Zašto glavice suncokreta prate sunce? Genetika je otkrila kako se suncokret okreće prema suncu Zašto suncokreti gledaju u određenom smjeru?

Hagop Atamian/U.C. Davis

Američki naučnici su otkrili koji su mehanizmi odgovorni za orijentaciju uljarica suncokreta ( Helianthus annuus) na Suncu i kakav evolucijski značaj ima. Pokazalo se da je sposobnost okretanja pod utjecajem sunčeve svjetlosti (heliotropizam) povezana s koordiniranim radom mehanizama osjetljivih na svjetlost i cirkadijalnim ritmovima biljke. Rezultati rada objavljeni su u časopisu Nauka.

Danju se mladi suncokreti okreću za Suncem od istoka prema zapadu, a noću - nazad, da bi se ujutro ponovo susreli sa sunčevom svjetlošću. Biljke koje cvjetaju zaustavljaju ovo kretanje i uvijek gledaju na istok. Kako bi razumjeli zašto se to događa, istraživači sa univerziteta Kalifornije i Virdžinije izveli su niz eksperimenata na terenu iu zatvorenom prostoru.

U prvoj fazi svog rada, umjetno su fiksirali neke od eksperimentalnih suncokreta, sprječavajući ih da slijede Sunce. Ukupna biomasa i površina listova takvih biljaka su u prosjeku 10 posto manje od onih koje se uzgajaju bez ograničenja. Stoga je okretanje iza Sunca neophodno mladim biljkama za intenzivniji rast.

Obrnuto skretanje prema istoku tokom noći ukazuje na to da su mehanizmi regulacije cirkadijanskog ritma uključeni u ovaj proces. Naučnici su to potvrdili unošenjem suncokreta s polja u prostoriju sa stalnim osvjetljenjem (biljke su nastavile rotirati još nekoliko dana) i nametanjem vještačkog ciklusa osvjetljenja od 30 sati (izgubio se ritam rotacije biljaka, vraćajući se u normalno sa ciklusom od 24 sata).

Suncokreti nemaju lisne jastučiće - posebne motoričke organe koji osiguravaju heliotropizam kod nekih biljnih vrsta. S obzirom na to da se amplituda kretanja suncokreta smanjuje kako raste sve dok potpuno ne izostane kod zrelih biljaka, naučnici su sugerirali da rotacija suncokreta iza Sunca osigurava neravnomjerno produženje stabljike tokom dana. Eksperimenti s biljkama kojima nedostaje hormon rasta giberelin, kao i istraživanja genske aktivnosti na zapadnoj i istočnoj strani stabljike, potvrdili su ovu hipotezu. Štaviše, ispostavilo se da se rast zapadne strane stabljike, koja je intenzivnija noću, dešava „podrazumevano“, dok rast istočne strane, koji je neophodan danju, reguliše osetljivost na svetlost. mehanizmi (posebno, preraspodjela hormona auksina pod utjecajem fototropina).

Promene temperature cvetova tokom dana

Evan Brown/Univerzitet Virginije

Kada suncokret prestane da raste i procvjeta, cirkadijalni i svjetlosni mehanizmi gube svoju važnost, ostavljajući biljku orijentiranu na istok. Okretanjem nekih eksperimentalnih suncokreta na zapad, naučnici su se uvjerili da insekti oprašivači praktički nisu zainteresirani za takve biljke, za razliku od onih okrenutih prema istoku. 24-satno snimanje temperature pokazalo je da se cvijeće orijentirano na istok mnogo bolje i brže zagrijava, privlačeći insekte. Kada je cvijeće okrenuto prema zapadu umjetno zagrijano, vratilo se interesovanje oprašivača za njih.

Tako su zaokreti mladih suncokreta za Suncem obezbijeđeni zajedničkim radom cirkadijalnih i svjetlosno osjetljivih mehanizama, služe za intenzivno povećanje biomase. Orijentacija odraslih biljaka na istok neophodna je za njihovo zagrijavanje, što privlači insekte oprašivače.

MOSKVA, 5. avgusta - RIA Novosti. Suncokreti imaju nevjerovatnu sposobnost da neprestano "gledaju" u Sunce zahvaljujući mutaciji koja je promijenila funkcioniranje njihovog "unutrašnjeg sata" na takav način da orkestriraju rast njegovih ćelija na krajnje neobičan način, uzrokujući da cvast rotiraju od istoka prema zapadu tokom dana, prema članku objavljenom u časopisu Science.

“Činjenica da biljka ima predstavu o tome kada i gdje će Sunce izaći navela me je da pretpostavim da postoji veza između “biosata” i lanca proteina i gena koji kontrolišu rast suncokreta Činjenica da na ovaj način cvijet prima više svjetlosti, više privlači pčele jer vole tople površine”, rekla je Stacey Harmer sa Univerziteta Kalifornije u Davisu (SAD).

Na osnovu ove pretpostavke, Harmer i njene kolege otkrile su jednu od najstarijih i najzanimljivijih misterija botanike proučavajući rad takozvanih cirkadijanskih ritmova, koji kontrolišu sve procese unutar biljnih i životinjskih ćelija u zavisnosti od doba dana, i njihovog uticaj na rad oksina, stimulatora rasta proteina.

Da bi to učinili, autori članka uzgajali su nekoliko suncokreta, od kojih su neki posađeni u laboratoriju u kojoj je svjetlo bilo stalno upaljeno, a drugi na običnoj njivi. Naučnici su neke od biljaka fiksirali u kadama na način da se ne mogu okrenuti iza Sunca, što im je omogućilo da procijene posljedice napuštanja takve evolucijske adaptacije.

U otkrivanju principa ovog pokreta pomogla im je genijalna tehnika koju je izmislio jedan od autora članka - biolozi su uzeli marker i označili nekoliko tačaka na stabljici suncokreta, što su pratili video kamerom. Ako se razmak između njih promijenio, to je značilo da stabljika cvijeta raste tamo gdje su ove točke nacrtane.

Kao što su zapažanja pokazala, "motor" u kretanju cvijeta bio je unutrašnji sat biljke - skup proteina osjetljivih na svjetlost i gena "povezanih" s njima koji kontroliraju različite životne procese povezane s početkom dana, noći, jutra. i veče.

Ako bi se dužina dana umjetno mijenjala, tada su suncokreti izgubili sposobnost da se orijentišu prema Suncu, čak i ako se izvor umjetnog svjetla kretao po "nebu" na isti način kao prava zvijezda. To je odmah imalo negativan uticaj na brzinu rasta cvijeta, prirast biomase i razvoj sjemena.

Oznake "tačke" otkrile su tačno kako se to dogodilo - ispostavilo se da ovi satovi utiču na kretanje cvijeta na dva načina: kontrolirajući brzinu rasta i uzrokujući da jedna strana stabljike raste brže od druge. Zahvaljujući tome, suncokret se postepeno okreće tokom dana, prateći Sunce.

Ova osobina suncokreta može imati jednu neočekivanu evolucionu korist - Harmer i njene kolege su otkrile da pčele vole toplo cvijeće, posebno ujutro, a okretanje prema suncu pomaže cvijetu da se brže zagrije i privuče više oprašivača.

Niz eksperimenata je pokazao da kretanje suncokreta odgovara 24-satnom cirkadijalnom ritmu. Naučnici su pokušali da "prevare" biljke tako što su veštački promenili trajanje kretanja izvora svetlosti na 30 sati. Međutim, u ovom slučaju suncokreti su se kretali neravnomjerno, što je uticalo na njihov rast, povećanje biomase i prinos.

Poznato je da se cvasti suncokreta danju okreću za suncem, a noću ponovo menjaju položaj da bi u zoru „pogledali“ na istok. Nakon što suncokreti venu, prestaju da se okreću suncu.

Naučnici objašnjavaju da pomeranje cvasti suncokreta nastaje zbog neravnomernog rasta biljke. Jedna strana stabljike raste brže od druge, zbog čega se cvast okreće.

U drugom eksperimentu, naučnici su umjetno ograničili kretanje biljaka. Vezivali su neke od cvasti tako da se ne mogu okretati, ili okretali saksije tako da biljke ujutro nisu bile okrenute suncu. Ispostavilo se da su listovi obe grupe suncokreta 10% manji od listova biljaka koje su pratile sunce.

Osim što akumulira više biomase, suncokreti su stekli još jednu prednost: biljke okrenute suncu mnogo su privlačnije insektima. Pet puta više pčela je ujutru doletelo do cveća okrenutog ka istoku.

„Pčele polude za biljkama koje su okrenute ka istoku, a ignorišu cveće koje je okrenuto prema zapadu“, kaže Stejsi Harmer sa Kalifornijskog univerziteta u Dejvisu. “Na sunčanoj strani biljke se brže zagrijavaju, a toplo cvijeće privuče više oprašivača.”

Anna Khoteeva

Fibonačijev niz otkriven u cvijetu suncokreta

Prema biolozima, veliki cvjetovi su jedna od najočitijih i najljepših demonstracija Fibonačijevog niza. Ovaj niz brojeva je niz prirodnih brojeva, gdje je svaki sljedeći broj jednak zbiru prethodna dva. Slijed može izgledati ovako: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144…

Istraživači su otkrili da su sjemenke raspoređene u dva reda spirala, od kojih jedna ide u smjeru kazaljke na satu, a druga u suprotnom smjeru. Prema znanstvenicima, u većini cvasti suncokreta možete pronaći kombinaciju brojeva uključenih u Fibonačijev niz - na primjer, 34 i 55 ili 55 i 89. A ako imate vrlo veliki suncokret ispred sebe, onda možete izbrojati 89 i 144 sjemena.

Godine 2012. Muzej nauke i industrije u Mančesteru (UK), u čast stogodišnjice rođenja matematičara, pokrenuo je neobičan projekat - „Turingovi suncokreti“, pozivajući sve da uzgajaju suncokret i donesu cvet u muzej (ili pošaljite fotografiju biljke).

Ovaj projekat nam je omogućio da prikupimo 657 fotografija čija je obrada i analiza trajala skoro četiri godine. Budući da su sjemenke obično jasno vidljive u cvatu suncokreta, naučnici su uspjeli izbrojati njihov broj i potvrditi da je Fibonačijev obrazac zaista vidljiv u cvjetovima.

Biolozi još ne mogu razumjeti mehanizam koji stoji iza "prianjanja" određenih biljaka na numeričke sekvence. Problem je što biljke ne pokazuju uvijek ovaj obrazac. U slučaju proučavanih cvjetova suncokreta, uzorci sjemena u skladu s Fibonaccijevim nizom pronađeni su u približno 80% biljaka. Preostale cvatove pokazivale su složenije šare.

Anna Khoteeva

Referenca

Britanski matematičar Alan Turing bio je zainteresovan za takve obrasce još u prvoj polovini prošlog veka. Naučnik je postao poznat po razvoju metode tokom Drugog svetskog rata koja je pomogla da se probije kod nemačke mašine za šifrovanje Enigma. Pored toga, Turing je imao značajan uticaj na razvoj računarske nauke i veštačke inteligencije. Nakon rata, naučnik se zainteresovao za matematičke obrasce u biljkama.

Materijal. Te razlike u ekspanziji materijala zbog temperature. Više na suncu nego u hladu. Koliko ja znam, osnova glavice na mestu gde je stabljika pričvršćena izgleda kao "tvrda vata" sa tečnošću. Možda ova tečnost u porama igra ulogu mišića - ima li hidrauličara?

Karav***@e*****.ua 01.08.2011

VIVAT - GOOGLE!

Naziv: dolazi od kombinacije dvije grčke riječi “helios” – sunce i “anthos” – cvijet. Ovo ime nije dobio slučajno. Ogromni cvatovi suncokreta, obrubljeni svijetlim blistavim laticama, zaista podsjećaju na sunce. Osim toga, ova biljka ima jedinstvenu sposobnost da okreće glavu za suncem, prateći cijeli svoj put od izlaska do zalaska sunca.
Biljke nemaju mišiće; cvijet može promijeniti orijentaciju samo zbog činjenice da stabljika koja ga drži jača na sunčanoj strani. Zbog toga se proces odvija kako suncokret raste: tokom dana zatvoreni cvjetovi zapravo prate tok sunca, opravdavajući svoj francuski naziv tournesol.

Još nevjerovatniji trik: tokom noći cvijeće uspijeva da se okrene tako da ujutro ponovo pozdravlja sunce na istoku.
Zahvaljujući ovoj rotaciji, biljke u fazi rasta mogu uhvatiti 10-15 posto više sunčeve energije. Odrastao suncokret s otvorenim cvijetom nepomično gleda na istok.
Područje stabljike ispod latica cvijeta sadrži<гормон роста>. Ovaj hormon ne podnosi direktnu sunčevu svjetlost. Kada je izložen suncu, ovaj dio stabljike se okreće kako bi se udaljio od njega. Koncentriše se<гормон роста>, pa brže raste, a samim tim se i sam cvijet okreće prema suncu.

Tako da sam razmišljao u pravom smjeru, jednostavno nisam mogao zamisliti da biljka može tako brzo rasti. Hvala Guglu, nekako mi se nije palo na pamet ovo pitanje, ali su se u temi pojavile prekrasne slike. Jeste li znali da je u Njemačkoj običaj da se prave buketi cvijeća suncokreta? Možda ćete dobiti takav buket za rođendan.

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

Ne hvala Googleu! Ništa nije jasno - jednostavno je naznačena svrsishodnost ovog pokreta, ali koji je mehanizam? A zašto se rotacija događa noću - da li to znači da postoji pamćenje ili nebeska navigacija?

Ovo je zabluda. On se ne okreće ZA SUNCE. Stalno se usmerava u pravcu čija je prosečna dnevna osvetljenost najveća... Kao listovi krastavca u stakleniku, kao i sobno cveće na prozorskoj dasci.

Pogledaj izbliza. I rano ujutru, u zoru, i kasno uveče pri zalasku sunca, na otvorenom polju, glavice suncokreta biće usmerene ka jugu. I u zasjenjenom području - dalje od sjene koja pada na njega.

Davno su ljudi primijetili da se mladi cvjetovi suncokreta okreću da idu za suncem danju, a noću se vraćaju u prvobitni položaj da bi ga ujutro ponovo sreli na istoku. Ali do sada naučnici nisu uspjeli da riješe ovu misteriju: šta tjera biljke da obavljaju svoj svakodnevni ritual i zašto "obožavanje" svjetiljka s vremenom prestaje?

U potrazi za odgovorom, Stejsi Harmer sa Kalifornijskog univerziteta u Dejvisu i njene kolege sprovele su niz eksperimenata.

U prvoj fazi promijenjeni su uslovi za uzgoj suncokreta u prirodnom okruženju. Naučnici su jednu grupu "imobilizirali" tako da se biljke uopće ne mogu okretati, a drugu su fiksirali na način da su suncokreti pri izlasku sunca bili okrenuti prema zapadu. Kada su cvjetovi izrasli, pokazalo se da su listovi u obje grupe 10% manji od listova “slobodnih” biljaka. Ovo je potvrdilo predosjećaj da je posmatranje sunca neophodno za efikasniji rast suncokreta.

Tada su naučnici odlučili da provere da li je ritmično "plesanje" suncokreta posledica unutrašnjih satova ili uslova okoline.

Premjestili su biljke koje su rasle vani u prostoriju sa stalnim gornjim osvjetljenjem i otkrili da su suncokreti nastavili da se okreću s jedne na drugu stranu baš kao i prije nekoliko dana.

Naučnici su potom biljke smjestili u posebnu prostoriju sa nizom lampi koje su se palile jedna po jedna, imitirajući kretanje sunca. Kada su istraživači programirali vještačko osvjetljenje na tridesetočasovni ciklus dan/noć, biljke su se okretale s jedne na drugu stranu bez redovnog rasporeda. Ali kada su se svjetlosni uvjeti vratili u normalu, suncokreti su striktno slijedili umjetno "sunce", pokazujući da unutrašnji cirkadijalni ritmovi igraju važnu ulogu u kretanju cvijeća.

Ali najviše od svega, biologe je zanimalo pitanje zašto suncokreti nakon cvatnje prestaju da se okreću s jedne na drugu stranu i smrzavaju se, "gledajući" prema izlasku sunca. Potom je Harmerov tim okrenuo neke od biljaka na zapad, a zatim izbrojao broj pčela i drugih oprašivača koji su sletjeli na cvijeće okrenute u različitim smjerovima.

Pokazalo se da su ujutru insekti pet puta češće posjećivali cvijeće okrenute ka istoku nego one okrenute u suprotnom smjeru.

„Možete vidjeti da pčele lude za cvjetovima okrenutim prema istoku i obraćaju malo pažnje na biljke okrenute prema zapadu“, kaže Stacy Harmer.

Prethodna istraživanja su pokazala da oprašivači preferiraju toplije cvijeće, pa se čini da su suncokreti koji primaju veliku dozu ranojutarnjeg svjetla popularniji.

“Stalno sam bio zapanjen koliko su biljke složene”, nastavlja Harmer, “One su zaista majstorske u prilagođavanju uvjetima okoline.

Studija, objavljena u Scienceu, postavlja složenija pitanja. Na primjer, kako biljke određuju vrijeme i kako pronalaze pravi smjer kada se okrenu u mraku ka mjestu gdje će sunce izaći?

Ali, prema mišljenju stručnjaka, sama činjenica da suncokreti imaju unutrašnji sat i da se vode sopstvenim ritmovima je „Sveti gral“ u proučavanju njihovog složenog ponašanja. I, kako se ističe u saopštenju univerziteta, ovo je prvi primjer vremenske sinhronizacije kod biljaka koje žive u prirodnom okruženju, što direktno utiče na efikasnost rasta.