotosintesis, akan mengakibatkan berkurangnya efisiensi penggunaan air pada tanaman pangan," kata Pankasem. "Berdasarkan penelitian kami, tumbuhan kemungkinan akan membutuhkan lebih banyak air per unit CO2 yang diserap. Ini bisa berdampak langsung pada perencanaan irigasi dan siklus hidrologi dalam menghadapi pemanasan global."

Richard Cyr, direktur program di U.S. National Science Foundation, menyatakan, "Penelitian ini menunjukkan pentingnya riset fundamental yang didorong rasa ingin tahu dalam membantu mengatasi tantangan masyarakat, membangun ketahanan di bidang-bidang penting seperti pertanian, dan berpotensi memajukan bioekonomi."

Dengan temuan ini, Pankasem dan Schroeder kini fokus memahami mekanisme molekuler dan genetik di balik sistem respons panas sekunder. Hal ini bisa mengarah pada strategi baru untuk mengurangi konsumsi air di bidang pertanian di tengah meningkatnya suhu global.