Mengapa kepala bunga matahari mengikuti matahari. Ahli genetika telah menemukan bagaimana bunga matahari berputar ke arah matahari Mengapa bunga matahari melihat ke arah tertentu

Hagop Atamian / U.C. Davis

Ilmuwan Amerika telah menemukan mekanisme mana yang bertanggung jawab atas orientasi bunga matahari biji minyak ( Helianthus annuus) di Matahari dan signifikansi evolusi apa yang dimilikinya. Ternyata kemampuan untuk berbelok di bawah pengaruh sinar matahari (heliotropisme) dikaitkan dengan kerja terkoordinasi dari mekanisme peka cahaya dan ritme sirkadian tanaman. Hasil karyanya dipublikasikan di jurnal Sains.

Bunga matahari muda pada siang hari berputar mengikuti Matahari dari timur ke barat, dan pada malam hari mereka kembali untuk bertemu sinar matahari lagi di pagi hari. Tumbuhan yang sedang mekar menghentikan gerakan ini dan selalu menghadap ke timur. Untuk memahami mengapa ini terjadi, karyawan Universitas California dan Virginia melakukan serangkaian eksperimen di lapangan dan di dalam ruangan.

Pada tahap pertama pekerjaan mereka, mereka secara artifisial memperbaiki beberapa bunga matahari eksperimental, mencegah mereka mengikuti Matahari. Total biomassa dan luas daun tanaman tersebut ternyata rata-rata 10 persen lebih sedikit daripada tanaman yang ditanam tanpa batasan. Jadi, membalik Matahari diperlukan untuk tanaman muda untuk pertumbuhan yang lebih intensif.

Putaran terbalik ke 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 tersesat, kembali normal dengan siklus 24 jam).

Bunga matahari tidak memiliki bantalan daun - organ motorik khusus yang memberikan heliotropisme pada beberapa spesies tanaman. Mempertimbangkan bahwa amplitudo gerakan bunga matahari berkurang saat tumbuh hingga tidak ada tanaman dewasa, para ilmuwan menyarankan bahwa rotasi bunga matahari di belakang Matahari memberikan 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, mengkonfirmasi hipotesis ini. Selain itu, ternyata pertumbuhan batang sisi barat, yang lebih intens di malam hari, terjadi "secara default", dan pertumbuhan sisi timur, yang diperlukan pada siang hari, diatur oleh mekanisme fotosensitif ( khususnya, redistribusi hormon auksin di bawah aksi fototropin).

Perubahan suhu bunga di siang hari

Evan Brown / Universitas Virginia

Ketika bunga matahari berhenti tumbuh dan mekar, mekanisme sirkadian dan penginderaan cahaya kehilangan kepentingannya, meninggalkan tanaman berorientasi ke timur. Membalikkan beberapa bunga matahari eksperimental ke barat, para ilmuwan yakin bahwa tanaman seperti itu, tidak seperti yang berbelok ke timur, praktis tidak tertarik pada serangga penyerbuk. Rekaman suhu sepanjang waktu menunjukkan bahwa bunga yang berorientasi ke timur lebih hangat dan lebih cepat, menarik serangga. Ketika bunga yang menghadap ke barat dipanaskan secara artifisial, minat penyerbuk pada bunga itu kembali.

Dengan demikian, pergantian bunga matahari muda di belakang Matahari dipastikan oleh kerja bersama mekanisme sirkadian dan peka cahaya; mereka berfungsi untuk peningkatan biomassa yang intensif. Orientasi tanaman dewasa ke timur diperlukan untuk pemanasan mereka, yang menarik serangga penyerbuk.

MOSKOW, 5 Agustus - RIA Novosti. Bunga matahari memiliki kemampuan luar biasa untuk terus-menerus "memandang" Matahari berkat mutasi yang mengubah kerja "jam internal" mereka sedemikian rupa sehingga mereka mengatur pertumbuhan sel-selnya dengan cara yang sangat tidak biasa, menyebabkan perbungaan berotasi. dari timur ke barat pada siang hari, menurut sebuah artikel yang diterbitkan dalam jurnal Science.

"Fakta bahwa tanaman memiliki gagasan tentang kapan dan di mana Matahari akan terbit membuat saya berasumsi bahwa ada hubungan antara "bioclock" dan rantai protein dan gen yang mengontrol pertumbuhan bunga matahari. fakta bahwa dengan cara ini bunga menerima lebih banyak cahaya, bahkan lebih tertarik pada lebah, karena mereka menyukai permukaan yang hangat,” kata Stacey Harmer (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, mempelajari pekerjaan yang disebut ritme sirkadian yang mengontrol semua proses di dalam sel tumbuhan dan hewan tergantung pada waktu, dan pengaruhnya. pada kerja oxin, protein stimulan pertumbuhan.

Untuk melakukan ini, penulis artikel menanam beberapa bunga matahari, beberapa di antaranya ditanam di laboratorium, di mana lampu menyala terus-menerus, sementara yang lain ditanam di ladang biasa. Para ilmuwan memperbaiki beberapa tanaman di bak sedemikian rupa sehingga mereka tidak bisa berbalik ke belakang Matahari, yang memungkinkan mereka untuk menilai konsekuensi dari meninggalkan adaptasi evolusioner semacam itu.

Dalam mengungkapkan prinsip-prinsip gerakan ini, mereka dibantu oleh trik cerdas yang ditemukan oleh salah satu penulis artikel - ahli biologi mengambil spidol dan meletakkan beberapa titik di batang bunga matahari, yang mereka ikuti dengan kamera video. Jika jarak di antara mereka berubah, ini berarti batang bunga tumbuh di tempat titik-titik ini digambar.

Seperti yang telah ditunjukkan oleh pengamatan, "motor" dalam pergerakan bunga adalah jam internal tanaman - satu set protein dan gen peka cahaya "terhubung" dengan mereka yang mengontrol berbagai proses kehidupan yang terkait dengan permulaan siang, malam. , pagi dan sore.

Jika panjang hari diubah secara artifisial, maka bunga matahari kehilangan kemampuan untuk mengarahkan diri ke Matahari, bahkan jika sumber cahaya buatan bergerak melintasi "langit" dengan cara yang sama seperti termasyhur yang sebenarnya. Ini segera berdampak negatif pada laju pertumbuhan bunga, perekrutan biomassa dan perkembangan benih.

"Titik-titik" felt-tip memberi tahu bagaimana tepatnya ini terjadi - ternyata jam ini memengaruhi pergerakan bunga dalam dua cara: dengan mengendalikan laju pertumbuhan dan menyebabkan satu sisi batang tumbuh lebih cepat daripada yang lain. Karena itu, bunga matahari secara bertahap berubah pada siang hari, mengikuti Matahari.

Sifat bunga matahari ini mungkin memiliki satu keuntungan evolusioner yang tidak terduga - seperti yang ditemukan Harmer dan rekan-rekannya, lebah menyukai bunga yang hangat, terutama di pagi hari, dan berbalik ke arah Matahari membantu bunga lebih cepat panas dan menarik lebih banyak penyerbuk.

Serangkaian percobaan menunjukkan bahwa gerakan bunga matahari sesuai dengan ritme sirkadian 24 jam. Para ilmuwan mencoba "menipu" tanaman dengan mengubah durasi pergerakan sumber cahaya secara artifisial hingga 30 jam. Namun, dalam kasus ini, bunga matahari bergerak tidak merata, yang mempengaruhi pertumbuhan, perolehan biomassa, dan hasil.

Diketahui bahwa perbungaan bunga matahari berubah setelah matahari pada siang hari, dan pada malam hari mereka mengubah posisinya lagi untuk "melihat" ke timur saat fajar. Setelah bunga matahari memudar, mereka berhenti berputar ke arah matahari.

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

Dalam percobaan lain, para ilmuwan secara artifisial membatasi pergerakan tanaman. Mereka mengikat sebagian kuncup agar tidak bisa berputar, atau memutar pot agar tanaman tidak menghadap matahari di pagi hari. Ternyata daun kedua kelompok bunga matahari itu 10% lebih kecil dari pada tumbuhan yang mengikuti matahari.

Selain mengumpulkan lebih banyak biomassa, bunga matahari memiliki 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 sementara mengabaikan bunga yang menghadap ke barat,” kata Stacey Harmer dari University of California, Davis. "Di sisi cerah, tanaman lebih cepat panas, dan bunga 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 numerik ini merupakan deret bilangan asli, di mana 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 disusun dalam dua baris spiral, salah satunya searah jarum jam, yang lainnya berlawanan arah jarum jam. Menurut para ilmuwan, di sebagian besar perbungaan 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 menghormati seratus tahun kelahiran ahli matematika, meluncurkan proyek yang tidak biasa - Turing Sunflowers, mengundang semua orang untuk menanam bunga matahari dan membawa bunga ke museum (atau kirim foto tanaman).

Proyek ini menghasilkan koleksi 657 foto, yang membutuhkan waktu hampir empat tahun untuk diproses dan dianalisis. Karena biji biasanya terlihat jelas dalam perbungaan bunga matahari, para ilmuwan dapat menghitung jumlahnya dan memastikan bahwa pola Fibonacci memang terlacak pada bunga.

Ahli biologi masih tidak dapat memahami mekanisme yang dikaitkan dengan "komitmen" tanaman tertentu terhadap urutan numerik. Masalahnya adalah tanaman tidak selalu menunjukkan pola ini. Dalam kasus bunga matahari yang dipelajari, pola benih yang sesuai dengan deret Fibonacci ditemukan di sekitar 80% tanaman. Perbungaan yang tersisa menunjukkan pola yang lebih kompleks.

Anna Khoteeva

Referensi

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

Bahan. Perbedaan pemuaian bahan te karena suhu. Lebih banyak sinar matahari daripada naungan. Sejauh yang saya tahu, pangkal kepala di titik perlekatan batang terlihat seperti "kapas keras" dengan cairan. Mungkin cairan di pori-pori ini memainkan peran otot - apakah ada hidrolika?

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

VIVAT - GOOGLE!

Nama: berasal dari kombinasi dua kata Yunani "helios" - matahari dan "anthos" - bunga. Nama ini tidak diberikan kepadanya secara kebetulan. Perbungaan bunga matahari besar, dibatasi oleh kelopak bercahaya cerah, benar-benar menyerupai matahari. Selain itu, tanaman 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. Oleh karena itu, prosesnya terjadi ketika bunga matahari tumbuh: pada siang hari, bunga tertutup benar-benar mengikuti jalannya matahari, membenarkan nama Prancis mereka tournesol.

Trik yang lebih menakjubkan lagi: pada malam hari, bunga-bunga itu berhasil berputar sehingga di pagi hari mereka kembali menyapa matahari di timur.
Berkat rotasi ini, tanaman dalam fase pertumbuhan berhasil menangkap 10-15 persen lebih banyak energi matahari. Bunga matahari yang tumbuh dengan bunga terbuka terlihat tidak bergerak ke timur.
Bagian batang di bawah kelopak bunga mengandung<гормон роста>. Hormon ini tidak dapat menahan sinar matahari langsung. Begitu berada di bawah sinar matahari, bagian batang ini berputar sehingga menjauh darinya. Ini berkonsentrasi<гормон роста>, sehingga tumbuh lebih cepat, dan sebagai hasilnya, bunga itu sendiri berbalik ke arah matahari.

Jadi saya berpikir ke arah yang benar, saya tidak bisa membayangkan bahwa tanaman bisa tumbuh begitu cepat. Terima kasih kepada Google, entah bagaimana saya tidak berpikir untuk mencari pertanyaan ini di Google, tetapi gambar-gambar indah muncul di topik. Tahukah Anda bahwa di Jerman sudah biasa membuat karangan bunga bunga matahari? Untuk ulang tahun Anda, Anda mungkin akan diberikan karangan bunga seperti itu.

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

Terima kasih Google! Tidak ada yang jelas - kelayakan gerakan ini hanya ditunjukkan, tetapi mekanisme apa? Dan mengapa rotasi terjadi di malam hari - apakah itu berarti ada memori atau navigasi langit?

Ini adalah delusi. Dia tidak berubah MENGIKUTI MATAHARI. Itu terus-menerus diarahkan ke arah itu, kecerahan harian rata-rata adalah yang terbesar ... Sama seperti daun mentimun di rumah kaca, seperti bunga dalam ruangan di ambang jendela.

Lihat lebih dekat. Dan pagi-pagi, saat fajar, dan sore hari saat matahari terbenam di lapangan terbuka, kepala bunga matahari akan diarahkan ke Selatan. Dan di area yang diarsir - jauh dari bayangan yang jatuh di atasnya.

Dahulu kala, orang memperhatikan bahwa bunga matahari muda pada siang hari berubah setelah matahari, dan pada malam hari mereka kembali ke posisi semula untuk bertemu dengannya lagi di timur di pagi hari. Tetapi sampai sekarang, para ilmuwan tidak dapat memecahkan teka-teki ini: apa yang membuat tanaman melakukan ritual harian mereka dan mengapa "pemujaan" terhadap sang termasyhur berhenti seiring waktu?

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

Pada tahap pertama, kondisi berubah untuk bunga matahari yang tumbuh di lingkungan alaminya. Para ilmuwan "mengimobilisasi" satu kelompok sehingga tanaman tidak bisa berputar sama sekali, dan yang lain diperbaiki sedemikian rupa sehingga bunga matahari berbelok ke barat saat matahari terbit. Saat bunga tumbuh, ternyata daun pada kedua kelompok 10% lebih kecil dari pada tanaman "bebas". Ini menegaskan firasat bahwa paparan sinar matahari diperlukan agar bunga matahari tumbuh lebih efisien.

Kemudian para ilmuwan memutuskan untuk memeriksa apa yang menyebabkan "tarian" berirama bunga matahari - jam internal atau kondisi lingkungan.

Mereka memindahkan tanaman luar ruangan ke ruangan dengan pencahayaan overhead yang konstan dan menemukan bahwa bunga matahari terus berputar dari sisi ke sisi selama beberapa hari, persis seperti yang mereka lakukan sebelumnya.

Para ilmuwan kemudian menempatkan tanaman di ruangan khusus dengan untaian lampu yang menyala secara bergantian, mensimulasikan pergerakan matahari. Ketika para peneliti memprogram pencahayaan buatan ke siklus "siang" dan "malam" tiga puluh jam, tanaman berputar dari sisi ke sisi tanpa jadwal yang teratur. Tetapi ketika rezim cahaya kembali normal, bunga matahari secara ketat mengikuti "matahari" buatan, menunjukkan bahwa ritme sirkadian internal memainkan peran penting dalam pergerakan bunga.

Tetapi yang terpenting, para ahli biologi tertarik pada pertanyaan mengapa, setelah berbunga, bunga matahari berhenti berputar dari sisi ke sisi dan membeku, "memandang" ke arah matahari terbit. Kemudian tim Harmer memutar bagian tanaman ke barat, dan kemudian menghitung jumlah lebah dan penyerbuk lainnya yang mendarat di bunga yang menghadap ke berbagai belahan dunia.

Ternyata di pagi hari, serangga mengunjungi bunga yang menghadap ke timur lima kali lebih sering daripada yang berbalik ke arah yang berlawanan.

"Anda dapat melihat bahwa lebah hanya tergila-gila pada bunga yang menghadap ke timur dan hampir tidak memperhatikan tanaman yang menghadap ke barat," catat Stacey Harmer.

Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa penyerbuk lebih menyukai bunga yang lebih hangat, sehingga bunga matahari yang menerima dosis sinar pagi lebih tinggi lebih populer.

"Saya selalu kagum dengan betapa kompleksnya tanaman. Mereka benar-benar mahir beradaptasi dengan lingkungan mereka," lanjut Harmer.

Hasil penelitian yang dipublikasikan di Science, memunculkan pertanyaan yang lebih kompleks. Misalnya, bagaimana tanaman mengetahui waktu dan bagaimana mereka menemukan arah yang benar ketika mereka berbelok dalam gelap ke tempat matahari akan terbit?

Tetapi menurut para ahli, fakta bahwa bunga matahari memiliki jam internal dan dipandu oleh ritme mereka sendiri adalah "Cawan Suci" dalam mempelajari perilaku kompleks mereka. Dan, sebagaimana ditekankan dalam siaran pers dari universitas, ini adalah contoh pertama sinkronisasi waktu pada tanaman yang hidup di lingkungan alam, yang berdampak langsung pada efisiensi pertumbuhan.