Kāpēc saulespuķu galviņas seko saulei? Ģenētiķi ir noskaidrojuši, kā saulespuķe pagriežas pret sauli Kāpēc saulespuķes skatās noteiktā virzienā

Hagops Atamians / U.C. Deiviss

Amerikāņu zinātnieki ir noskaidrojuši, kuri mehānismi ir atbildīgi par eļļas augu saulespuķu orientāciju ( Helianthus annuus) par Sauli un kāda tam ir evolucionāra nozīme. Izrādījās, ka spēja griezties saules gaismas ietekmē (heliotropisms) ir saistīta ar gaismjutīgo mehānismu saskaņotu darbu un auga diennakts ritmiem. Darba rezultāti tika publicēti žurnālā Zinātne.

Jaunās saulespuķes dienas gaišajā laikā griežas pēc Saules no austrumiem uz rietumiem, un naktī tās pagriežas atpakaļ, lai no rīta atkal satiktos ar saules gaismu. Ziedoši augi pārtrauc šo kustību un vienmēr ir vērsti uz austrumiem. Lai saprastu, kāpēc tas notiek, Kalifornijas un Virdžīnijas universitāšu darbinieki veica virkni eksperimentu gan laukā, gan telpās.

Pirmajā darba posmā viņi mākslīgi fiksēja dažas eksperimentālās saulespuķes, neļaujot tām sekot Saulei. Šādu augu kopējā biomasa un lapu platība izrādījās vidēji par 10 procentiem mazāka nekā bez ierobežojumiem audzētiem augiem. Tādējādi griešanās aiz Saules ir nepieciešama jauniem augiem intensīvākai augšanai.

Reversais pagrieziens uz austrumiem nakts laikā liecina, ka šajā procesā ir iesaistīti diennakts ritma regulēšanas mehānismi. Zinātnieki to apstiprināja, ienesot saulespuķes no lauka telpā ar pastāvīgu apgaismojumu (augi turpināja griezties vēl vairākas dienas) un uzliekot tām mākslīgu 30 stundu apgaismojuma ciklu (augu rotācijas ritms apmaldījās, atgriešanās normālā stāvoklī ar 24 stundu ciklu).

Saulespuķei nav lapu spilventiņu - īpašu motora orgānu, kas nodrošina heliotropismu dažām augu sugām. Ņemot vērā, ka saulespuķu kustību amplitūda samazinās, pieaugot līdz pilnīgai prombūtnei nobriedušiem augiem, zinātnieki ierosināja, ka saulespuķu rotācijas aiz Saules nodrošina nevienmērīgu stublāja pagarinājumu dienas laikā. Eksperimenti ar augiem, kuriem trūkst augšanas hormona giberelīna, kā arī gēnu aktivitātes izpēte stumbra rietumu un austrumu pusēs apstiprināja šo hipotēzi. Turklāt izrādījās, ka stumbra rietumu puses augšana, kas ir intensīvāka naktī, notiek “pēc noklusējuma”, un austrumu puses augšana, kas nepieciešama dienā, tiek regulēta ar gaismjutīgiem mehānismiem ( jo īpaši auksīna hormona pārdale fototropīnu ietekmē).

Ziedu temperatūras izmaiņas dienas laikā

Evans Brauns / Virdžīnijas Universitāte

Kad saulespuķe pārstāj augt un zied, diennakts un gaismas uztveršanas mehānismi zaudē savu nozīmi, atstājot augu orientētu uz austrumiem. Pagriežot dažas eksperimentālās saulespuķes uz rietumiem, zinātnieki pārliecinājās, ka šādi augi, atšķirībā no tiem, kas pagriezti uz austrumiem, praktiski nav ieinteresēti apputeksnēt kukaiņus. Diennakts temperatūras reģistrēšana liecināja, ka uz austrumiem orientēti ziedi sasilst daudz labāk un ātrāk, piesaistot kukaiņus. Kad uz rietumiem vērstie ziedi tika mākslīgi karsēti, apputeksnētāju interese par tiem atgriezās.

Tādējādi jauno saulespuķu pagriezienus aiz Saules nodrošina diennakts un gaismas jutīgo mehānismu kopīgs darbs, tie kalpo intensīvai biomasas palielināšanai. Pieaugušo augu orientācija uz austrumiem ir nepieciešama to sasilšanai, kas piesaista apputeksnētājus kukaiņus.

MASKAVA, 5. augusts — RIA Novosti. Saulespuķēm piemīt apbrīnojama spēja nepārtraukti "skatīties" uz Sauli, pateicoties mutācijai, kas mainīja viņu "iekšējā pulksteņa" darbību tā, ka tās ļoti neparastā veidā organizē tās šūnu augšanu, izraisot ziedkopas rotāciju. no austrumiem uz rietumiem dienas gaišajā laikā, saskaņā ar rakstu, kas publicēts žurnālā Science.

"Fakts, ka augam ir priekšstats par to, kad un no kurienes Saule uzlēks, lika man pieņemt, ka pastāv saikne starp "biopulksteni" un olbaltumvielu un gēnu ķēdi, kas kontrolē saulespuķu augšanu. Turklāt uz to, ka šādā veidā zieds saņem vairāk gaismas, tas vēl vairāk piesaistīja bites, jo tām patīk siltas virsmas,” sacīja Steisija Hārmere (Steisija Hārmere) no Kalifornijas universitātes Deivisā (ASV).

Pamatojoties uz šo pieņēmumu, Hārmere un viņas kolēģi atklāja vienu no senākajiem un interesantākajiem botānikas noslēpumiem, pētot tā saukto diennakts ritmu darbību, kas kontrolē visus procesus augu un dzīvnieku šūnās atkarībā no diennakts laika, un to ietekme uz oksīna, stimulējoša proteīna, darbību.augšanu.

Lai to izdarītu, raksta autori izaudzēja vairākas saulespuķes, no kurām dažas tika stādītas laboratorijā, kur pastāvīgi dega gaisma, bet citas tika iestādītas parastā laukā. Zinātnieki dažus augus fiksēja tvertnēs tā, lai tie nevarētu pagriezties aiz Saules, kas ļāva novērtēt šādas evolucionāras adaptācijas atteikšanās sekas.

Šīs kustības principu atklāšanā viņiem palīdzējis asprātīgs triks, ko izdomājis viens no raksta autoriem - biologi paņēma marķieri un uzlika vairākus punktus uz saulespuķes kāta, kam sekoja līdzi ar videokameru. Ja attālums starp tiem mainījās, tas nozīmēja, ka zieda kāts izauga vietā, kur tika novilkti šie punkti.

Kā liecina novērojumi, "motors" zieda kustībā bija auga iekšējais pulkstenis - ar tiem "savienots" gaismas jutīgu proteīnu un gēnu kopums, kas kontrolē dažādus dzīvības procesus, kas saistīti ar dienas, nakts iestāšanos. , no rīta un vakarā.

Ja dienas ilgums mainījās mākslīgi, tad saulespuķes zaudēja spēju orientēties uz Sauli, pat ja mākslīgais gaismas avots pārvietojās pa "debesīm" tāpat kā īstā zvaigzne. Tas nekavējoties negatīvi ietekmēja ziedu augšanas ātrumu, biomasas piesaisti un sēklu attīstību.

Kā tieši tas notiek, stāstīja filca “punktiņi” – izrādījās, ka šie pulksteņi zieda kustību ietekmē divējādi: kontrolējot augšanas ātrumu un liekot vienai kāta pusei augt ātrāk nekā otrai. Pateicoties tam, saulespuķe pamazām griežas dienas gaišajā laikā, sekojot Saulei.

Šai saulespuķu iezīmei var būt viena negaidīta evolūcijas priekšrocība – kā atklāja Hārmere un viņas kolēģi, bitēm patīk silti ziedi, it īpaši no rītiem, un, pagriežoties pret Sauli, zieds ātrāk sasilst un piesaista vairāk apputeksnētāju.

Eksperimentu sērija parādīja, ka saulespuķu kustība atbilst 24 stundu diennakts ritmam. Zinātnieki mēģināja “maldināt” augus, mākslīgi mainot gaismas avota kustības ilgumu līdz 30 stundām. Taču šajā gadījumā saulespuķes pārvietojās nevienmērīgi, kas ietekmēja to augšanu, biomasas pieaugumu un ražu.

Zināms, ka dienas laikā saulespuķu ziedkopas griežas pēc saules, un naktī tās atkal maina savu pozīciju, lai rītausmā “skatītos” uz austrumiem. Kad saulespuķes novīst, tās pārstāj griezties pret sauli.

Zinātnieki skaidro, ka saulespuķu ziedkopas kustība notiek auga nevienmērīgas augšanas dēļ. Viena stublāja puse aug ātrāk nekā otra, izraisot ziedkopas apgriešanos.

Citā eksperimentā zinātnieki mākslīgi ierobežoja augu kustību. Viņi sasēja dažus pumpurus, lai tie nevarētu griezties, vai apgrieza podus, lai augi no rīta nepakļautos saulei. Izrādījās, ka abu grupu saulespuķu lapas bija par 10% mazākas nekā augiem, kas sekoja saulei.

Papildus tam, ka saulespuķes uzkrāj vairāk biomasas, tās ir ieguvušas vēl vienu priekšrocību: augi, kas vērsti pret sauli, ir daudz pievilcīgāki kukaiņiem. No rīta pie ziediem, kas vērsti uz austrumiem, uzlidoja piecas reizes vairāk bišu.

"Bites tracina uz austrumiem vērstiem augiem, ignorējot uz rietumiem vērstos ziedus," saka Steisija Hārmere no Kalifornijas Universitātes Deivisā. "Saulainajā pusē augi ātrāk sasilst, un siltie ziedi piesaista vairāk apputeksnētāju."

Anna Khoteeva

Saulespuķu ziedā atklāta Fibonači secība

Pēc biologu domām, lielie ziedi ir viens no acīmredzamākajiem un skaistākajiem Fibonači secības demonstrējumiem. Šī skaitliskā secība ir naturālu skaitļu virkne, kur katrs nākamais skaitlis ir vienāds ar divu iepriekšējo skaitļu summu. Secība varētu izskatīties šādi: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144…

Pētnieki atklāja, ka sēklas ir izvietotas divās spirāļu rindās, no kurām viena iet pulksteņrādītāja virzienā, otra - pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Pēc zinātnieku domām, lielākajā daļā saulespuķu ziedkopu var atrast skaitļu kombināciju, kas iekļauta Fibonači secībā - piemēram, 34 un 55 vai 55 un 89. Un, ja jums priekšā ir ļoti liela saulespuķe, tad varat skaitīt 89 un 144 sēklas.

2012. gadā Mančestras (Lielbritānijas) Zinātnes un rūpniecības muzejs, par godu matemātiķa dzimšanas simtgadei, uzsāka neparastu projektu - Tjūringa saulespuķes, aicinot ikvienu izaudzēt saulespuķi un atnest uz muzeju ziedu (vai nosūtīt auga fotoattēlu).

Šī projekta rezultātā tika apkopotas 657 fotogrāfijas, kuru apstrāde un analīze aizņēma gandrīz četrus gadus. Tā kā sēklas parasti ir skaidri redzamas saulespuķu ziedkopā, zinātnieki varēja saskaitīt to skaitu un apstiprināt, ka Fibonači raksts ziedos patiešām ir izsekots.

Biologi joprojām nevar saprast mehānismu, ar kuru ir saistīta noteiktu augu “saistība” ar skaitliskām sekvencēm. Problēma ir tā, ka augi ne vienmēr parāda šo modeli. Pētītajiem saulespuķu ziediem Fibonači secībai atbilstoši sēklu raksti konstatēti aptuveni 80% augu. Atlikušajās ziedkopās bija sarežģītāki raksti.

Anna Khoteeva

atsauce

Par šādām likumsakarībām pagājušā gadsimta pirmajā pusē interesējās britu matemātiķis Alans Tjūrings. Zinātnieks kļuva slavens ar to, ka Otrā pasaules kara laikā izstrādāja metodi, kas palīdzēja uzlauzt vācu Enigma šifrēšanas mašīnas kodu. Turklāt Tjūringam bija būtiska ietekme uz datorzinātņu un mākslīgā intelekta attīstību. Pēc kara zinātnieks sāka interesēties par augu matemātiskajiem modeļiem.

Materiāls. Materiāla izplešanās starpība temperatūras ietekmē. Vairāk saules nekā ēna. Cik man zināms, tad galvas pamatne stublāja piestiprināšanas vietā izskatās pēc "cietas vates" ar šķidrumu. Varbūt šis šķidrums porās pilda muskuļu lomu - vai ir hidraulika?

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

VIVAT — GOOGLE!

Nosaukums: cēlies no divu grieķu vārdu "helios" - saule un "anthos" - zieds kombinācijas. Šis vārds viņam tika dots iemesla dēļ. Milzīgās saulespuķu ziedkopas, ko robežojas ar spilgti mirdzošām ziedlapiņām, patiešām atgādina sauli. Turklāt šim augam ir unikāla spēja pagriezt galvu, sekojot saulei, izsekojot visu savu ceļu no saullēkta līdz saulrietam.
Augiem nav muskuļu, zieds var mainīt orientāciju tikai tāpēc, ka stublājs, kas to tur, aug stiprāks saulainā pusē. Tāpēc process notiek saulespuķei augot: dienas laikā slēgtie ziedi patiešām seko saules gaitai, attaisnojot savu franču nosaukumu tournesol.

Vēl pārsteidzošāks triks: nakts laikā ziedi paspēj apgriezties tā, ka no rīta tie atkal sveic sauli austrumos.
Pateicoties šai rotācijai, augiem augšanas fāzē izdodas noķert par 10-15 procentiem vairāk saules enerģijas. Pieauguša saulespuķe ar vaļēju ziedu nekustīgi skatās uz austrumiem.
Kāta daļa zem zieda ziedlapiņām satur<гормон роста>. Šis hormons nevar izturēt tiešus saules starus. Nonākot saulē, šī stublāja daļa pagriežas tā, lai tiktu no tās prom. Tas koncentrējas<гормон роста>, tāpēc tas aug ātrāk, un rezultātā zieds pats pagriežas pret sauli.

Tāpēc es domāju pareizajā virzienā, es vienkārši nevarēju iedomāties, ka augs var augt tik ātri. Pateicoties Google, man kaut kā neienāca prātā googlēt šo jautājumu, bet topā parādījās skaistas bildes. Vai zināt, ka Vācijā ir pieņemts veidot saulespuķu ziedu pušķus? Dzimšanas dienā jums var uzdāvināt šādu pušķi.

Aleksejs.n.pop***@u*****.ua Skolotājs 03.08.2011

Paldies Google! Nekas nav skaidrs - vienkārši norādīts šīs kustības lietderība, bet kāds mehānisms? Un kāpēc rotācija notiek naktī - vai tas nozīmē, ka ir atmiņa vai debesu navigācija?

Tas ir malds. Viņš negriežas SEKOT SAULEI. Tā nepārtraukti tiek virzīta tajā virzienā, kuras vidējais dienas spilgtums ir vislielākais... Tāpat kā gurķu lapas siltumnīcā, tāpat kā istabas puķes uz palodzes.

Paskatieties tuvāk. Un agri no rīta, rītausmā un vēlu vakarā saulrietā atklātā laukā saulespuķu galvas tiks virzītas uz dienvidiem. Un ēnotajā zonā - prom no ēnas, kas uz tā krīt.

Jau sen cilvēki pamanīja, ka jaunie saulespuķu ziedi dienas laikā griežas pēc saules un naktī atgriežas sākotnējā stāvoklī, lai no rīta viņu atkal satiktu austrumos. Taču līdz šim zinātnieki nevarēja atrisināt šo mīklu: kas liek augiem veikt savu ikdienas rituālu un kāpēc gaismekļa "pielūgšana" ar laiku apstājas?

Meklējot atbildi, Steisija Hārmere no Kalifornijas Universitātes Deivisā un viņas kolēģi veica virkni eksperimentu.

Pirmajā posmā tika mainīti apstākļi saulespuķu audzēšanai to dabiskajā vidē. Zinātnieki vienu grupu “imobilizēja”, lai augi nemaz nevarētu pagriezties, bet otru nofiksēja tā, ka saulespuķes saullēktā pagriezās uz rietumiem. Kad ziedi izauga, izrādījās, ka lapas abās grupās bija par 10% mazākas nekā "brīvajiem" augiem. Tas apstiprināja priekšstatu, ka saulespuķes ir nepieciešamas, lai tās augtu efektīvāk.

Tad zinātnieki nolēma pārbaudīt, kas izraisīja saulespuķu ritmiskās "dejas" – iekšējais pulkstenis vai vides apstākļi.

Viņi pārvietoja āra augus uz istabu ar pastāvīgu augšējo apgaismojumu un konstatēja, ka saulespuķes vairākas dienas turpina griezties no vienas puses uz otru, tieši tāpat kā iepriekš.

Pēc tam zinātnieki novietoja augus īpašā telpā ar lampu virkni, kas pēc kārtas ieslēdzās, imitējot saules kustību. Kad pētnieki ieprogrammēja mākslīgo apgaismojumu trīsdesmit stundu "dienas" un "nakts" ciklam, augi griezās no vienas puses uz otru bez regulāra grafika. Bet, kad gaismas režīms atgriezās normālā stāvoklī, saulespuķes stingri sekoja mākslīgajai "saulei", parādot, ka zieda kustībā liela nozīme ir iekšējiem diennakts ritmiem.

Bet visvairāk biologus interesēja jautājums, kāpēc saulespuķes pēc ziedēšanas pārstāj griezties no vienas puses uz otru un sasalst, “skatoties” pret saullēktu. Pēc tam Harmer komanda daļu augu pagrieza uz rietumiem un pēc tam saskaitīja bišu un citu apputeksnētāju skaitu, kas nolaidās uz ziediem, kas vērsti pret dažādām pasaules daļām.

Izrādījās, ka rīta stundās uz austrumiem vērstus ziedus kukaiņi apmeklēja piecas reizes biežāk nekā pretējā virzienā pagrieztos.

"Var redzēt, ka bites vienkārši aizraujas ar ziediem, kas vērsti uz austrumiem, un gandrīz nepievērš uzmanību augiem, kas vērsti uz rietumiem," atzīmē Steisija Hārmere.

Iepriekšējie pētījumi liecina, ka apputeksnētāji dod priekšroku siltākiem ziediem, tāpēc populārākas ir saulespuķes, kas saņem lielāku agra rīta staru devu.

"Es vienmēr esmu bijis pārsteigts par to, cik augi ir sarežģīti," turpina Hārmers. "Viņi patiešām spēj pielāgoties savai videi."

Zinātnē publicētā pētījuma rezultāti rada sarežģītākus jautājumus. Piemēram, kā augi nosaka laiku un kā viņi atrod pareizo virzienu, kad tumsā pagriežas tur, kur uzlēks saule?

Taču, pēc ekspertu domām, pats fakts, ka saulespuķēm ir iekšējais pulkstenis un tās vadās pēc saviem ritmiem, ir "Svētais Grāls" to sarežģītās uzvedības izpētē. Un, kā uzsvērts universitātes paziņojumā presei, šis ir pirmais dabiskajā vidē dzīvojošo augu laika sinhronizācijas piemērs, kas tieši ietekmē augšanas efektivitāti.