Mengapa kepala bunga matahari mengikuti matahari? Ahli genetika telah menemukan bagaimana bunga matahari menghadap ke arah matahari.

Hagop Atamian/U.C. Davis

Ilmuwan Amerika telah menemukan mekanisme mana yang bertanggung jawab atas orientasi biji minyak bunga matahari ( Helianthus tahunan) di Matahari dan apa signifikansi evolusionernya. Ternyata kemampuan berputar di bawah pengaruh sinar matahari (heliotropisme) dikaitkan dengan kerja terkoordinasi mekanisme peka cahaya dan ritme sirkadian tumbuhan. Hasil karyanya dipublikasikan di jurnal Sains.

Pada siang hari, bunga matahari muda berbelok mengikuti Matahari dari timur ke barat, dan pada malam hari - mundur, sehingga pada pagi hari kembali bertemu dengan sinar matahari. Tanaman berbunga menghentikan gerakan ini dan selalu menghadap ke timur. Untuk memahami mengapa hal ini terjadi, peneliti dari Universitas California dan Virginia melakukan serangkaian percobaan di lapangan dan di dalam ruangan.

Pada tahap pertama pekerjaan mereka, mereka secara artifisial memperbaiki beberapa bunga matahari percobaan, mencegah mereka mengikuti Matahari. Total biomassa dan luas daun tanaman tersebut rata-rata 10 persen lebih kecil dibandingkan yang ditanam tanpa batasan. Oleh karena itu, membalikkan matahari diperlukan bagi tanaman muda untuk pertumbuhan yang lebih intensif.

Perputaran terbalik ke arah timur pada malam hari menunjukkan bahwa mekanisme pengaturan ritme sirkadian terlibat dalam proses ini. Para ilmuwan mengkonfirmasi hal ini dengan membawa bunga matahari dari ladang ke ruangan dengan pencahayaan konstan (tanaman terus berputar selama beberapa hari lagi) dan menerapkan siklus pencahayaan buatan selama 30 jam (irama rotasi tanaman hilang, kembali ke normal dengan siklus 24 jam).

Bunga matahari tidak memiliki bantalan daun - organ motorik khusus yang memberikan heliotropisme pada beberapa spesies tumbuhan. Mengingat amplitudo pergerakan bunga matahari menurun seiring pertumbuhannya hingga tidak ada sama sekali pada tanaman dewasa, para ilmuwan berpendapat bahwa rotasi bunga matahari di belakang Matahari memastikan pemanjangan batang yang tidak merata di siang hari. Eksperimen dengan tanaman yang kekurangan hormon pertumbuhan giberelin, serta studi aktivitas gen di sisi barat dan timur batang, membenarkan hipotesis ini. Selain itu, ternyata pertumbuhan batang sisi barat, yang lebih intens pada malam hari, terjadi “secara default”, sedangkan pertumbuhan batang sisi timur, yang diperlukan pada siang hari, diatur oleh peka cahaya. mekanisme (khususnya, redistribusi hormon auksin di bawah pengaruh fototropin).

Perubahan suhu bunga pada siang hari

Evan Brown/Universitas Virginia

Ketika bunga matahari berhenti tumbuh dan berbunga, mekanisme sirkadian dan penginderaan cahaya kehilangan arti pentingnya, sehingga tanaman berorientasi ke timur. Dengan mengarahkan beberapa bunga matahari percobaan ke barat, para ilmuwan menjadi yakin bahwa serangga penyerbuk praktis tidak tertarik pada tanaman tersebut, tidak seperti serangga yang menghadap ke timur. Pencatatan suhu 24 jam menunjukkan bahwa bunga yang menghadap ke timur menjadi lebih hangat dan lebih cepat, sehingga menarik serangga. Ketika bunga yang menghadap ke barat dipanaskan secara artifisial, minat penyerbuk terhadap bunga tersebut kembali.

Jadi, pergantian bunga matahari muda ke Matahari dipastikan melalui kerja sama mekanisme sirkadian dan peka cahaya; mereka berfungsi untuk peningkatan biomassa secara intensif. Orientasi tanaman dewasa ke timur diperlukan untuk menghangatkannya, yang menarik serangga penyerbuk.

MOSKOW, 5 Agustus - RIA Novosti. Bunga matahari memiliki kemampuan luar biasa untuk terus-menerus “memandang” Matahari berkat mutasi yang telah mengubah fungsi “jam internal” mereka sedemikian rupa sehingga mereka mengatur pertumbuhan sel-selnya dengan cara yang sangat tidak biasa, menyebabkan bunga matahari menjadi berbunga. berputar dari timur ke barat pada siang hari, kata sebuah artikel yang diterbitkan di majalah Science.

“Fakta bahwa tumbuhan memiliki gambaran tentang kapan dan di mana Matahari akan terbit membuat saya berasumsi bahwa ada hubungan antara “bioclock” dan rantai protein serta gen yang mengontrol pertumbuhan bunga matahari fakta bahwa dengan cara ini bunga menerima lebih banyak cahaya, lebah juga lebih tertarik karena mereka menyukai permukaan yang hangat,” kata Stacey Harmer dari University of California di Davis (AS).

Berdasarkan asumsi ini, Harmer dan rekan-rekannya mengungkap salah satu misteri botani tertua dan paling menarik dengan mempelajari kerja ritme sirkadian, yang mengontrol semua proses di dalam sel tumbuhan dan hewan bergantung pada waktu. dan pengaruhnya terhadap kerja oksin, protein perangsang pertumbuhan.

Untuk melakukan ini, penulis artikel menanam beberapa bunga matahari, beberapa di antaranya ditanam di laboratorium yang lampunya menyala terus-menerus, dan lainnya di lahan biasa. Para ilmuwan menempatkan beberapa tanaman di dalam bak sedemikian rupa sehingga mereka tidak dapat menghadap ke belakang Matahari, sehingga mereka dapat menilai konsekuensi dari mengabaikan adaptasi evolusioner tersebut.

Dalam mengungkap prinsip-prinsip gerakan ini, mereka dibantu oleh teknik cerdik yang ditemukan oleh salah satu penulis artikel - para ahli biologi mengambil spidol dan menandai beberapa titik pada batang bunga matahari, yang mereka pantau dengan kamera video. Jika jarak antara keduanya berubah, berarti batang bunga tumbuh di tempat titik-titik tersebut digambar.

Pengamatan telah menunjukkan bahwa “motor” dalam pergerakan bunga adalah jam internal tanaman - seperangkat protein peka cahaya dan gen yang “terhubung” dengannya yang mengontrol berbagai proses kehidupan yang terkait dengan permulaan siang, malam, pagi. dan malam hari.

Jika lamanya hari diubah secara artifisial, maka bunga matahari kehilangan kemampuan untuk mengarahkan dirinya ke Matahari, bahkan jika sumber cahaya buatan bergerak melintasi “langit” dengan cara yang sama seperti bintang sebenarnya. Hal ini segera berdampak negatif pada laju pertumbuhan bunga, perolehan biomassa, dan perkembangan benih.

"Titik-titik" penanda mengungkapkan dengan tepat bagaimana hal ini terjadi - ternyata jam-jam ini mempengaruhi pergerakan bunga dalam dua cara: dengan mengendalikan laju pertumbuhan dan dengan menyebabkan satu sisi batang tumbuh lebih cepat daripada sisi lainnya. Berkat ini, bunga matahari berangsur-angsur berubah pada siang hari, mengikuti Matahari.

Sifat bunga matahari ini mungkin memiliki satu manfaat evolusioner yang tidak terduga: Harmer dan rekan-rekannya menemukan bahwa lebah menyukai bunga yang hangat, terutama di pagi hari, dan menghadap ke arah matahari membantu bunga menjadi lebih cepat panas dan menarik lebih banyak penyerbuk.

Serangkaian percobaan menunjukkan bahwa pergerakan bunga matahari sesuai dengan ritme sirkadian 24 jam. Para ilmuwan mencoba “menipu” tanaman dengan mengubah durasi pergerakan sumber cahaya menjadi 30 jam secara artifisial. Namun, dalam kasus ini, pergerakan bunga matahari tidak merata, sehingga mempengaruhi pertumbuhan, perolehan biomassa, dan hasil panennya.

Diketahui bahwa bunga bunga matahari berbalik mengikuti matahari pada siang hari, dan pada malam hari mereka kembali mengubah posisinya agar “melihat” ke timur saat fajar. Setelah bunga matahari memudar, mereka berhenti menghadap matahari.

Para ilmuwan menjelaskan bahwa pergerakan bunga bunga matahari terjadi karena pertumbuhan tanaman yang tidak merata. Satu sisi batang tumbuh lebih cepat dari sisi lainnya, menyebabkan bunga berubah.

Dalam percobaan lain, para ilmuwan secara artifisial membatasi pergerakan tumbuhan. Sebagian bunganya diikat agar tidak berputar, atau pot dibalik agar tanaman tidak menghadap matahari di pagi hari. Ternyata daun kedua kelompok bunga matahari tersebut berukuran 10% lebih kecil dibandingkan tanaman setelah matahari.

Selain mengumpulkan lebih banyak biomassa, bunga matahari juga memperoleh keuntungan lain: tanaman yang menghadap matahari jauh lebih menarik bagi serangga. Lima kali lebih banyak lebah terbang ke bunga yang menghadap ke timur di pagi hari.

“Lebah tergila-gila pada tanaman yang menghadap ke timur, namun mengabaikan bunga yang menghadap ke barat,” kata Stacy Harmer dari University of California, Davis. “Di sisi yang cerah, tanaman menjadi lebih cepat panas, dan bunga yang hangat menarik lebih banyak penyerbuk.”

Anna Khoteeva

Deret Fibonacci ditemukan pada bunga matahari

Menurut ahli biologi, bunga besar adalah salah satu demonstrasi deret Fibonacci yang paling jelas dan indah. Barisan bilangan ini merupakan barisan bilangan asli yang setiap bilangan berikutnya sama dengan jumlah dua bilangan sebelumnya. Urutannya mungkin terlihat seperti ini: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144…

Para peneliti menemukan bahwa benih tersebut tersusun dalam dua baris spiral, yang satu searah jarum jam, yang lainnya berlawanan arah jarum jam. Menurut para ilmuwan, di sebagian besar bunga bunga matahari Anda dapat menemukan kombinasi angka yang termasuk dalam deret Fibonacci - misalnya, 34 dan 55 atau 55 dan 89. Dan jika Anda memiliki bunga matahari yang sangat besar di depan Anda, maka Anda dapat menghitung 89 dan 144 biji.

Pada tahun 2012, Museum Sains dan Industri di Manchester (Inggris), untuk memperingati seratus tahun kelahiran ahli matematika, meluncurkan proyek yang tidak biasa - “Bunga Matahari Turing”, mengundang semua orang untuk menanam bunga matahari dan membawa bunga tersebut ke museum (atau kirim foto tanamannya).

Proyek ini memungkinkan kami mengumpulkan 657 foto, yang pemrosesan dan analisisnya memakan waktu hampir empat tahun. Karena biji biasanya terlihat jelas pada bunga bunga matahari, para ilmuwan dapat menghitung jumlahnya dan memastikan bahwa pola Fibonacci memang terlihat pada bunga.

Para ahli biologi belum dapat memahami mekanisme di balik “kepatuhan” tumbuhan tertentu terhadap urutan numerik. Masalahnya adalah tanaman tidak selalu menunjukkan pola ini. Dalam kasus bunga matahari yang diteliti, pola benih yang konsisten dengan deret Fibonacci ditemukan pada sekitar 80% tanaman. Perbungaan yang tersisa menunjukkan pola yang lebih kompleks.

Anna Khoteeva

Referensi

Matematikawan Inggris Alan Turing tertarik pada pola seperti itu pada paruh pertama abad lalu. Ilmuwan tersebut menjadi terkenal karena mengembangkan metode selama Perang Dunia II yang membantu memecahkan kode mesin enkripsi Enigma Jerman. Selain itu, Turing memiliki pengaruh yang signifikan terhadap perkembangan ilmu komputer dan kecerdasan buatan. Setelah perang, ilmuwan menjadi tertarik pada pola matematika pada tumbuhan.

Bahan. Perbedaan pemuaian bahan tersebut disebabkan oleh suhu. Lebih banyak di bawah sinar matahari daripada di tempat teduh. Setahu saya pangkal kepala tempat menempelnya batang tampak seperti “kapas keras” yang berisi cairan. Mungkin cairan di pori-pori ini berperan sebagai otot - apakah ada operator hidrolik?

Karav***@e*****.ua 01/08/2011

VIVAT - GOOGLE!

Nama: berasal dari kombinasi dua kata Yunani "helios" - matahari dan "anthos" - bunga. Nama ini tidak diberikan secara kebetulan. Perbungaan bunga matahari yang besar, dibatasi oleh kelopak bunga yang bersinar terang, sangat mirip dengan matahari. Selain itu, tumbuhan ini memiliki kemampuan unik untuk memutar kepalanya mengikuti matahari, menelusuri seluruh jalurnya dari matahari terbit hingga terbenam.
Tumbuhan tidak memiliki otot; bunga dapat berubah orientasi hanya karena batang yang menahannya tumbuh lebih kuat di sisi yang cerah. Inilah sebabnya mengapa proses ini terjadi saat bunga matahari tumbuh: pada siang hari, bunga yang tertutup sebenarnya mengikuti arah matahari, sesuai dengan nama Perancisnya tournesol.

Trik yang lebih menakjubkan lagi: pada malam hari, bunga berhasil berputar sehingga pada pagi hari kembali menyambut matahari di timur.
Berkat rotasi ini, tanaman dalam fase pertumbuhan mampu menangkap energi matahari 10-15 persen lebih banyak. Bunga matahari yang tumbuh dengan bunga terbuka tampak tak bergerak ke arah timur.
Daerah batang di bawah kelopak bunga berisi<гормон роста>. Hormon ini tidak tahan terhadap sinar matahari langsung. Saat terkena sinar matahari, bagian batang ini berputar menjauhinya. Ini berkonsentrasi<гормон роста>, sehingga tumbuh lebih cepat, dan akibatnya bunga itu sendiri menghadap matahari.

Jadi saya berpikir ke arah yang benar, saya tidak bisa membayangkan tanaman bisa tumbuh begitu cepat. Berkat Google, saya entah bagaimana tidak memikirkan pertanyaan ini di Google. Namun gambar-gambar indah muncul di topik tersebut. Tahukah Anda bahwa di Jerman merupakan kebiasaan membuat karangan bunga matahari? Anda mungkin diberikan karangan bunga seperti itu untuk ulang tahun Anda.

Alexei.n.pop***@u*****.ua Guru 08/03/2011

Tidak, terima kasih kepada Google! Tidak ada yang jelas - kelayakan gerakan ini hanya ditunjukkan, tapi bagaimana mekanismenya? Dan mengapa rotasi terjadi pada malam hari - apakah itu berarti ada memori atau navigasi angkasa?

Itu hanya khayalan. Dia tidak berbalik MENGIKUTI MATAHARI. Itu terus-menerus diarahkan ke arah yang kecerahan rata-rata hariannya paling besar... Seperti daun mentimun di rumah kaca, seperti bunga dalam ruangan di ambang jendela.

Lihat lebih dekat. Baik pagi hari, subuh, maupun sore hari saat matahari terbenam, di lapangan terbuka, kepala bunga matahari akan mengarah ke Selatan. Dan di tempat yang teduh - jauh dari bayangan yang menimpanya.

Dahulu kala, orang memperhatikan bunga matahari yang masih muda berputar mengikuti matahari pada siang hari, dan pada malam hari mereka kembali ke posisi semula untuk bertemu lagi di timur pada pagi hari. Namun hingga saat ini, para ilmuwan belum mampu memecahkan misteri ini: apa yang membuat tumbuhan melakukan ritual sehari-harinya dan mengapa “pemujaan” terhadap sang termasyhur berhenti seiring berjalannya waktu?

Untuk mencari jawabannya, Stacey Harmer dari University of California di Davis dan rekan-rekannya melakukan serangkaian eksperimen.

Pada tahap pertama, kondisi bunga matahari yang tumbuh di lingkungan alaminya diubah. Para ilmuwan “melumpuhkan” satu kelompok sehingga tanaman tidak dapat berputar sama sekali, dan kelompok lainnya diperbaiki sedemikian rupa sehingga bunga matahari saat matahari terbit menghadap ke barat. Ketika bunganya tumbuh, ternyata daun pada kedua kelompok tersebut berukuran 10% lebih kecil dibandingkan pada tanaman “bebas”. Hal ini membenarkan dugaan bahwa mengamati matahari diperlukan agar bunga matahari dapat tumbuh lebih efisien.

Kemudian para ilmuwan memutuskan untuk memeriksa apakah “tarian” bunga matahari yang berirama disebabkan oleh jam internal atau kondisi lingkungan.

Mereka memindahkan tanaman yang tumbuh di luar ke dalam ruangan dengan pencahayaan konstan di atas kepala dan menemukan bahwa bunga matahari terus berputar dari sisi ke sisi persis seperti sebelumnya selama beberapa hari.

Para ilmuwan kemudian menempatkan tanaman tersebut di ruangan khusus dengan rangkaian lampu yang menyala satu per satu, meniru pergerakan matahari. Ketika para peneliti memprogram pencahayaan buatan dalam siklus tiga puluh jam siang/malam, tanaman berpindah dari satu sisi ke sisi lain tanpa jadwal yang teratur. Namun ketika kondisi cahaya kembali normal, bunga matahari secara ketat mengikuti "matahari" buatan, yang menunjukkan bahwa ritme sirkadian internal memainkan peran penting dalam pergerakan bunga.

Namun yang terpenting, para ahli biologi tertarik pada pertanyaan mengapa, setelah berbunga, bunga matahari berhenti berputar dari sisi ke sisi dan membeku, “melihat” ke arah matahari terbit. Kemudian tim Harmer mengarahkan beberapa tanaman ke arah barat, lalu menghitung jumlah lebah dan penyerbuk lainnya yang hinggap pada bunga menghadap ke arah berbeda.

Ternyata pada pagi hari, serangga lima kali lebih sering mengunjungi bunga yang menghadap ke timur dibandingkan bunga yang menghadap ke arah sebaliknya.

“Anda dapat melihat bahwa lebah tergila-gila pada bunga yang menghadap ke timur dan kurang memperhatikan tanaman yang menghadap ke barat,” kata Stacy Harmer.

Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa penyerbuk lebih menyukai bunga yang hangat, sehingga bunga matahari yang menerima banyak cahaya pagi hari tampaknya lebih populer.

“Saya selalu kagum dengan betapa rumitnya tanaman,” lanjut Harmer. “Mereka benar-benar ahli dalam beradaptasi dengan kondisi lingkungan.”

Studi yang dipublikasikan di Science ini menimbulkan pertanyaan yang lebih kompleks. Misalnya, bagaimana tumbuhan mengetahui waktu dan bagaimana mereka menemukan arah yang benar ketika mereka berbelok dalam kegelapan menuju tempat matahari akan terbit?

Namun, menurut para ahli, fakta bahwa bunga matahari memiliki jam internal dan dipandu oleh ritmenya sendiri adalah “Cawan Suci” dalam mempelajari perilaku kompleks mereka. Dan, seperti yang disoroti oleh siaran pers universitas, ini adalah contoh pertama sinkronisasi temporal pada tanaman yang hidup di lingkungan alami, yang berdampak langsung pada efisiensi pertumbuhan.