Warum folgen Sonnenblumenköpfe der Sonne? Genetiker haben herausgefunden, wie sich eine Sonnenblume der Sonne zuwendet. Warum schauen Sonnenblumen in eine bestimmte Richtung?

Hagop Atamian / U.C. Davis

Amerikanische Wissenschaftler haben herausgefunden, welche Mechanismen für die Ausrichtung der Ölsaat-Sonnenblume ( Helianthus annuus) auf der Sonne und welche evolutionäre Bedeutung sie hat. Es stellte sich heraus, dass die Fähigkeit, sich unter dem Einfluss von Sonnenlicht zu drehen (Heliotropismus), mit der koordinierten Arbeit von lichtempfindlichen Mechanismen und circadianen Rhythmen der Pflanze zusammenhängt. Die Ergebnisse der Arbeit wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.

Junge Sonnenblumen drehen sich tagsüber der Sonne von Osten nach Westen folgend, und nachts drehen sie sich zurück, um morgens wieder dem Sonnenlicht zu begegnen. Blühende Pflanzen stoppen diese Bewegung und blicken immer nach Osten. Um zu verstehen, warum dies geschieht, führten Mitarbeiter der Universitäten von Kalifornien und Virginia eine Reihe von Experimenten im Feld und in Innenräumen durch.

In der ersten Phase ihrer Arbeit fixierten sie einige der experimentellen Sonnenblumen künstlich, um sie daran zu hindern, der Sonne zu folgen. Die Gesamtbiomasse und Blattfläche solcher Pflanzen fiel im Durchschnitt um 10 Prozent geringer aus als bei uneingeschränkt angebauten Pflanzen. Daher ist es für junge Pflanzen für ein intensiveres Wachstum erforderlich, sich hinter die Sonne zu drehen.

Die Rückwärtsdrehung nach Osten während der Nacht weist darauf hin, dass die Regulationsmechanismen der zirkadianen Rhythmen an diesem Prozess beteiligt sind. Wissenschaftler bestätigten dies, indem sie Sonnenblumen vom Feld in einen Raum mit konstanter Beleuchtung brachten (die Pflanzen drehten sich noch einige Tage weiter) und ihnen einen künstlichen 30-Stunden-Beleuchtungszyklus auferlegten (der Rhythmus der Pflanzenrotationen geriet aus den Fugen und normalisierte sich mit 24-Stunden-Zyklus).

Sonnenblumen haben keine Blattpolster - spezielle Bewegungsorgane, die bei einigen Pflanzenarten für Heliotropismus sorgen. Unter Berücksichtigung, dass die Amplitude der Sonnenblumenbewegungen mit zunehmendem Wachstum bis zur völligen Abwesenheit in reifen Pflanzen abnimmt, schlugen die Wissenschaftler vor, dass Sonnenblumenrotationen hinter der Sonne tagsüber zu einer ungleichmäßigen Verlängerung des Stängels führen. Experimente mit Pflanzen, denen das Wachstumshormon Gibberellin fehlt, sowie die Untersuchung der Genaktivität an der West- und Ostseite des Stängels bestätigten diese Hypothese. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass das nachts intensivere Wachstum der Westseite des Stammes „standardmäßig“ erfolgt und das tagsüber notwendige Wachstum der Ostseite durch lichtempfindliche Mechanismen reguliert wird ( insbesondere die Umverteilung des Hormons Auxin unter Einwirkung von Phototropinen).

Änderungen der Blütentemperatur im Laufe des Tages

Evan Brown / Universität von Virginia

Wenn eine Sonnenblume aufhört zu wachsen und blüht, verlieren die circadianen und lichtempfindlichen Mechanismen ihre Bedeutung und die Pflanze bleibt nach Osten ausgerichtet. Als die Wissenschaftler einige der experimentellen Sonnenblumen nach Westen drehten, waren sie überzeugt, dass solche Pflanzen im Gegensatz zu den nach Osten gerichteten Pflanzen praktisch kein Interesse an der Bestäubung von Insekten haben. Temperaturmessungen rund um die Uhr zeigten, dass sich nach Osten ausgerichtete Blumen viel besser und schneller erwärmen und Insekten anziehen. Als nach Westen ausgerichtete Blumen künstlich erhitzt wurden, kehrte das Interesse der Bestäuber an ihnen zurück.

So werden die Drehungen junger Sonnenblumen hinter der Sonne durch das Zusammenwirken circadianer und lichtempfindlicher Mechanismen sichergestellt und dienen einer intensiven Vermehrung der Biomasse. Die Ausrichtung erwachsener Pflanzen nach Osten ist für ihre Erwärmung notwendig, die bestäubende Insekten anzieht.

MOSKAU, 5. August - RIA Nowosti. Sonnenblumen haben die erstaunliche Fähigkeit, ständig auf die Sonne zu „blicken“, dank einer Mutation, die die Arbeit ihrer „inneren Uhr“ so verändert hat, dass sie das Wachstum ihrer Zellen auf eine sehr ungewöhnliche Weise orchestriert, wodurch der Blütenstand rotiert von Ost nach West während der Tagesstunden, laut einem Artikel, der in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde.

„Die Tatsache, dass die Pflanze eine Vorstellung davon hat, wann und wo die Sonne aufgehen wird, ließ mich vermuten, dass es einen Zusammenhang zwischen der „Biouhr“ und der Kette von Proteinen und Genen gibt, die das Wachstum von Sonnenblumen steuern Die Tatsache, dass die Blume auf diese Weise mehr Licht erhält, wird von Bienen noch mehr angezogen, da sie warme Oberflächen lieben“, sagte Stacey Harmer (Stacey Harmer) von der University of California in Davis (USA).

Ausgehend von dieser Annahme deckten Harmer und ihre Kollegen eines der ältesten und interessantesten Geheimnisse der Botanik auf, indem sie die Arbeit der sogenannten circadianen Rhythmen untersuchten, die alle Prozesse innerhalb der Zellen von Pflanzen und Tieren in Abhängigkeit von der Tageszeit steuern ihr Einfluss auf die Wirkung von Oxin, einem stimulierenden Protein.

Zu diesem Zweck haben die Autoren des Artikels mehrere Sonnenblumen gezüchtet, von denen einige im Labor gepflanzt wurden, wo das Licht ständig eingeschaltet war, während andere auf einem gewöhnlichen Feld gepflanzt wurden. Wissenschaftler befestigten einige der Pflanzen in Kübeln so, dass sie sich nicht hinter die Sonne drehen konnten, was es ihnen ermöglichte, die Folgen des Verzichts auf eine solche evolutionäre Anpassung abzuschätzen.

Bei der Enthüllung der Prinzipien dieser Bewegung half ihnen ein witziger Trick, der von einem der Autoren des Artikels erfunden wurde - Biologen nahmen einen Marker und setzten mehrere Punkte auf den Stiel einer Sonnenblume, die sie mit einer Videokamera verfolgten. Wenn sich der Abstand zwischen ihnen änderte, bedeutete dies, dass der Blumenstiel dort wuchs, wo diese Punkte gezeichnet wurden.

Wie Beobachtungen zeigten, war der "Motor" in der Bewegung der Blume die innere Uhr der Pflanze - eine Reihe von lichtempfindlichen Proteinen und mit ihnen "verbundenen" Genen, die verschiedene Lebensprozesse steuern, die mit dem Beginn von Tag, Nacht, Morgen und Abend.

Wurde die Tagesdauer künstlich verändert, verloren die Sonnenblumen die Fähigkeit, sich an der Sonne zu orientieren, selbst wenn sich die künstliche Lichtquelle genauso über das „Himmelsgewölbe“ bewegte wie die echte Leuchte. Dies wirkte sich sofort negativ auf die Blütenwachstumsrate, die Rekrutierung von Biomasse und die Samenentwicklung aus.

Die Filzstift-„Punkte“ verrieten, wie genau das passiert – es stellte sich heraus, dass diese Uhren die Bewegung der Blume auf zwei Arten beeinflussen: indem sie die Wachstumsrate steuern und bewirken, dass eine Seite des Stängels schneller wächst als die andere. Aus diesem Grund dreht sich die Sonnenblume während der Tagesstunden allmählich und folgt der Sonne.

Diese Eigenschaft der Sonnenblume könnte einen unerwarteten evolutionären Vorteil haben – wie Harmer und ihre Kollegen herausfanden, mögen Bienen warme Blumen, besonders am Morgen, und wenn sie sich der Sonne zuwenden, wird die Blume schneller warm und zieht mehr Bestäuber an.

Eine Reihe von Experimenten zeigte, dass die Bewegung einer Sonnenblume einem 24-Stunden-zirkadianen Rhythmus entspricht. Wissenschaftler versuchten, die Pflanzen zu „täuschen“, indem sie die Dauer der Bewegung der Lichtquelle künstlich auf bis zu 30 Stunden veränderten. In diesem Fall bewegten sich die Sonnenblumen jedoch ungleichmäßig, was sich auf ihr Wachstum, ihren Biomassezuwachs und ihren Ertrag auswirkte.

Es ist bekannt, dass sich Blütenstände von Sonnenblumen tagsüber nach der Sonne drehen und nachts ihre Position erneut ändern, um im Morgengrauen nach Osten zu „schauen“. Nachdem die Sonnenblumen verblasst sind, hören sie auf, sich der Sonne zuzuwenden.

Wissenschaftler erklären, dass die Bewegung des Sonnenblumenblütenstandes auf das ungleichmäßige Wachstum der Pflanze zurückzuführen ist. Eine Seite des Stängels wächst schneller als die andere, wodurch sich der Blütenstand dreht.

In einem anderen Experiment schränkten Wissenschaftler die Bewegung von Pflanzen künstlich ein. Sie banden einige der Blumen fest, damit sie sich nicht drehen konnten, oder drehten die Töpfe herum, damit die Pflanzen morgens nicht in die Sonne blickten. Es stellte sich heraus, dass die Blätter beider Gruppen von Sonnenblumen 10 % kleiner waren als die von Pflanzen, die der Sonne folgten.

Neben der Akkumulation von mehr Biomasse haben Sonnenblumen einen weiteren Vorteil: Pflanzen, die der Sonne zugewandt sind, sind für Insekten viel attraktiver. Fünfmal so viele Bienen flogen morgens zu den nach Osten ausgerichteten Blumen.

„Bienen sind verrückt nach nach Osten ausgerichteten Pflanzen, während sie nach Westen ausgerichtete Blumen ignorieren“, sagt Stacey Harmer von der University of California, Davis. „Auf der Sonnenseite erwärmen sich Pflanzen schneller und warme Blumen ziehen mehr Bestäuber an.“

Anna Khoteeva

Fibonacci-Folge in Sonnenblume entdeckt

Laut Biologen sind große Blumen eine der offensichtlichsten und schönsten Demonstrationen der Fibonacci-Folge. Diese Zahlenfolge ist eine Reihe natürlicher Zahlen, wobei jede nachfolgende Zahl gleich der Summe der beiden vorherigen ist. Die Reihenfolge könnte so aussehen: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144 …

Die Forscher fanden heraus, dass die Samen in zwei Spiralreihen angeordnet sind, von denen eine im Uhrzeigersinn, die andere gegen den Uhrzeigersinn verläuft. Laut Wissenschaftlern finden Sie in den meisten Blütenständen von Sonnenblumen eine Zahlenkombination, die in der Fibonacci-Folge enthalten ist - zum Beispiel 34 und 55 oder 55 und 89. Und wenn Sie eine sehr große Sonnenblume vor sich haben, können Sie zählen 89 und 144 Samen.

Im Jahr 2012 startete das Museum of Science and Industry in Manchester (UK) zu Ehren des 100. Geburtstags des Mathematikers ein ungewöhnliches Projekt – Turing Sunflowers – und lud alle ein, eine Sonnenblume zu züchten und eine Blume ins Museum zu bringen (bzw Senden Sie ein Foto der Pflanze).

Dieses Projekt führte zu einer Sammlung von 657 Fotografien, deren Verarbeitung und Analyse fast vier Jahre dauerte. Da die Samen im Blütenstand der Sonnenblume normalerweise deutlich sichtbar sind, konnten die Wissenschaftler ihre Anzahl zählen und bestätigen, dass das Fibonacci-Muster tatsächlich in den Blüten zu finden ist.

Biologen können immer noch nicht verstehen, mit welchem ​​Mechanismus die „Bindung“ bestimmter Pflanzen an Zahlenfolgen verbunden ist. Das Problem ist, dass Pflanzen dieses Muster nicht immer zeigen. Bei den untersuchten Sonnenblumenblüten wurden bei etwa 80 % der Pflanzen Samenmuster gefunden, die der Fibonacci-Folge entsprechen. Die restlichen Blütenstände zeigten komplexere Muster.

Anna Khoteeva

Referenz

Der britische Mathematiker Alan Turing interessierte sich in der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts für solche Regelmäßigkeiten. Der Wissenschaftler wurde berühmt, als er während des Zweiten Weltkriegs eine Methode entwickelte, die dazu beitrug, den Code der deutschen Chiffriermaschine Enigma zu knacken. Darüber hinaus hatte Turing maßgeblichen Einfluss auf die Entwicklung der Informatik und der künstlichen Intelligenz. Nach dem Krieg interessierte sich der Wissenschaftler für mathematische Muster in Pflanzen.

Material. Te Materialausdehnungsunterschied aufgrund der Temperatur. Mehr Sonne als Schatten. Soweit ich weiß, sieht die Basis des Kopfes am Ansatzpunkt des Stiels aus wie "harte Watte" mit Flüssigkeit. Vielleicht spielt diese Flüssigkeit in den Poren die Rolle von Muskeln - gibt es Hydraulik?

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

VIVAT - GOOGLE!

Name: Kommt von einer Kombination aus zwei griechischen Wörtern "helios" - die Sonne und "anthos" - eine Blume. Dieser Name wurde ihm aus einem bestimmten Grund gegeben. Riesige Blütenstände von Sonnenblumen, die von leuchtend leuchtenden Blütenblättern gesäumt sind, ähneln wirklich der Sonne. Darüber hinaus hat diese Pflanze die einzigartige Fähigkeit, ihren Kopf der Sonne zu folgen und ihren gesamten Weg von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang zu verfolgen.
Pflanzen haben keine Muskeln, die Blume kann ihre Ausrichtung nur ändern, weil der Stamm, der sie hält, auf der Sonnenseite stärker wird. Daher findet der Prozess statt, wenn die Sonnenblume wächst: Tagsüber folgen geschlossene Blüten wirklich dem Lauf der Sonne, was ihren französischen Namen Tournesol rechtfertigt.

Ein noch erstaunlicherer Trick: In der Nacht schaffen es die Blumen, sich so zu drehen, dass sie morgens wieder die Sonne im Osten begrüßen.
Dank dieser Rotation schaffen es Pflanzen in der Wachstumsphase, 10-15 Prozent mehr Sonnenenergie einzufangen. Eine gewachsene Sonnenblume mit offener Blüte blickt bewegungslos nach Osten.
Der Abschnitt des Stiels unter den Blütenblättern einer Blume enthält<гормон роста>. Dieses Hormon kann direkter Sonneneinstrahlung nicht widerstehen. Einmal in der Sonne dreht sich dieser Teil des Stiels, um von ihm wegzukommen. Es konzentriert<гормон роста>, wächst also schneller, und infolgedessen wendet sich die Blume selbst der Sonne zu.

Ich dachte also in die richtige Richtung, ich konnte mir einfach nicht vorstellen, dass eine Pflanze so schnell wachsen kann. Dank Google bin ich irgendwie nicht auf die Idee gekommen, diese Frage zu googeln, aber im Thema sind schöne Bilder aufgetaucht. Wussten Sie, dass es in Deutschland üblich ist, Blumensträuße aus Sonnenblumen zu binden? Zu Ihrem Geburtstag kann Ihnen ein solcher Strauß durchaus überreicht werden.

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

Danke Google! Nichts ist klar - die Zweckmäßigkeit dieser Bewegung wird einfach angedeutet, aber welcher Mechanismus? Und warum findet die Rotation nachts statt – bedeutet das, dass es eine Erinnerung oder eine Himmelsnavigation gibt?

Es ist eine Täuschung. Er dreht sich nicht um, DER SONNE ZU FOLGEN. Es ist ständig in die Richtung gerichtet, deren durchschnittliche Tageshelligkeit am größten ist ... Genau wie die Gurkenblätter in einem Gewächshaus, genauso wie Zimmerblumen auf der Fensterbank.

Schau genauer hin. Und frühmorgens bei Sonnenaufgang und spätabends bei Sonnenuntergang auf einem offenen Feld werden die Sonnenblumenköpfe nach Süden gerichtet. Und im schattierten Bereich - weg von dem darauf fallenden Schatten.

Vor langer Zeit bemerkten die Menschen, dass sich junge Sonnenblumenblumen tagsüber nach der Sonne drehen und nachts in ihre ursprüngliche Position zurückkehren, um sie morgens im Osten wieder zu treffen. Doch bisher konnten Wissenschaftler dieses Rätsel nicht lösen: Was bringt Pflanzen dazu, ihr tägliches Ritual zu vollziehen und warum hört die „Anbetung“ der Leuchte mit der Zeit auf?

Auf der Suche nach einer Antwort führten Stacey Harmer von der University of California in Davis und ihre Kollegen eine Reihe von Experimenten durch.

In der ersten Phase wurden die Bedingungen für Sonnenblumen verändert, die in ihrer natürlichen Umgebung wachsen. Die Wissenschaftler „immobilisierten“ eine Gruppe, damit sich die Pflanzen überhaupt nicht drehen konnten, und die andere wurde so fixiert, dass sich Sonnenblumen bei Sonnenaufgang nach Westen drehten. Beim Aufwachsen der Blüten stellte sich heraus, dass die Blätter in beiden Gruppen 10 % kleiner waren als bei den „freien“ Pflanzen. Dies bestätigte die Vermutung, dass Sonnenblumen notwendig sind, um effizienter zu wachsen.

Dann beschlossen die Wissenschaftler zu überprüfen, was die rhythmischen "Tänze" von Sonnenblumen verursacht - die innere Uhr oder die Umweltbedingungen.

Sie stellten die Pflanzen im Freien in einen Raum mit konstanter Deckenbeleuchtung und stellten fest, dass sich die Sonnenblumen mehrere Tage lang von einer Seite zur anderen drehten, genau wie zuvor.

Die Wissenschaftler platzierten die Pflanzen dann in einem speziellen Raum mit einer Reihe von Lampen, die sich abwechselnd einschalteten und die Bewegung der Sonne simulierten. Als die Forscher die künstliche Beleuchtung auf einen dreißigstündigen „Tag“- und „Nacht“-Zyklus programmierten, drehten sich die Pflanzen ohne regelmäßigen Zeitplan von einer Seite zur anderen. Aber als sich das Lichtregime wieder normalisierte, folgten die Sonnenblumen strikt der künstlichen „Sonne“, was zeigt, dass interne zirkadiane Rhythmen eine wichtige Rolle bei der Bewegung der Blume spielen.

Aber vor allem interessierten sich die Biologen für die Frage, warum Sonnenblumen nach der Blüte aufhören, sich von einer Seite zur anderen zu drehen und einfrieren und in Richtung Sonnenaufgang "schauen". Dann drehte das Harmer-Team einen Teil der Pflanzen nach Westen und zählte dann die Anzahl der Bienen und anderer Bestäuber, die auf Blumen landeten, die auf verschiedene Teile der Welt gerichtet waren.

Es stellte sich heraus, dass Insekten in den Morgenstunden Blumen, die nach Osten gerichtet waren, fünfmal häufiger besuchten als solche, die in die entgegengesetzte Richtung zeigten.

„Man kann sehen, dass die Bienen verrückt nach nach Osten ausgerichteten Blumen sind und nach Westen ausgerichtete Pflanzen kaum beachten“, bemerkt Stacey Harmer.

Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Bestäuber wärmere Blüten bevorzugen, daher sind Sonnenblumen, die eine höhere Dosis frühmorgendlicher Strahlen erhalten, beliebter.

„Ich war schon immer erstaunt, wie komplex Pflanzen sind“, fährt Harmer fort, „sie sind wirklich geschickt darin, sich an ihre Umgebung anzupassen.“

Die Ergebnisse der in Science veröffentlichten Studie werfen komplexere Fragen auf. Wie sagen Pflanzen zum Beispiel die Zeit und wie finden sie die richtige Richtung, wenn sie sich im Dunkeln dorthin wenden, wo die Sonne aufgehen wird?

Aber laut Experten ist gerade die Tatsache, dass Sonnenblumen eine innere Uhr haben und sich von ihren eigenen Rhythmen leiten lassen, der "Heilige Gral" für die Erforschung ihres komplexen Verhaltens. Und, wie in einer Pressemitteilung der Universität betont wird, ist dies das erste Beispiel für Zeitsynchronisation bei Pflanzen, die in der natürlichen Umgebung leben, was sich direkt auf die Wachstumseffizienz auswirkt.