Новое исследование Тель-Авивского университета (ТАУ) в сотрудничестве с Университетом Колорадо в Боулдере обнаружило, что растения, растущие в плотной среде, где каждое растение отбрасывает тень на соседнее, предоставляют коллективное решение.
Это происходит с помощью случайных движений, которые помогают найти растениям оптимальные направления роста.
Таким образом, исследование проливает свет на научную загадку, которая занимала исследователей со времен Дарвина, а именно функциональную роль этих внутренних движений, называемых circumnutations - обходные пути.
Исследование проводилось под руководством профессора Ясмин Мероз из Школы наук о растениях и продовольственной безопасности факультета естественных наук Тель-Авивского университета в сотрудничестве с профессором Орит Пелег из Университета Колорадо в Боулдере в США.
В исследовательскую группу входили доктор Шанталь Нгуен (Боулдер), Рони Кемпински и Имри Дроми (ТАУ).
Исследование было опубликовано в престижном журнале Physical Review X («Шумные движения способствуют самоорганизованному избеганию тени у подсолнухов»).
Профессор Мероз объясняет: «Предыдущие исследования показали, что если подсолнечники густо посажены на поле, где они затеняют друг друга, они растут зигзагообразно – один вперед, другой назад – чтобы не находиться в тени друг друга. Таким образом, они растут бок о бок, чтобы максимизировать солнечное освещение и, следовательно, фотосинтез на коллективном уровне. Растения умеют различать тень здания и зеленую тень листа. Если они чувствуют тень здания – они обычно не меняют направление своего роста, потому что «знают», что это не даст никакого эффекта. Но если они почувствуют тень растения, они будут расти в направлении от тени.
В текущем исследовании ученые изучили вопрос о том, как подсолнухи «узнают», что растут оптимальным образом (т.е. максимально захватывают солнечный свет для коллектива), и проанализировали динамику роста подсолнухов в лаборатории, где они демонстрируют зигзагообразный рост. загообразный узор.
Профессор Мероз и ее команда выращивали подсолнухи в условиях высокой плотности и фотографировали их во время роста, делая снимки каждые несколько минут. Затем фотографии были объединены для создания замедленного фильма.
Следя за движением каждого отдельного подсолнуха, исследователи заметили, что цветы много «танцуют».
По мнению исследователей, Дарвин был первым, кто осознал, что все растения растут, демонстрируя своего рода циклическое движение («круговое движение») — такое поведение демонстрируют и стебли, и корни. Но до сегодняшнего дня – за исключением нескольких случаев, таких как вьющиеся растения, которые растут огромными круговыми движениями в поисках чего-нибудь, за что можно ухватиться – не было ясно, было ли это артефактом или важной особенностью роста. Зачем растению тратить энергию на рост в случайных направлениях?
Профессор Мероз поясняет: «В рамках нашего исследования мы провели физический анализ, который зафиксировал поведение каждого подсолнуха в коллективе подсолнечников, и мы увидели, что подсолнухи «танцуют» в поисках лучшего угла, чтобы каждый цветок не блокировал солнечный свет своего соседа. Мы статистически определили это движение и с помощью компьютерного моделирования показали, что эти случайные движения используются коллективно, чтобы минимизировать количество теней. Также было удивительно обнаружить, что распределение «шагов» подсолнечника было очень широким и варьировалось более чем на три порядка: от почти нулевого смещения до перемещения на два сантиметра каждые несколько минут в том или ином направлении».
В заключение профессор Мероз добавляет: «Растение подсолнечника использует тот факт, что оно может использовать как маленькие и медленные шаги, так и большие и быстрые шаги, чтобы найти оптимальное расположение для коллектива. То есть, если бы диапазон шагов был меньше или больше, такое расположение привело бы к большему взаимному затенению и меньшему фотосинтезу. Это чем-то похоже на многолюдную танцевальную вечеринку, где люди танцуют, чтобы получить больше места: если они будут двигаться слишком много, они будут мешать другим танцорам, но если они будут двигаться слишком мало, проблема скопления людей не будет решена, поскольку будет очень многолюдно в одном углу площадки и пусто на другой стороне. Подсолнухи демонстрируют аналогичную динамику общения — сочетание реакции на тень соседних растений и случайные движения независимо от внешних раздражителей».