Prečo slnečnicové hlavy nasledujú slnko. Genetici prišli na to, ako sa slnečnica otáča smerom k slnku Prečo sa slnečnice pozerajú určitým smerom

Hagop Atamian / U.C. Davis

Americkí vedci zistili, ktoré mechanizmy sú zodpovedné za orientáciu slnečnice olejnej ( Helianthus annuus) na Slnku a aký má evolučný význam. Ukázalo sa, že schopnosť otáčania pod vplyvom slnečného žiarenia (heliotropizmus) je spojená s koordinovanou prácou svetlocitlivých mechanizmov a cirkadiánnych rytmov rastliny. Výsledky práce boli publikované v časopise Veda.

Mladé slnečnice sa počas dňa otáčajú za Slnkom z východu na západ a v noci sa vracajú späť, aby sa ráno opäť stretli so slnečným žiarením. Kvitnúce rastliny zastavia tento pohyb a vždy smerujú na východ. Aby pochopili, prečo sa to deje, zamestnanci univerzít v Kalifornii a Virgínii vykonali sériu experimentov v teréne aj vo vnútri.

V prvej fáze svojej práce umelo zafixovali niektoré pokusné slnečnice, čím im zabránili sledovať Slnko. Celková biomasa a plocha listov takýchto rastlín sa ukázala byť v priemere o 10 percent menšia ako u rastlín pestovaných bez obmedzení. Otáčanie za Slnkom je teda pre mladé rastlinky nevyhnutné pre intenzívnejší rast.

Spätný chod na východ v noci naznačuje, že do tohto procesu sú zapojené mechanizmy regulácie cirkadiánnych rytmov. Vedci to potvrdili tým, že priniesli slnečnice z poľa do miestnosti s konštantným osvetlením (rastliny pokračovali v rotácii ešte niekoľko dní) a uvalili na ne umelý 30-hodinový cyklus osvetlenia (rytmus rotácie rastlín sa stratil a vrátil sa do normálu s 24-hodinový cyklus).

Slnečnica nemá listové vankúšiky - špeciálne motorické orgány, ktoré u niektorých druhov rastlín zabezpečujú heliotropizmus. Berúc do úvahy, že amplitúda pohybov slnečnice klesá, keď vyrastie až do úplnej absencie v zrelých rastlinách, vedci navrhli, že rotácia slnečnice za Slnkom spôsobuje nerovnomerné predlžovanie stonky počas dňa. Experimenty s rastlinami, ktorým chýba rastový hormón giberelín, ako aj štúdium génovej aktivity na západnej a východnej strane stonky túto hypotézu potvrdili. Navyše sa ukázalo, že rast západnej strany stonky, ktorý je v noci intenzívnejší, prebieha „štandardne“ a rast východnej strany, ktorý je potrebný počas dňa, je regulovaný fotosenzitívnymi mechanizmami ( najmä redistribúcia auxínového hormónu pôsobením fototropínov).

Zmeny teploty kvetov počas dňa

Evan Brown / University of Virginia

Keď slnečnica prestane rásť a kvitne, cirkadiánne a svetelné mechanizmy strácajú svoj význam a rastlina je orientovaná na východ. Otočením niektorých experimentálnych slnečníc na západ boli vedci presvedčení, že takéto rastliny, na rozdiel od tých, ktoré sú otočené na východ, prakticky nemajú záujem o opeľujúci hmyz. Nepretržité zaznamenávanie teplôt ukázalo, že kvety orientované na východ sa oveľa lepšie a rýchlejšie zohrievajú a lákajú hmyz. Keď boli kvety orientované na západ umelo vyhrievané, záujem opeľovačov o ne sa vrátil.

Otoky mladých slnečníc za Slnkom sú teda zabezpečené spoločnou prácou cirkadiánnych a svetlocitlivých mechanizmov, slúžia na intenzívny nárast biomasy. Orientácia dospelých rastlín na východ je nevyhnutná pre ich oteplenie, ktoré láka opeľujúci hmyz.

MOSKVA 5. augusta - RIA Novosti. Slnečnice majú úžasnú schopnosť neustále sa „dívať“ do Slnka vďaka mutácii, ktorá zmenila prácu ich „vnútorných hodín“ tak, že veľmi nezvyčajným spôsobom organizujú rast jej buniek, čo spôsobuje rotáciu kvetenstva. z východu na západ počas denných hodín, podľa článku publikovaného v časopise Science.

"Skutočnosť, že rastlina má predstavu o tom, kedy a odkiaľ Slnko vyjde, ma viedlo k predpokladu, že existuje spojenie medzi "biohodinami" a reťazcom proteínov a génov, ktoré riadia rast slnečnice. na to, že takto kvetina dostáva viac svetla, ešte viac to priťahuje včely, pretože milujú teplé povrchy,“ povedala Stacey Harmer (Stacey Harmer) z Kalifornskej univerzity v Davis (USA).

Na základe tohto predpokladu Harmer a jej kolegovia odhalili jednu z najstarších a najzaujímavejších záhad botaniky, študovali prácu takzvaných cirkadiánnych rytmov, ktoré riadia všetky procesy vo vnútri buniek rastlín a živočíchov v závislosti od dennej doby a ich vplyv na prácu oxínu, stimulačnej bielkoviny.rast.

Na tento účel autori článku vypestovali niekoľko slnečníc, z ktorých niektoré boli vysadené v laboratóriu, kde sa neustále svietilo, zatiaľ čo iné boli vysadené na obyčajnom poli. Vedci upevnili niektoré rastliny do vaní takým spôsobom, že sa nemohli otočiť za Slnkom, čo im umožnilo posúdiť dôsledky opustenia takéhoto evolučného prispôsobenia.

Pri odhaľovaní princípov tohto pohybu im pomohol vtipný trik, ktorý vymyslel jeden z autorov článku – biológovia vzali fixku a na stonku slnečnice nalepili niekoľko bodiek, ktoré sledovali videokamerou. Ak sa vzdialenosť medzi nimi zmenila, znamenalo to, že stonka kvetu rástla tam, kde boli tieto body nakreslené.

Ako ukázali pozorovania, „motorom“ v pohybe kvetu boli vnútorné hodiny rastliny – súbor svetlocitlivých proteínov a s nimi „napojených“ génov, ktoré riadia rôzne životné procesy spojené s nástupom dňa, noci, ráno a večer.

Ak sa umelo zmenilo trvanie dňa, potom slnečnice stratili schopnosť orientovať sa na Slnko, aj keď sa zdroj umelého svetla pohyboval po „nebeskej nebeskej klenbe“ rovnakým spôsobom ako skutočné svietidlo. To okamžite negatívne ovplyvnilo rýchlosť rastu kvetov, získavanie biomasy a vývoj semien.

"Bodky" s plsteným hrotom hovorili, ako presne sa to deje - ukázalo sa, že tieto hodiny ovplyvňujú pohyb kvetu dvoma spôsobmi: riadením rýchlosti rastu a tým, že jedna strana stonky rastie rýchlejšie ako druhá. Vďaka tomu sa slnečnica počas denného svetla postupne otáča podľa Slnka.

Táto vlastnosť slnečnice môže mať jednu neočakávanú evolučnú výhodu – ako Harmer a jej kolegovia zistili, včely majú rady teplé kvety, najmä ráno, a otočenie smerom k Slnku pomáha kvetu rýchlejšie sa zahriať a prilákať viac opeľovačov.

Séria experimentov ukázala, že pohyb slnečnice zodpovedá 24-hodinovému cirkadiánnemu rytmu. Vedci sa pokúsili „oklamať“ rastliny umelou zmenou trvania pohybu svetelného zdroja až na 30 hodín. Slnečnice sa však v tomto prípade pohybovali nerovnomerne, čo ovplyvnilo ich rast, prírastok biomasy a úrodu.

Je známe, že súkvetia slnečnice sa cez deň otáčajú za slnkom a v noci opäť menia svoju polohu, aby sa za úsvitu „pozerali“ na východ. Po vyblednutí slnečnice sa prestanú otáčať smerom k slnku.

Vedci vysvetľujú, že pohyb kvetenstva slnečnice nastáva v dôsledku nerovnomerného rastu rastliny. Jedna strana stonky rastie rýchlejšie ako druhá, čo spôsobuje otáčanie kvetenstva.

V inom experimente vedci umelo obmedzili pohyb rastlín. Niektoré púčiky priviazali, aby sa nemohli otáčať, alebo otočili črepníky, aby rastliny ráno nečelili slnku. Ukázalo sa, že listy oboch skupín slnečníc boli o 10 % menšie ako listy rastlín, ktoré nasledovali slnko.

Okrem toho, že slnečnice nahromadili viac biomasy, získali ďalšiu výhodu: rastliny otočené k slnku sú pre hmyz oveľa atraktívnejšie. Ku kvetom obráteným na východ ráno priletelo päťkrát toľko včiel.

„Včely sa zbláznia do rastlín orientovaných na východ a ignorujú kvety orientované na západ,“ hovorí Stacey Harmer z Kalifornskej univerzity v Davise. "Na slnečnej strane sa rastliny ohrievajú rýchlejšie a teplé kvety priťahujú viac opeľovačov."

Anna Khoteeva

Fibonacciho sekvencia objavená v kvete slnečnice

Podľa biológov sú veľké kvety jedným z najzreteľnejších a najkrajších prejavov Fibonacciho postupnosti. Táto číselná postupnosť je rad prirodzených čísel, kde každé nasledujúce číslo sa rovná súčtu dvoch predchádzajúcich. Poradie môže vyzerať takto: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144…

Vedci zistili, že semená sú usporiadané v dvoch radoch špirál, z ktorých jedna ide v smere hodinových ručičiek a druhá proti smeru hodinových ručičiek. Podľa vedcov vo väčšine súkvetí slnečnice nájdete kombináciu čísel zaradených do Fibonacciho postupnosti – napríklad 34 a 55 alebo 55 a 89. A ak máte pred sebou veľmi veľkú slnečnicu, potom môžete počítať 89 a 144 semien.

V roku 2012 Múzeum vedy a priemyslu v Manchestri (Spojené kráľovstvo), na počesť stého výročia narodenia matematika, spustilo nezvyčajný projekt – Turing Sunflowers, pozývajúci všetkých, aby si vypestovali slnečnicu a priniesli kvetinu do múzea (resp. poslať fotografiu rastliny).

Výsledkom tohto projektu bolo zhromaždenie 657 fotografií, ktorých spracovanie a analýza trvala takmer štyri roky. Keďže semená sú zvyčajne jasne viditeľné v kvetenstve slnečnice, vedci boli schopní spočítať ich počet a potvrdiť, že Fibonacciho vzor je skutočne vysledovaný v kvetoch.

Biológovia stále nedokážu pochopiť mechanizmus, s ktorým sa spája „oddanosť“ určitých rastlín číselným sekvenciám. Problém je, že rastliny nie vždy vykazujú tento vzor. V prípade študovaných kvetov slnečnice boli vzory semien zodpovedajúce Fibonacciho sekvencii nájdené v približne 80 % rastlín. Zvyšné súkvetia vykazovali zložitejšie vzory.

Anna Khoteeva

Odkaz

O takéto zákonitosti sa v prvej polovici minulého storočia zaujímal britský matematik Alan Turing. Vedec sa preslávil vývojom metódy počas druhej svetovej vojny, ktorá pomohla prelomiť kód nemeckého šifrovacieho stroja Enigma. Okrem toho mal Turing významný vplyv na rozvoj informatiky a umelej inteligencie. Po vojne sa vedec začal zaujímať o matematické vzorce v rastlinách.

Materiál. Rozdiel v rozťažnosti materiálu v dôsledku teploty. Viac slnka ako tieňa. Pokiaľ viem, základ hlavy v mieste uchytenia stonky vyzerá ako "tvrdá vata" s tekutinou. Možno táto tekutina v póroch hrá úlohu svalov - existuje hydraulika?

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

VIVAT - GOOGLE!

Názov: pochádza z kombinácie dvoch gréckych slov „helios“ – slnko a „anthos“ – kvet. Toto meno mu bolo dané z nejakého dôvodu. Obrovské súkvetia slnečnice, ohraničené jasnými žiarivými lupeňmi, skutočne pripomínajú slnko. Okrem toho má táto rastlina jedinečnú schopnosť otočiť hlavu podľa slnka a sledovať celú svoju cestu od východu po západ slnka.
Rastliny nemajú svaly, kvet môže zmeniť orientáciu len vďaka tomu, že stonka, ktorá ho drží, silnie na slnečnej strane. Proces preto prebieha, keď slnečnica rastie: počas dňa uzavreté kvety skutočne sledujú chod slnka, čo odôvodňuje ich francúzsky názov tournesol.

Ešte úžasnejší trik: v noci sa kvety dokážu otočiť tak, že ráno opäť pozdravia slnko na východe.
Vďaka tejto rotácii sa rastlinám v rastovej fáze podarí zachytiť o 10-15 percent viac slnečnej energie. Vyrastená slnečnica s otvoreným kvetom nehybne hľadí na východ.
Časť stonky pod lupeňmi kvetu obsahuje<гормон роста>. Tento hormón nemôže odolať priamemu slnečnému žiareniu. Keď je na slnku, táto časť stonky sa otočí, aby sa od nej dostala preč. Sústreďuje sa<гормон роста>, takže rastie rýchlejšie a v dôsledku toho sa samotný kvet otáča smerom k slnku.

Uvažoval som teda správnym smerom, len som si nevedel predstaviť, že rastlina môže rásť tak rýchlo. Vďaka Google ma akosi nenapadlo túto otázku googliť, no v téme sa objavili krásne obrázky. Viete, že v Nemecku je zvykom robiť kytice zo slnečnicových kvetov? Na vaše narodeniny môžete dostať takúto kyticu.

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

Vďaka Google! Nič nie je jasné - účelnosť tohto pohybu je jednoducho naznačená, ale aký mechanizmus? A prečo dochádza k rotácii v noci - znamená to, že existuje pamäť alebo nebeská navigácia?

Je to klam. Neotáča sa PO SLNKU. Neustále smeruje tým smerom, ktorého priemerná denná jasnosť je najväčšia... Rovnako ako listy uhoriek v skleníku, rovnako ako izbové kvety na parapete.

Pozrieť sa na to bližšie. A skoro ráno, za úsvitu a neskoro večer pri západe slnka na otvorenom poli budú hlavy slnečnice nasmerované na juh. A v zatienenej oblasti - ďaleko od tieňa, ktorý na ňu padá.

Už dávno si ľudia všimli, že mladé kvety slnečnice sa cez deň otáčajú za slnkom a v noci sa vracajú do pôvodnej polohy, aby ho ráno opäť stretli na východe. Doteraz však vedci nedokázali vyriešiť túto hádanku: čo núti rastliny vykonávať svoj každodenný rituál a prečo sa „uctievanie“ svietidla časom zastaví?

Pri hľadaní odpovede Stacey Harmer z Kalifornskej univerzity v Davise a jej kolegovia vykonali sériu experimentov.

V prvej etape sa zmenili podmienky pre pestovanie slnečnice v ich prirodzenom prostredí. Vedci „imobilizovali“ jednu skupinu, aby sa rastliny vôbec nemohli otáčať, a druhú upevnili tak, že slnečnice sa pri východe slnka otáčali na západ. Keď kvety vyrástli, ukázalo sa, že listy v oboch skupinách boli o 10% menšie ako u „voľných“ rastlín. To potvrdilo domnienku, že slnečné žiarenie je nevyhnutné na to, aby slnečnica rástla efektívnejšie.

Potom sa vedci rozhodli skontrolovať, čo spôsobilo rytmické „tance“ slnečníc – vnútorné hodiny alebo podmienky prostredia.

Vonkajšie rastliny premiestnili do miestnosti s neustálym horným osvetlením a zistili, že slnečnice sa aj naďalej niekoľko dní otáčali zo strany na stranu, presne tak ako predtým.

Vedci potom umiestnili rastliny do špeciálnej miestnosti s radom lámp, ktoré sa postupne zapínali a simulovali pohyb slnka. Keď vedci naprogramovali umelé osvetlenie na tridsaťhodinový „denný“ a „nočný“ cyklus, rastliny sa otáčali zo strany na stranu bez pravidelného harmonogramu. Ale keď sa svetelný režim vrátil do normálu, slnečnice prísne nasledovali umelé "slnko", čo ukazuje, že vnútorné cirkadiánne rytmy zohrávajú dôležitú úlohu v pohybe kvetu.

Najviac zo všetkého však biológov zaujímala otázka, prečo sa slnečnice po odkvitnutí prestanú otáčať zo strany na stranu a zamrznú, „pozerajúc sa“ smerom k východu slnka. Potom tím Harmer otočil časť rastlín na západ a potom spočítal počet včiel a iných opeľovačov, ktoré pristáli na kvetoch otočených do rôznych častí sveta.

Ukázalo sa, že v ranných hodinách hmyz navštevoval kvety orientované na východ päťkrát častejšie ako tie, ktoré sa otáčali opačným smerom.

"Môžete vidieť, že včely sa jednoducho zbláznili do kvetov orientovaných na východ a takmer nevenujú pozornosť rastlinám orientovaným na západ," poznamenáva Stacey Harmer.

Predchádzajúce výskumy ukázali, že opeľovače preferujú teplejšie kvety, takže slnečnice, ktoré dostávajú vyššiu dávku skorých ranných lúčov, sú populárnejšie.

„Vždy som bol prekvapený, aké zložité sú rastliny," pokračuje Harmer. „Sú naozaj zbehlí v prispôsobovaní sa svojmu prostrediu."

Výsledky štúdie publikované v Science vyvolávajú zložitejšie otázky. Napríklad, ako rastliny hovoria o čase a ako nájdu správny smer, keď sa v tme otočia tam, kde vyjde slnko?

Ale podľa odborníkov je práve to, že slnečnice majú vnútorné hodiny a riadia sa vlastnými rytmami, „svätým grálom“ pri skúmaní ich zložitého správania. A ako zdôraznila aj tlačová správa univerzity, ide o prvý príklad časovej synchronizácie u rastlín žijúcich v prírodnom prostredí, ktorá má priamy vplyv na efektivitu rastu.