Seniai žmonės pastebėjo, kad jauni saulėgrąžų žiedai dieną pasisuka sekti saulę, o naktį grįžta į pradinę padėtį, kad ryte vėl sutiktų ją rytuose. Tačiau iki šiol mokslininkams nepavyko įminti šios paslapties: kas verčia augalus atlikti kasdienį ritualą ir kodėl laikui bėgant šviesuolio „garbinimas“ nutrūksta?
Ieškodama atsakymo, Stacey Harmer iš Kalifornijos universiteto Davise ir jos kolegos atliko eksperimentų seriją.
Pirmajame etape auga saulėgrąžos natūrali aplinka, pakeitė sąlygas. Vieną grupę mokslininkai „imobilizavo“, kad augalai išvis negalėtų pasisukti, o kitą sutvirtino taip, kad saulėgrąžos saulėtekio metu buvo pasuktos į vakarus. Kai žiedai paaugo, paaiškėjo, kad abiejų grupių lapai buvo 10% mažesni nei „laisvųjų“ augalų. Tai patvirtino spėjimą, kad saulėgrąžoms stebėti saulę būtina efektyvus augimas.
Tada mokslininkai nusprendė patikrinti, ar ritmingą saulėgrąžų „šokį“ lėmė vidiniai laikrodžiai ar aplinkos sąlygos.
Jie perkėlė lauke augančius augalus į patalpą su nuolatiniu viršutiniu apšvietimu ir pastebėjo, kad saulėgrąžos kelias dienas vartojo iš vienos pusės į kitą lygiai taip pat, kaip ir anksčiau.
Tada mokslininkai patalpino augalus į specialią patalpą su lempų virvele, kuri įsijungdavo po vieną, imituodama saulės judėjimą. Kai tyrėjai užprogramavo dirbtinį apšvietimą trisdešimties valandų dienos / nakties ciklu, augalai sukasi iš vienos pusės į kitą be reguliaraus grafiko. Tačiau kai šviesos sąlygos normalizavosi, saulėgrąžos griežtai sekė dirbtinę „saulę“, parodydamos, kad vidiniai cirkadiniai ritmai vaidina svarbų vaidmenį gėlių judėjime.
Tačiau labiausiai biologus domino klausimas, kodėl po žydėjimo saulėgrąžos nustoja suktis iš vienos pusės į kitą ir sušąla, „žiūrėdamos“ saulėtekio link. Tada Harmerio komanda kai kuriuos augalus pasuko į vakarus, o tada suskaičiavo bičių ir kitų apdulkintojų, kurie nusileido ant gėlių, nukreiptų į vakarus, skaičių. skirtingoms partijoms Sveta.
Paaiškėjo, kad ryte į rytus atsuktas gėles vabzdžiai aplankydavo penkis kartus dažniau nei priešinga kryptimi.
„Matote, kad bitės pamišusios dėl į rytus nukreiptų gėlių ir mažai dėmesio skiria į vakarus nukreiptiems augalams“, – sako Stacy Harmer.
Ankstesni tyrimai parodė, kad apdulkintojai renkasi šiltesnes gėles, todėl saulėgrąžos, kurios gauna daug ankstyvo ryto šviesos, yra populiaresnės.
„Mane nuolat stebino, kokie sudėtingi yra augalai, – tęsia Harmeris. – Jie tikrai puikiai prisitaiko prie aplinkos sąlygų.
„Science“ paskelbtame tyrime keliami sudėtingesni klausimai. Pavyzdžiui, kaip augalai nurodo laiką ir kaip rasti teisingą kryptį, kai tamsoje pasuka ten, kur patekės saulė?
Tačiau, pasak ekspertų, pats faktas, kad saulėgrąžos turi vidinį laikrodį ir vadovaujasi savo ritmu, yra „Šventasis Gralis“ tiriant jų sudėtingą elgesį. Ir, kaip pabrėžiama universiteto pranešime spaudai, tai pirmasis natūralioje aplinkoje gyvenančių augalų laikinės sinchronizacijos pavyzdys, turintis tiesioginės įtakos augimo efektyvumui.
2016 m. rugpjūčio 5 d., 17:59
Žmonės jau seniai pastebėjo, kad jauni saulėgrąžų žiedai dieną pasisuka paskui Saulę, o naktį grįžta į pradinę padėtį, kad ryte vėl sutiktų ją rytuose. Kas verčia augalus atlikti savo kasdienį ritualą ir kodėl laikui bėgant šviesuolio „garbinimas“ nutrūksta, o subrendusios saulėgrąžos nesisuka už Saulės, o lieka nukreiptos tik į rytus.
Ieškodama atsakymo, Stacey Harmer iš Kalifornijos universiteto Deivis ir jos kolegos atliko daugybę eksperimentų, kurie patvirtino nuojautą, kad norint, kad saulėgrąžos augtų efektyviau, būtina stebėti Saulę. Mokslininkai fiksavo augalus, neleisdami jiems suktis, arba, priešingai, suko vazonus, sutrikdydami natūralią judėjimo eigą. Abiem atvejais augalų lapai pasirodė maždaug 10% mažesni nei jų kaimynų, kurie ramiai pasuko už Saulės.
Be to, ekspertai uždėjo kelis taškus ant stiebo su žymekliu, kad ištirtų, kaip saulėgrąža juda už Saulės. Mokslininkai stebėjo taškus naudodami vaizdo kamerą. Jei atstumas tarp jų pasikeitė, tai reiškė, kad gėlių stiebas auga ten, kur buvo nubrėžti šie taškai.
Kai augalai pasuko sekti Saulę dienos metu, rytinė stiebo pusė augo greičiau nei vakarinė, todėl pati gėlė pasisuko į Saulę. Ir naktį Vakarinė pusė augo greičiau, o stiebas pasisuko kita kryptimi.
Augalo judėjimas atliekamas specialių motorinių ląstelių, dalyvaujančių augimo mechanizme ir esančių lanksčiame gėlės pagrinde, pagalba. Paaiškėjo, kad šis judėjimas priklausė nuo vidinis laikrodis augalai - cirkadiniai ritmai, kurios kontroliuoja įvairius gyvenimo procesus, susijusius su dienos, nakties, ryto ir vakaro pradžia. „Laikrodis“ kontroliuoja augimo greitį ir priverčia vieną stiebo pusę augti greičiau nei kitą. Dėl to saulėgrąžos pamažu pasuka sekti Saulę.
Saulėgrąžoms bręstant ir gėlei išsiskleidus, bendras augimas sulėtėja, o augalai dienos metu nustoja judėti ir lieka orientuoti į rytus. Faktas yra tas, kad augalas stipriau reaguoja į saulės šviesą anksti ryte nei po pietų, todėl dienos metu palaipsniui nustoja judėti į vakarus.
Hagop Atamian / U.C. Davis
Amerikos mokslininkai išsiaiškino, kurie mechanizmai yra atsakingi už aliejinių saulėgrąžų orientaciją ( Helianthus annuus) apie Saulę ir kokią evoliucinę reikšmę ji turi. Paaiškėjo, kad gebėjimas suktis veikiant saulės šviesai (heliotropizmas) yra susijęs su koordinuotu šviesai jautrių mechanizmų darbu ir augalo cirkadiniais ritmais. Darbo rezultatai buvo paskelbti žurnale Mokslas.
Dieną jaunos saulėgrąžos pasuka paskui Saulę iš rytų į vakarus, o naktį – atgal, kad ryte vėl pasitinka saulės šviesą. Žydintys augalai sustabdo šį judėjimą ir visada nukreipti į rytus. Norėdami suprasti, kodėl taip nutinka, Kalifornijos ir Virdžinijos universitetų mokslininkai atliko daugybę eksperimentų lauke ir patalpose.
Pirmajame savo darbo etape jie dirbtinai pritvirtino kai kurias eksperimentines saulėgrąžas, neleisdami joms sekti Saulę. Bendras tokių augalų biomasės ir lapų plotas buvo vidutiniškai 10 procentų mažesnis nei auginamų be apribojimų. Taigi, jauniesiems augalams intensyvesniam augimui reikia suktis už Saulės.
Atvirkštinis posūkis į rytus nakties metu rodo, kad šiame procese dalyvauja cirkadinio ritmo reguliavimo mechanizmai. Mokslininkai tai patvirtino atnešę saulėgrąžas iš lauko į patalpą su nuolatiniu apšvietimu (augalai toliau sukasi dar kelias dienas) ir įvedę dirbtinį 30 valandų apšvietimo ciklą (buvo sutrikęs augalų sukimosi ritmas, sugrįžta į normalus 24 valandų ciklas).
Saulėgrąžos neturi lapų pagalvėlių – specialių motorinių organų, suteikiančių kai kurių augalų rūšių heliotropizmą. Atsižvelgiant į tai, kad saulėgrąžų judesių amplitudė jai augant mažėja, kol subrendusiems augalams jos visiškai nėra, mokslininkai teigia, kad saulėgrąžos sukimasis už Saulės užtikrina netolygų stiebo pailgėjimą dienos metu. Eksperimentai su augalais, kuriuose trūksta augimo hormono giberelino, taip pat genų aktyvumo vakarinėje ir rytinėje stiebo pusėse tyrimai patvirtino šią hipotezę. Be to, paaiškėjo, kad vakarinės stiebo pusės augimas, kuris intensyvesnis naktį, vyksta „pagal nutylėjimą“, o rytinės pusės augimą, kuris būtinas dieną, reguliuoja šviesai jautrus mechanizmai (ypač hormono auksino perskirstymas veikiant fototropinams).
Gėlių temperatūros pokyčiai dienos metu
Evanas Brownas / Virdžinijos universitetas
Kai saulėgrąža nustoja augti ir žydi, cirkadiniai ir šviesos jutimo mechanizmai praranda savo reikšmę, augalas lieka orientuotas į rytus. Kai kurias eksperimentines saulėgrąžas pasukus į vakarus, mokslininkai įsitikino, kad apdulkinantiems vabzdžiams tokie augalai praktiškai neįdomūs, skirtingai nei atsukti į rytus. 24 valandų temperatūros fiksavimas parodė, kad į rytus orientuotos gėlės įšyla daug geriau ir greičiau, pritraukdamos vabzdžius. Kai gėlės, pasuktos į vakarus, buvo dirbtinai kaitinamos, apdulkintojų susidomėjimas jomis grįžo.
Taigi jaunų saulėgrąžų posūkius už Saulės užtikrina bendras cirkadinių ir šviesai jautrių mechanizmų darbas, jos tarnauja intensyviam biomasės didinimui. Suaugusių augalų orientacija į rytus būtina jų atšilimui, o tai pritraukia apdulkinančius vabzdžius.
MASKVA, rugpjūčio 5 d. – RIA Novosti. Saulėgrąžos turi nuostabų gebėjimą nuolat „žiūrėti“ į Saulę dėl mutacijos, kuri pakeitė jų „vidinio laikrodžio“ veikimą taip, kad jos nepaprastai neįprastai organizuoja jos ląstelių augimą, todėl žiedynas pradeda žydėti. šviesiu paros metu suktis iš rytų į vakarus, rašoma žurnale „Science“ paskelbtame straipsnyje.
„Tai, kad augalas turi idėją, kada ir kur patekės Saulė, privertė manyti, kad yra ryšys tarp „biolaikrodžio“ ir baltymų bei genų grandinės, kontroliuojančios saulėgrąžų augimą. Tai, kad tokiu būdu gėlė gauna daugiau šviesos, ji taip pat labiau pritraukia bites, nes jos mėgsta šiltus paviršius“, – sakė Stacey Harmer iš Kalifornijos universiteto Deivise (JAV).
Remdamasi šia prielaida, Harmer ir jos kolegos atskleidė vieną seniausių ir įdomių mįslių botanika, tyrinėja vadinamųjų cirkadinių ritmų, valdančių visus augalų ir gyvūnų ląstelėse vykstančius procesus priklausomai nuo paros laiko, darbą ir jų įtaką augimą skatinančio baltymo oksino darbui.
Tam straipsnio autoriai užaugino keletą saulėgrąžų, kurių dalis buvo pasodinta laboratorijoje, kur nuolat degė šviesa, o kitas – įprastame lauke. Mokslininkai kai kuriuos augalus pritvirtino kubiluose taip, kad jie negalėtų pasisukti už Saulės, o tai leido įvertinti tokio evoliucinio prisitaikymo atsisakymo pasekmes.
Mokslininkai nustatė, kad saulėgrąžos iš Van Gogho paveikslo turi genų mutacijųVan Gogo paveikslų serijoje pavaizduotos saulėgrąžos rodo genų mutacijų požymius, teigiama Džordžijos universiteto (JAV) mokslininkų publikuotame straipsnyje „PLoS Genetics“.Atskleisti šio judesio principus jiems padėjo geniali technika, kurią sugalvojo vienas iš straipsnio autorių – biologai paėmė žymeklį ir pažymėjo kelis saulėgrąžos stiebo taškus, kuriuos stebėjo vaizdo kamera. Jei atstumas tarp jų pasikeitė, tai reiškė, kad gėlių stiebas auga ten, kur buvo nubrėžti šie taškai.
Kaip parodė stebėjimai, gėlės judėjimo „variklis“ buvo augalo vidinis laikrodis – šviesai jautrių baltymų ir su jais „susijungusių“ genų rinkinys, valdantis įvairius gyvybės procesus, susijusius su dienos, nakties, ryto pradžia. ir vakare.
Jei dienos trukmė pasikeitė dirbtinai, saulėgrąžos prarado galimybę orientuotis į Saulę, net jei dirbtinis šviesos šaltinis judėjo „dangumi“ taip pat, kaip tikroji žvaigždė. Tai iš karto turėjo neigiamos įtakos gėlės augimo greičiui, biomasės prieaugiui ir sėklų vystymuisi.
Žymeklis „taškeliai“ tiksliai atskleidė, kaip tai atsitiko – paaiškėjo, kad šie laikrodžiai įtakoja gėlės judėjimą dviem būdais: valdydami augimo greitį ir priversdami vieną stiebo pusę augti greičiau už kitą. Dėl to saulėgrąžos šviesiuoju paros metu palaipsniui virsta sekdamos Saulę.
Ši saulėgrąžų savybė gali turėti vieną netikėtą evoliucinę naudą – Harmer ir jos kolegos išsiaiškino, kad bitėms patinka šiltos gėlės, ypač ryte, o pasisukus į saulę gėlė greičiau sušyla ir pritraukia daugiau apdulkintojų.
Pirma, verta išsiaiškinti vieną labai svarbų dalyką. Teiginys, kad saulėgrąžos visada seka Saulę, yra teisingas tik tuo atveju, jei kalbame apie jaunas, dar neprasiskleidusias saulėgrąžas. Priešingai populiariems įsitikinimams, subrendusios saulėgrąžų gėlės nesisuka paskui Saulę ir dažniausiai nukreiptos į rytus.
Neatsiskleidę saulėgrąžų pumpurai iš tikrųjų seka Saulę, keičia savo padėtį per dieną. Šis reiškinys vadinamas heliotropizmu (žr. pastraipą straipsnio pabaigoje).
Saulės stebėjimas yra būtinas, kad saulėgrąžos augtų efektyviau. Mokslininkai fiksavo augalus, neleisdami jiems suktis, arba, priešingai, suko vazonus, sutrikdydami natūralią judėjimo eigą. Abiem atvejais augalų lapai pasirodė maždaug 10% mažesni nei jų kaimynų, kurie ramiai pasuko už Saulės.
Be to, ekspertai uždėjo kelis taškus ant stiebo su žymekliu, kad ištirtų, kaip saulėgrąža juda už Saulės. Mokslininkai stebėjo taškus naudodami vaizdo kamerą. Jei atstumas tarp jų pasikeitė, tai reiškė, kad gėlių stiebas auga ten, kur buvo nubrėžti šie taškai.
Kai augalai pasuko sekti Saulę dienos metu, rytinė stiebo pusė augo greičiau nei vakarinė, todėl pati gėlė pasisuko į Saulę. O naktį vakarinė pusė augo greičiau, o stiebas pasisuko į kitą pusę.
Saulėgrąžų judėjimo paslaptis slypi netolygus augimas jo stiebas. Mokslininkų teigimu, tiesioginis saulės spinduliai naikina stiebe esančius augimo hormonus, kurie vadinami auksinais. Dėl netolygaus šių hormonų pasiskirstymo išilgai stiebo saulėgrąža lėčiau auga saulėtoje, o šešėlinėje – greičiau, todėl visas stiebas pakreipiamas į saulę. Keičiantis saulės padėčiai, kinta ir auksinų pasiskirstymas išilgai stiebo, o tai savo ruožtu lemia ir žiedo pasvirimo pasikeitimą.
Taigi, augalo judėjimas atliekamas specialių motorinių ląstelių, dalyvaujančių augimo mechanizme ir esančių lanksčiame gėlės pagrinde, pagalba. Paaiškėjo, kad šis judėjimas priklausė nuo augalo vidinio laikrodžio – cirkadinių ritmų, kurie valdo įvairius gyvybės procesus, susijusius su dienos, nakties, ryto ir vakaro pradžia. „Laikrodis“ kontroliuoja augimo greitį ir priverčia vieną stiebo pusę augti greičiau nei kitą. Dėl to saulėgrąžos pamažu pasuka sekti Saulę.
Saulėgrąžoms bręstant ir gėlei išsiskleidus, bendras augimas sulėtėja, o augalai dienos metu nustoja judėti ir lieka orientuoti į rytus. Faktas yra tas, kad augalas stipriau reaguoja į saulės šviesą anksti ryte nei po pietų, todėl dienos metu palaipsniui nustoja judėti į vakarus.
Kaip saulėgrąžos juda naktį?
Kaip visi žinome, ryte neatsiskleidę saulėgrąžų pumpurai pasitinka saulę rytuose, o vakare ją išlygina vakaruose. Čia galėtume baigti savo straipsnį, jei ne vienas „bet“: ryte saulėgrąžų pumpurai vėl nukreipti į rytus! Kyla visiškai logiškas klausimas: „kaip? Kodėl saulėgrąžos ir toliau juda naktį, be jokios saulės įtakos? Be to, naktį saulėgrąžų judėjimas vyksta daug didesniu greičiu nei dieną.
Mūsų bendram nusivylimui, mokslininkai dar negali tiksliai atsakyti į šį klausimą. Remiantis viena teorija, naktį saulėgrąžų ląstelės išskiria energiją, kuri susikaupė pakrypus stiebui, „spyruodamos“ gėlę atgal. Remiantis kita teorija, naktinis stiebo judėjimas nepriklauso nuo saulės ir jį lemia pačios saulėgrąžos „vidinis laikrodis“.
Kodėl suaugusi saulėgrąža visada nukreipta į rytus?
Augant stiebui ir sunkėjant gėlei, augimo hormonų persiskirstymas sukelia vis mažiau pastebimą poveikį. Galiausiai saulėgrąžos tampa per sunkios, kad galėtų judėti. Todėl sunokusi saulėgrąža nebeseka Saulės ir visada nukreipta į rytus. Bet kodėl būtent į rytus?
Tyrėjai taip pat neturi tikslaus atsakymo į šį klausimą. Kai kurie mokslininkai teigia, kad vieną naktį gėlė „atsisuka“. rytinė pusė ir nebegali pakartoti savo kelionės į vakarus.
Kad ir kaip būtų, mokslininkai toliau tiria saulėgrąžas, kurios daugeliui netikėtai pasirodė esąs kažkas daug sudėtingesnio nei tiesiog gėlė, nuolat sekanti Saulę.
Gėlių heliotropizmas
Heliotropinės gėlės seka Saulės judėjimą dangumi visą dieną iš rytų į vakarus. Naktį gėlės gali orientuotis gana netvarkingai, o auštant pasisuka į rytus, link kylančio šviesuolio. Judėjimas atliekamas naudojant specialias motorines ląsteles, esančias lanksčiame gėlių pagrinde. Šios ląstelės yra jonų siurbliai, kurie tiekia kalio jonus į netoliese esančius audinius, o tai keičia jų turgorą. Segmentas lenkiasi dėl šešėlinėje pusėje esančių motorinių ląstelių pailgėjimo (dėl hidrostatinio krūvio augimo vidinis slėgis). Heliotropizmas yra augalo reakcija į mėlyną šviesą. Viena iš heliotropiškiausių gėlių yra saulėgrąža, kuri labiau nei bet kuri kita spalva „seka“ saulę, ypač ankstyvas amžius kol užaugs galva didelis dydis ir netaps per sunkus judėti (šiuo metu visos jo jėgos sutelktos į sėklų nokinimą). Didesniu ar mažesniu mastu beveik visos gėlės yra heliotropinės.
Kai kurie saulę stebintys augalai nėra gryni heliotropai: jų cirkadiniai judesiai yra inicijuojami saulės šviesa, ir dažnai tęsiasi kurį laiką po jo išnykimo.
Yra plačiai paplitęs klaidingas įsitikinimas, kad saulėgrąžos „pasiekia“ saulę (heliotropizmas). Tiesą sakant, subrendusios saulėgrąžų gėlės dažniausiai nukreiptos į rytus ir nejuda. Tačiau saulėgrąžų pumpurai (prieš žydėjimą) yra heliotropiniai. Per dieną jie keičia savo orientaciją iš rytų į vakarus.
Panašūs straipsniai
