Защо слънчогледовите глави следват слънцето. Генетиците са разбрали как слънчогледът се обръща към слънцето Защо слънчогледите гледат в определена посока

Акоп Атамян / U.C. Дейвис

Американски учени са открили кои механизми са отговорни за ориентацията на маслодайните семена слънчоглед ( Helianthus annuus) на Слънцето и какво еволюционно значение има то. Оказа се, че способността да се обръща под въздействието на слънчева светлина (хелиотропизъм) е свързана с координираната работа на светлочувствителните механизми и циркадните ритми на растението. Резултатите от работата бяха публикувани в списанието наука.

Младите слънчогледи през деня се обръщат след Слънцето от изток на запад, а през нощта се обръщат отново, за да срещнат слънчевата светлина на сутринта. Цъфтящите растения спират това движение и винаги гледат на изток. За да разберат защо това се случва, служителите на университетите в Калифорния и Вирджиния проведоха серия от експерименти на терен и на закрито.

На първия етап от работата си те изкуствено фиксират някои от опитните слънчогледи, като им пречат да следват Слънцето. Общата биомаса и листната площ на такива растения се оказва средно с 10 процента по-малка от тази на растенията, отглеждани без ограничения. По този начин завъртането зад Слънцето е необходимо за младите растения за по-интензивен растеж.

Обратното завъртане на изток през нощта показва, че в този процес участват механизмите за регулиране на циркадните ритми. Учените потвърдиха това, като внесоха слънчогледи от полето в стая с постоянно осветление (растенията продължиха да се въртят още няколко дни) и им наложиха изкуствен 30-часов цикъл на осветление (ритъмът на въртене на растенията се заблуди, връщане към нормалното с 24-часов цикъл).

Слънчогледът няма подложки на листата - специални двигателни органи, които осигуряват хелиотропизъм при някои растителни видове. Като се има предвид, че амплитудата на движенията на слънчогледа намалява с нарастването му до пълно отсъствие при зрелите растения, учените предполагат, че ротациите на слънчогледа зад Слънцето осигуряват неравномерно удължаване на стъблото през деня. Експериментите с растения без растежен хормон гиберелин, както и изследването на генната активност в западната и източната страна на стъблото, потвърдиха тази хипотеза. Освен това се оказа, че растежът на западната страна на стъблото, който е по-интензивен през нощта, се случва „по подразбиране“, а растежът на източната страна, който е необходим през деня, се регулира от фоточувствителни механизми ( по-специално преразпределението на ауксиновия хормон под действието на фототропините).

Промени в температурата на цветята през деня

Евън Браун / Университет на Вирджиния

Когато слънчогледът спре да расте и цъфти, циркадните и светлинните механизми губят своето значение, оставяйки растението ориентирано на изток. Обръщайки част от опитните слънчогледи на запад, учените се убедиха, че такива растения, за разлика от тези, обърнати на изток, на практика не се интересуват от опрашващи насекоми. Денонощното записване на температурата показа, че цветята, ориентирани на изток, се затоплят много по-добре и по-бързо, привличайки насекоми. Когато цветята, обърнати на запад, бяха изкуствено затоплени, интересът на опрашителите към тях се върна.

По този начин завоите на младите слънчогледи зад Слънцето се осигуряват от съвместната работа на циркадните и светлочувствителните механизми, те служат за интензивно увеличаване на биомасата. Ориентацията на възрастните растения на изток е необходима за тяхното затопляне, което привлича насекоми-опрашители.

МОСКВА, 5 август - РИА Новости.Слънчогледите имат удивителна способност постоянно да „гледат“ Слънцето благодарение на мутация, която промени работата на техния „вътрешен часовник“ по такъв начин, че те организират растежа на клетките му по много необичаен начин, карайки съцветието да се върти. от изток на запад през дневните часове, според статия, публикувана в списание Science.

„Фактът, че растението има представа кога и откъде ще изгрее Слънцето, ме накара да предположа, че има връзка между „биочасовника“ и веригата от протеини и гени, които контролират растежа на слънчогледа. Освен това на факта, че по този начин цветето получава повече светлина, то още повече привлича пчелите, тъй като те обичат топлите повърхности“, каза Стейси Хармър (Stacey Harmer) от Калифорнийския университет в Дейвис (САЩ).

Въз основа на това предположение, Хармър и нейните колеги разкриват една от най-старите и интересни мистерии на ботаниката, изучавайки работата на така наречените циркадни ритми, които контролират всички процеси в клетките на растенията и животните в зависимост от времето на деня и влиянието им върху работата на оксина, протеин стимулант растеж.

За целта авторите на статията отглеждат няколко слънчогледа, някои от които са засадени в лаборатория, където светлината е постоянно включена, а други са засадени в обикновена нива. Учените закрепиха някои от растенията във вани по такъв начин, че да не могат да се обърнат зад Слънцето, което им позволи да оценят последствията от изоставянето на подобна еволюционна адаптация.

В разкриването на принципите на това движение им помогна един остроумен трик, измислен от един от авторите на статията – биолозите взеха маркер и поставиха няколко точки върху стъблото на слънчоглед, което проследиха с видеокамера. Ако разстоянието между тях се промени, това означаваше, че стъблото на цветето расте там, където са нарисувани тези точки.

Както показват наблюденията, "моторът" в движението на цветето е вътрешният часовник на растението - набор от светлочувствителни протеини и гени, "свързани" с тях, които контролират различни жизнени процеси, свързани с настъпването на деня, нощта. , сутрин и вечер.

Ако продължителността на деня се промени изкуствено, тогава слънчогледите губят способността си да се ориентират към Слънцето, дори ако изкуственият източник на светлина се движи по „небето“ по същия начин като истинската звезда. Това веднага се отрази негативно върху скоростта на растеж на цветята, набирането на биомаса и развитието на семената.

„Точките“ от филц разказваха как точно става това – оказа се, че тези часовници влияят на движението на цветето по два начина: като контролират скоростта на растеж и карат едната страна на стъблото да расте по-бързо от другата. Поради това слънчогледът постепенно се обръща през дневните часове, следвайки Слънцето.

Тази черта на слънчогледа може да има едно неочаквано еволюционно предимство - както установиха Хармър и нейните колеги, пчелите обичат топли цветя, особено сутрин, а обръщането към слънцето помага на цветето да се затопли по-бързо и да привлече повече опрашители.

Поредица от експерименти показаха, че движението на слънчоглед съответства на 24-часов циркаден ритъм. Учените се опитаха да „заблудят“ растенията, като изкуствено промениха продължителността на движението на източника на светлина до 30 часа. В този случай обаче слънчогледът се движи неравномерно, което се отрази на техния растеж, натрупване на биомаса и добив.

Известно е, че слънчогледовите съцветия се обръщат след слънцето през деня, а през нощта отново сменят позицията си, за да „гледат“ на изток на разсъмване. След като слънчогледите избледнеят, те спират да се обръщат към слънцето.

Учените обясняват, че движението на слънчогледовото съцветие се случва поради неравномерния растеж на растението. Едната страна на стъблото расте по-бързо от другата, което води до завъртане на съцветието.

В друг експеримент учените изкуствено ограничиха движението на растенията. Те завързаха някои от пъпките, за да не могат да се въртят, или обърнаха саксиите, така че растенията да не са изправени пред слънцето сутрин. Оказа се, че листата и на двете групи слънчогледи са с 10% по-малки от тези на растенията, които следват слънцето.

Освен че натрупват повече биомаса, слънчогледите са спечелили и друго предимство: растенията, обърнати към слънцето, са много по-привлекателни за насекомите. Пет пъти повече пчели долетяха сутринта до цветята, обърнати на изток.

„Пчелите полудяват по растенията, обърнати на изток, като същевременно игнорират цветя, обърнати на запад“, казва Стейси Хармър от Калифорнийския университет в Дейвис. „На слънчевата страна растенията се затоплят по-бързо, а топлите цветя привличат повече опрашители.

Анна Хотеева

Последователност на Фибоначи, открита в слънчогледов цвят

Според биолозите големите цветя са една от най-очевидните и красиви демонстрации на последователността на Фибоначи. Тази числова последователност е поредица от естествени числа, където всяко следващо число е равно на сбора от двете предишни. Последователността може да изглежда така: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144...

Изследователите открили, че семената са подредени в два реда спирали, едната от които върви по посока на часовниковата стрелка, а другата - обратно на часовниковата стрелка. Според учените в повечето слънчогледови съцветия можете да намерите комбинация от числа, включени в последователността на Фибоначи - например 34 и 55 или 55 и 89. И ако имате много голям слънчоглед пред себе си, тогава можете да преброите 89 и 144 семена.

През 2012 г. Музеят на науката и индустрията в Манчестър (Великобритания), в чест на стогодишнината от рождението на математика, стартира необичаен проект - Turing Sunflowers, приканвайки всеки да отгледа слънчоглед и да донесе цвете в музея (или изпрати снимка на растението).

Този проект доведе до събирането на 657 снимки, чието обработване и анализ отне почти четири години. Тъй като семената обикновено се виждат ясно в съцветието на слънчогледа, учените успяха да преброят техния брой и да потвърдят, че моделът на Фибоначи наистина е проследен в цветята.

Биолозите все още не могат да разберат механизма, с който се свързва „ангажиментът“ на определени растения към числови последователности. Проблемът е, че растенията не винаги показват този модел. В случая на изследваните слънчогледови цветя, модели на семена, съответстващи на последователността на Фибоначи, са открити в приблизително 80% от растенията. Останалите съцветия показаха по-сложни модели.

Анна Хотеева

справка

Британският математик Алън Тюринг се интересува от подобни закономерности през първата половина на миналия век. Ученият стана известен с разработването на метод по време на Втората световна война, който помогна за разбиването на кода на немската машина за шифър Enigma. Освен това Тюринг оказва значително влияние върху развитието на компютърните науки и изкуствения интелект. След войната ученият се интересува от математически модели в растенията.

Материал. Разликата в разширяването на материала поради температурата. Повече слънце, отколкото сянка. Доколкото знам основата на главата в мястото на закрепване на стъблото изглежда като "твърда вата" с течност. Може би тази течност в порите играе ролята на мускули - има ли хидравлика?

Karav***@e*****.ua 01.08.2011г

VIVAT - GOOGLE!

Име: идва от комбинация от две гръцки думи "хелиос" - слънцето и "антос" - цвете. Това име му е дадено с причина. Огромни слънчогледови съцветия, оградени с ярки лъчисти венчелистчета, наистина наподобяват слънцето. Освен това това растение има уникалната способност да обръща главата си след слънцето, проследявайки целия си път от изгрев до залез.
Растенията нямат мускули, цветето може да промени ориентацията си само поради факта, че стъблото, което го държи, расте по-силно на слънчевата страна. Следователно процесът се осъществява, когато слънчогледът расте: през деня затворените цветя наистина следват хода на слънцето, оправдавайки френското си име tournesol.

Още по-удивителен трик: през нощта цветята успяват да се обърнат, така че на сутринта отново да приветстват слънцето на изток.
Благодарение на това въртене растенията във фаза на растеж успяват да уловят 10-15 процента повече слънчева енергия. Пораснал слънчоглед с отворено цвете гледа неподвижно на изток.
Секцията на стъблото под венчелистчетата на цвете съдържа<гормон роста>. Този хормон не издържа на пряка слънчева светлина. Веднъж попаднала на слънце, тази част от стъблото се обръща така, че да се измъкне от него. То се концентрира<гормон роста>, така че расте по-бързо и в резултат на това самото цвете се обръща към слънцето.

Така че мислех в правилната посока, просто не можех да си представя, че едно растение може да расте толкова бързо. Благодарение на Гугъл някак не ми хрумна да гугълча този въпрос, но в темата се появиха красиви снимки. Знаете ли, че в Германия е прието да се правят букети от слънчогледови цветя? За рождения си ден може да ви бъде поднесен такъв букет.

Alexey.n.pop***@u*****.ua Учител 03.08.2011

Благодаря Google! Нищо не е ясно - просто е посочена целесъобразността на това движение, но какъв механизъм? И защо въртенето се случва през нощта - това означава ли, че има памет или небесна навигация?

Това е заблуда. Той не се обръща СЛЕД СЛЪНЦЕТО. Постоянно се насочва в тази посока, средната дневна яркост на която е най-голяма... Точно като листата на краставици в оранжерия, точно като стайни цветя на перваза на прозореца.

Погледни отблизо. И рано сутрин, призори и късно вечер при залез слънце на открито поле, слънчогледовите глави ще бъдат насочени на юг. И в сенчестата зона - далеч от падащата върху нея сянка.

Преди много време хората забелязали, че младите слънчогледови цветя през деня се обръщат след слънцето, а през нощта се връщат в първоначалното си положение, за да го срещнат отново на изток сутринта. Но досега учените не можеха да разрешат тази загадка: какво кара растенията да изпълняват ежедневния си ритуал и защо „поклонението“ на светилото спира с времето?

В търсене на отговор Стейси Хармър от Калифорнийския университет в Дейвис и нейните колеги проведоха серия от експерименти.

На първия етап бяха променени условията за отглеждане на слънчоглед в естествената им среда. Учените „обездвижиха“ една група, така че растенията изобщо да не могат да се обърнат, а другата беше фиксирана по такъв начин, че слънчогледите да се обърнат на запад при изгрев слънце. Когато цветята пораснаха, се оказа, че листата и в двете групи са с 10% по-малки, отколкото при "свободните" растения. Това потвърди предчувствието, че излагането на слънце е необходимо, за да растат по-ефективно слънчогледа.

Тогава учените решили да проверят какво е причинило ритмичните "танци" на слънчогледите - вътрешният часовник или условията на околната среда.

Те преместиха растенията на открито в стая с постоянно горно осветление и установиха, че слънчогледите продължават да се обръщат от страна на страна в продължение на няколко дни, точно както са правили преди.

След това учените поставили растенията в специална стая с поредица от лампи, които се включвали на свой ред, симулирайки движението на слънцето. Когато изследователите програмират изкуственото осветление на тридесетчасов цикъл "ден" и "нощ", растенията се обръщат от една страна на друга без редовен график. Но когато светлинният режим се нормализира, слънчогледите стриктно следват изкуственото „слънце“, показвайки, че вътрешните циркадни ритми играят важна роля в движението на цветето.

Но най-вече биолозите се интересуваха от въпроса защо след цъфтежа слънчогледите спират да се въртят от една страна на друга и замръзват, "гледайки" към изгрева. Тогава екипът на Harmer обърна част от растенията на запад и след това преброи броя на пчелите и другите опрашители, които кацнаха върху цветя, обърнати към различни части на света.

Оказа се, че в сутрешните часове насекомите посещават цветя, обърнати на изток пет пъти по-често, отколкото тези, обърнати в обратна посока.

„Можете да видите, че пчелите просто полудяват за цветя с източно изложение и почти не обръщат внимание на растенията, обърнати на запад“, отбелязва Стейси Хармър.

Предишни изследвания показват, че опрашителите предпочитат по-топлите цветя, така че слънчогледите, които получават по-висока доза ранни сутрешни лъчи, са по-популярни.

„Винаги съм се удивлявал колко сложни са растенията – продължава Хармър. – Те наистина са умели да се адаптират към околната среда.“

Резултатите от изследването, публикувано в Science, повдигат по-сложни въпроси. Например как растенията определят времето и как намират правилната посока, когато се обърнат в тъмното към мястото, където ще изгрее слънцето?

Но според специалистите самият факт, че слънчогледите имат вътрешен часовник и се ръководят от собствените си ритми, е „Свети Граал“ при изучаването на тяхното сложно поведение. И, както се подчертава в прессъобщение от университета, това е първият пример за синхронизация на времето в растенията, живеещи в естествена среда, което оказва пряко влияние върху ефективността на растежа.