Поле цветущих подсолнухов (Helianthus annuus) — эффектное зрелище именно потому, что все крупные жёлтые соцветия смотрят в одну сторону — на восток, навстречу утреннему солнцу. Но задолго до цветения, пока растение ещё молодое, оно ведёт себя совсем иначе: верхушка стебля в течение дня плавно поворачивается вслед за солнцем с востока на запад, а ночью — разворачивается обратно на восток, к рассвету. Это явление называется гелиотропизм, или солнечное слежение (solar tracking), и до работы команды Стейси Хармер из Калифорнийского университета в Дэйвисе оставалось загадкой, что именно им управляет — и главное, зачем взрослые растения вообще перестают двигаться.
Как устроено слежение за солнцем
Исследователи показали, что дневное вращение молодого подсолнуха управляется не просто прямой реакцией на свет, а внутренними циркадными часами растения — тем же типом молекулярного «таймера» на 24-часовом цикле, что регулирует суточные ритмы у людей и других живых организмов.
Механизм оказался элегантным: разные стороны стебля растут с разной скоростью в разное время суток. В светлое время суток восточная сторона стебля удлиняется быстрее, чем западная, — из-за этого верхушка наклоняется на запад вслед за движением солнца. Ночью, наоборот, быстрее растёт западная сторона стебля — и верхушка возвращается обратно на восток, чтобы «встретить» рассвет. Учёные обнаружили, что на противоположных сторонах вращающегося стебля по-разному работают именно гены, отвечающие за ростовые, фототропные реакции растения, — а вот гены самих циркадных часов при этом экспрессируются одинаково с обеих сторон. То есть часы задают ритм, а исполняют его уже другие, ростовые механизмы.
Чтобы проверить, действительно ли слежение за солнцем полезно растению, а не просто побочный эффект, исследователи каждый вечер вручную разворачивали часть подопытных растений на 180 градусов, тем самым сбивая естественный цикл движения. Результат оказался измеримым: у растений с нарушенным слежением биомасса снизилась на 7,5%, а площадь листьев — на 11% по сравнению с контрольными растениями, которые просто поворачивали туда-сюда без нарушения естественного ритма. То есть способность «правильно» следить за солнцем реально помогает растению расти лучше — вероятно, за счёт более эффективного улавливания солнечного света листьями в течение дня.
Почему взрослые подсолнухи останавливаются, глядя на восток
По мере созревания растения его стебель постепенно деревенеет и перестаёт активно расти, а вместе с этим угасает и само вращение. Учёные показали, что это тоже управляется циркадными часами: по мере замедления общего роста внутренние часы делают растение всё более чувствительным именно к утреннему освещению — а к вечернему свету, наоборот, менее отзывчивым. В итоге растение постепенно перестаёт доворачиваться на запад в течение дня, и его финальным, устойчивым положением оказывается восточная ориентация — та самая, в которой оно встречало каждый предыдущий рассвет.
При чём тут опылители
Самая неожиданная часть исследования — эксперимент с готовыми цветками. Исследователи сравнили взрослые соцветия, естественно смотрящие на восток, с теми, которые они принудительно развернули на запад. С помощью инфракрасной камеры учёные зафиксировали: восточно-ориентированные цветки нагревались по утрам значительно быстрее западных — попросту потому, что раньше попадали под прямые лучи утреннего солнца.
И именно эта разница в температуре, судя по всему, определяет выбор опылителей: восточно-ориентированные, более тёплые по утрам соцветия привлекли впятеро больше насекомых-опылителей, чем западно-ориентированные. Чтобы окончательно подтвердить, что дело именно в тепле, а не в самой ориентации как таковой, учёные провели контрольный опыт: искусственно подогрели западно-смотрящие цветки переносным нагревателем — и пчёлы начали охотнее посещать именно их, несмотря на «неправильную» ориентацию. Это прямо показывает: опылителей привлекает не восток сам по себе, а тепло, которое восточная ориентация обеспечивает раньше в течение дня.
Что это значит
Получается красивая история с двойной выгодой. Пока подсолнух растёт, гелиотропизм, управляемый циркадными часами, помогает ему нарастить больше биомассы и площади листьев — то есть быть просто более крупным и сильным растением. А когда приходит время цвести, те же самые внутренние часы обеспечивают финальную восточную ориентацию соцветия, которая делает его теплее по утрам и, соответственно, привлекательнее для опылителей — а значит, повышает шансы на успешное опыление и, в конечном счёте, на число потомков. Авторы отмечают, что это один из первых наглядных примеров того, как циркадные часы растения напрямую влияют на его физиологию и репродуктивный успех в естественных, полевых условиях — а не только в лабораторных экспериментах на модельных растениях вроде резуховидки.
Материал — сокращённый и адаптированный пересказ научной статьи (не дословный перевод):
Atamian H.S., Creux N.M., Brown E.A. (Robin Isadora Brown), Garner A.G., Blackman B.K., Harmer S.L.Circadian regulation of sunflower heliotropism, floral orientation, and pollinator visits // Science. — 2016. — Vol. 353(6299). — P. 587–590. DOI: 10.1126/science.aaf9793
Комментарии (0)
, чтобы оставить комментарий.