Proč se rostliny pohybují? Vědci řeší starodávnou záhadu, která mátla Charlese Darwina

Studie odhalila, že nevyzpytatelné pohyby slunečnice pomáhají lokalizovat sluneční světlo a poskytují pohled na chování rostlin a potenciální zemědělské výhody.

V nové studii se fyzikům ze Spojených států a Izraele možná podařilo přijít s vysvětlením podivného chování při růstu rostlin, záhadou, která během posledních desetiletí jeho života mátla samotného Charlese Darwina.

Mnoha lidem se rostliny mohou zdát statické a dokonce i trochu nudné. Ale zelené věci se ve skutečnosti hodně hýbou. Když se podíváte na časosběrné video, jak sazenička slunečnice raší například z půdy, neroste rovně. Místo toho, jak slunečnice roste, její koruna se točí v kruzích, kroutí se ve spirálách a obecně se svíjí – i když velmi pomalu.

Nyní vědci pod vedením Orita Pelega z University of Colorado Boulder a Yasmin Meroz z univerzity v Tel Avivu objevili roli těchto chaotických pohybů, známých také jako „točení“. Ve skleníkových experimentech a počítačových simulacích skupina ukázala, že slunečnice těží z rotace, aby ve svém okolním prostředí hledaly skvrny slunečního světla.

„Mnoho lidí ve skutečnosti nebere v úvahu pohyb rostlin, protože my jako lidé se obvykle díváme na rostliny se špatnou snímkovou frekvencí,“ řekl Peleg, jeden z autorů studie a docent na BioFrontiers Institute and Department of Computer. Věda.

Tým zveřejnil své výsledky 15. srpna v časopise Fyzický přehled X.

Tato zjištění mohou jednoho dne pomoci farmářům přijít s novými strategiemi pro pěstování řady plodin v efektivnějších uspořádáních.

„Náš tým dělá spoustu práce na sociálních interakcích v hmyzích rojích a dalších skupinách zvířat,“ řekla Chantal Nguyen, hlavní autorka a postdoktorandská výzkumná pracovnice BioFrontiers.

„Tento výzkum je ale obzvláště zajímavý, protože podobnou dynamiku vidíme u rostlin. Jsou zakořeněné v zemi.“

Darwinova volba

Rostliny se obvykle nepohybují jako zvířata, dodal Nguyen, ale místo toho se v průběhu času pohybují různými směry. Tento jev fascinoval Darwina ještě dlouho po jeho návratu z plavby na válečné lodi Beagle. Podle historických zpráv.

V 60. letech 19. století Darwin, který tehdy trpěl řadou nemocí, které omezovaly jeho pohyblivost, trávil dny pozorováním rostlin ve svém domě. Zasadil semena okurek a dalších rostlin. KlasifikovatPoté sledovali, jak se jejich koruny ze dne na den pohybovaly – a výsledné mapy vypadaly náhodně a bláznivě.

„Mám ze svých kudrlinek spoustu potěšení – je to přesně ten druh obtíží, který mi vyhovuje.“ V roce 1863 napsal příteli.

Ať už se Darwin bavil nebo ne, nedokázal vysvětlit, proč měl některé vlasy zkroucené.

Je to záhada, která mátla i Meroze, vystudovaného fyzika. Jedna studie provedená v roce 2017 Tento výzkum ji nasměroval správným směrem. V tomto výzkumu vědci pod vedením univerzity v Buenos Aires pěstovali řady slunečnic ve stísněných podmínkách. Zjistili, že rostliny se přirozeně a důsledně uspořádají do klikatého vzoru, téměř jako zuby zipu. Toto uspořádání pravděpodobně pomůže rostlinám maximalizovat jejich přístup ke slunečnímu záření jako skupině.

Miroz uvažoval, zda by vibrace rostlin mohly být motorem, který pohání takové vzorce v růstu rostlin.

„U popínavých rostlin jde jednoznačně o to najít podpěry, na které se lze přichytit,“ řekl Miroz, profesor rostlinných věd a potravinové bezpečnosti, „ale u jiných rostlin není jasné, proč to stojí za to.“

Tady přichází slunce

Aby to zjistila, zasadila s kolegy pět týdenních slunečnic do řádků. Poté, stejně jako před nimi Darwin, zmapovali, jak se rostliny během týdne pohybovaly.

Dále Nguyen a Bligh vyvinuli počítačový program pro analýzu vzorců, které řídí růst slunečnice. Vědci byli také schopni použít počítačové simulace, aby zjistili, co by se stalo, kdyby se slunečnice pohybovaly více či méně – jinými slovy, pokud by se pohybovaly náhodně nebo pomalým, stálým vzorem.

Skupina zjistila, že pokud se digitální rostliny vůbec nepohybují, všechny by se od sebe naklonily v přímé linii. Naproti tomu, pokud se hodně pohybují, porostou náhodně. Ale pokud se pohybují se správnou mírou náhodnosti, slunečnice tvoří ten výrazný klikatý tvar, který u pravých rostlin poskytuje velký přístup ke slunečnímu světlu. Nguyen vysvětlil, že se zdá, že rostliny se otáčejí, aby zjistily, odkud přichází nejlepší světlo, a pak rostou tímto směrem.

„Když do systému přidáte trochu hluku, umožní to rostlině prozkoumat své okolí a usadit se v těch konfiguracích, které umožní každé rostlině najít maximální expozici světlu. To vede k tomuto krásnému klikatému vzoru, který vidíme,“ řekla. .

V budoucích experimentech budou vědci testovat, jak slunečnice rostou ve složitějších uspořádáních. Miroz je ráda, že rostliny dostávají určité uznání za jejich schopnost pohybovat se a ovlivňovat.

„Kdybychom všichni žili ve stejných časových měřítcích jako rostliny, mohli byste jít po ulici a vidět, jak se pohybují,“ řekla. „Pravděpodobně všichni máme rostliny jako domácí mazlíčky.“

Odkaz: „Hlučné kruhy usnadňují samoregulované vyhýbání se stínům u slunečnic“ ​​od Chantal Nguyen, Imre Dromi, Ahron Kempinski, Gabriela E. C. Gall, Orit Peleg a Yasmin Meroz, 15. srpna 2024, Fyzická revize.
DOI: 10.1103/PhysRevX.14.031027