Zašto glavice suncokreta prate sunce. Genetičari su otkrili kako se suncokret okreće prema suncu Zašto suncokreti gledaju u određenom pravcu

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.

Mladi suncokreti tokom dana okreću se za Suncem od istoka prema zapadu, a noću se vraćaju da ponovo sretnu sunčevu svjetlost ujutro. Biljke koje cvjetaju zaustavljaju ovo kretanje i uvijek gledaju na istok. Kako bi razumjeli zašto se to događa, zaposlenici Univerziteta Kalifornije i Virdžinije proveli 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 bili 10 posto manji od onih biljaka uzgojenih bez ograničenja. Stoga je okretanje iza Sunca neophodno mladim biljkama za intenzivniji rast.

Obrnuto skretanje ka istoku tokom noći ukazuje da su u ovaj proces uključeni mehanizmi regulacije cirkadijalnih ritmova. Naučnici su to potvrdili unošenjem suncokreta s polja u prostoriju sa stalnim osvjetljenjem (biljke su nastavile rotirati još nekoliko dana) i nametanjem vještačkog 30-satnog ciklusa osvjetljenja (ritam rotacije biljaka je zalutao, vraćanje u normalu sa ciklusom od 24 sata).

Suncokret nema lisne jastučiće - posebne motoričke organe koji osiguravaju heliotropizam kod nekih biljnih vrsta. S obzirom da se amplituda kretanja suncokreta smanjuje kako raste do potpunog odsustva zrelih biljaka, naučnici su sugerisali da rotacije suncokreta iza Sunca obezbeđuju neravnomerno izduživanje stabljike tokom dana. Eksperimenti sa biljkama kojima nedostaje hormon rasta giberelin, kao i proučavanje aktivnosti gena na zapadnoj i istočnoj strani stabljike, potvrdili su ovu hipotezu. Štaviše, pokazalo se da se rast zapadne strane stabljike, koja je intenzivnija noću, dešava „podrazumevano“, a rast istočne strane, koji je neophodan tokom dana, regulisan je fotosenzitivnim mehanizmima ( posebno, redistribucija auksinskog hormona pod dejstvom 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. Okrenuvši neke od eksperimentalnih suncokreta na zapad, naučnici su bili uvjereni da takve biljke, za razliku od onih okrenutih na istok, praktički nisu zainteresirane za oprašivanje insekata. Danonoćno 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 se zaokreti mladih suncokreta iza Sunca osiguravaju 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 rad njihovog "unutrašnjeg sata" na način da na vrlo neobičan način orkestriraju rast njegovih ćelija, uzrokujući rotaciju cvasti. od istoka prema zapadu tokom dana, prema članku objavljenom u časopisu Science.

„Činjenica da biljka ima ideju o tome kada i odakle će Sunce izaći navela me je na pretpostavku da postoji veza između „biosata“ i lanca proteina i gena koji kontrolišu rast suncokreta. na činjenicu da na ovaj način cvijet prima više svjetla, još više privlači pčele, jer vole tople površine”, rekla je Stacey Harmer (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 ćelija biljaka i životinja u zavisnosti od doba dana, i njihov uticaj na rad oksina, proteina stimulatora rasta.

Da bi to učinili, autori članka su uzgajali nekoliko suncokreta, od kojih su neki posađeni u laboratoriji, gdje je svjetlo bilo stalno upaljeno, dok su drugi posađeni na običnom polju. 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 pomogao im je duhoviti trik koji je izmislio jedan od autora članka - biolozi su uzeli marker i stavili nekoliko tačaka na stabljiku suncokreta, što su pratili video kamerom. Ako se razmak između njih promijenio, to je značilo da je stabljika cvijeta rasla 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. , ujutro i uveče.

Ako se dužina dana umjetno promijenila, tada su suncokreti izgubili sposobnost da se orijentiraju prema Suncu, čak i ako se umjetni izvor svjetlosti kretao po "nebu" na isti način kao prava zvijezda. To je odmah negativno uticalo na brzinu rasta cvijeća, regrutaciju biomase i razvoj sjemena.

„Tačkice“ od flomastera su govorile kako se to tačno dešava – pokazalo se da ovi satovi utiču na kretanje cveta na dva načina: kontrolišu brzinu rasta i uzrokuju da jedna strana stabljike raste brže od druge. Zbog toga se suncokret postepeno okreće tokom dana, prateći Sunce.

Takva osobina suncokreta može imati jednu iznenađujuću evolucijsku prednost - kao što su Harmer i njene kolege otkrile, 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 do 30 sati. Međutim, u ovom slučaju suncokreti su se kretali neravnomjerno, što je uticalo na njihov rast, prirast 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. Vezali su neke od pupoljaka kako se ne bi mogli okretati ili su okrenuli saksije kako biljke ne bi bile okrenute suncu ujutro. 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 okrenutih ka istoku.

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

Anna Khoteeva

Fibonačijev niz otkriven u cvijetu suncokreta

Prema biolozima, veliki cvjetovi su jedna od najočitijih i najljepših demonstracija Fibonačijevog niza. Ovaj brojčani niz je niz prirodnih brojeva, gdje je svaki sljedeći broj jednak zbroju 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 računati 89 i 144 sjemena.

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

Ovaj projekat rezultirao je sakupljanjem od 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 se Fibonačijev obrazac zaista prati u cvjetovima.

Biolozi još uvijek ne mogu razumjeti mehanizam s kojim je povezana "predanost" određenih biljaka numeričkim nizovima. Problem je što biljke ne pokazuju uvijek ovaj obrazac. U slučaju proučavanih cvjetova suncokreta, uzorci sjemena koji odgovaraju Fibonačijevom nizu pronađeni su u približno 80% biljaka. Preostale cvatove pokazivale su složenije šare.

Anna Khoteeva

Referenca

Britanski matematičar Alan Turing je bio zainteresovan za takve pravilnosti u prvoj polovini prošlog veka. Naučnik je postao poznat po razvoju metode tokom Drugog svetskog rata koja je pomogla da se razbije 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. Razlika u ekspanziji materijala zbog temperature. Više sunca nego hlada. Koliko ja znam, osnova glavice na mestu pričvršćivanja stabljike izgleda kao "tvrda vata" sa tečnošću. Možda ova tečnost u porama igra ulogu mišića - postoji li hidraulika?

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

VIVAT - GOOGLE!

Naziv: dolazi od kombinacije dvije grčke riječi "helios" - sunce i "anthos" - cvijet. Ovo ime mu je dato s razlogom. Ogromni cvatovi suncokreta, obrubljeni svijetlim blistavim laticama, zaista podsjećaju na sunce. Osim toga, ova biljka ima jedinstvenu sposobnost da okreće glavu slijedeći sunce, 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. Dakle, proces se odvija kada suncokret raste: zatvoreni cvjetovi tokom dana zaista 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 uspijevaju uhvatiti 10-15 posto više sunčeve energije. Odrastao suncokret s otvorenim cvijetom nepomično gleda na istok.
Odsjek stabljike ispod latica cvijeta sadrži<гормон роста>. Ovaj hormon ne podnosi direktnu sunčevu svjetlost. Kada se nađe na suncu, ovaj dio stabljike se okreće kako bi se udaljio od njega. Koncentriše se<гормон роста>, pa brže raste, a kao rezultat toga, sam cvijet se okreće prema suncu.

Tako da sam razmišljao u pravom smjeru, jednostavno nisam mogao zamisliti da biljka može tako brzo rasti. Hvala Guglu, nekako mi nije palo na pamet da guglam ovo pitanje, ali su se u temi pojavile prelijepe slike. Znate li da je u Njemačkoj običaj da se prave buketi cvijeća suncokreta? Za vaš rođendan možete dobiti takav buket.

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

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

To je zabluda. On se ne okreće ZA SUNCE. Stalno je usmjerena u tom smjeru, čija je prosječna dnevna osvijetljenost najveća... Baš kao listovi krastavaca u stakleniku, baš kao i sobno cvijeće na prozorskoj dasci.

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

Davno su ljudi primetili da se mladi cvetovi suncokreta danju okreću za suncem, a noću se vraćaju u prvobitni položaj da bi ga ujutru ponovo sreli na istoku. Ali do sada naučnici nisu mogli da reše ovu zagonetku: šta tera biljke da obavljaju svoj svakodnevni ritual i zašto "obožavanje" svetila 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 s izlaskom sunca okrenuli prema zapadu. Kada su cvjetovi narasli, pokazalo se da su listovi u obje grupe 10% manji nego u "slobodnih" biljaka. To je potvrdilo predosjećaj da je izlaganje suncu neophodno za efikasniji rast suncokreta.

Tada su naučnici odlučili da provere šta je izazvalo ritmične "plesove" suncokreta - unutrašnji sat ili uslovi okoline.

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

Naučnici su potom biljke smjestili u posebnu prostoriju sa nizom lampi koje su se palile naizmjence, simulirajući kretanje sunca. Kada su istraživači programirali vještačko osvjetljenje na tridesetočasovni ciklus "dan" i "noć", biljke su se okretale s jedne na drugu stranu bez redovnog rasporeda. Ali kada se svetlosni režim vratio u normalu, suncokreti su striktno pratili veštačko "sunce", pokazujući da unutrašnji cirkadijalni ritmovi igraju važnu ulogu u kretanju cveta.

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. Tada je Harmerov tim okrenuo dio biljaka prema zapadu, a zatim izbrojao broj pčela i drugih oprašivača koji su sletjeli na cvijeće okrenuto prema različitim dijelovima svijeta.

Pokazalo se da su u jutarnjim satima insekti pet puta češće posjećivali cvijeće okrenute ka istoku nego one koje su bile okrenute u suprotnom smjeru.

"Možete vidjeti da pčele jednostavno polude za cvijećem okrenutim prema istoku i jedva obraćaju pažnju na biljke okrenute prema zapadu", primjećuje Stacey Harmer.

Prethodna istraživanja su pokazala da oprašivači preferiraju toplije cvijeće, pa su suncokreti koji primaju veću dozu ranih jutarnjih zraka popularniji.

"Uvijek sam bio zapanjen koliko su biljke složene", nastavlja Harmer. "One su zaista vješte u prilagođavanju svom okruženju."

Rezultati studije, objavljeni u časopisu Science, postavljaju 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 saopćenju sa univerziteta, ovo je prvi primjer vremenske sinhronizacije kod biljaka koje žive u prirodnom okruženju, što direktno utiče na efikasnost rasta.