Mam czas? Sameer Mishra/Shutterstock
Każdy, kto podróżował przez wiele stref czasowych i cierpiał jet lag zrozumie, jak potężny jest nasz zegary biologiczne są. W rzeczywistości każda komórka w ludzkim ciele ma swój własny zegar molekularny, który jest zdolny do generowania dziennego wzrostu i spadku liczby wielu białek wytwarzanych przez organizm w ciągu 24-godzinnego cyklu. Mózg zawiera zegar główny, który synchronizuje resztę ciała, używając sygnały świetlne z oczu, aby nadążać za otoczeniem.
Rośliny mają podobny rytm dobowy, który pomaga im określić porę dnia, przygotowując rośliny do fotosyntezy przed świtem, włączanie mechanizmów termoochronnych przed najgorętszą porą dnia i produkowanie nektaru, kiedy zapylacze są najchętniej odwiedzane. I podobnie jak u ludzi, każda komórka rośliny wydaje się mieć swój własny zegar.
Nasze oczy i mózg korzystają ze światła słonecznego, aby koordynować aktywność organizmu w zależności od pory dnia. Yomogi1/Shutterstock
Ale w przeciwieństwie do ludzi rośliny nie mają mózgu, który synchronizowałby swoje zegary. Jak więc rośliny koordynują swoje rytmy komórkowe? Nasz nowe badania pokazuje, że wszystkie komórki w roślinie koordynują się częściowo poprzez coś, co nazywa się lokalną samoorganizacją. To skutecznie komórki roślinne komunikują swój czas z sąsiednimi komórkami, w sposób podobny do tego, jak ławice ryb i stada ptaków koordynować ich ruchy poprzez interakcję z sąsiadami.
Poprzednie badania odkryli, że czas na zegarze jest różny w różnych częściach rośliny. Różnice te można wykryć, mierząc czas dziennych szczytów produkcji białek zegarowych w różnych narządach. Te białka zegarowe generują 24-godzinne oscylacje w procesach biologicznych.
Na przykład białka zegarowe aktywują produkcję innych białek odpowiedzialnych za fotosyntezę w liściach tuż przed świtem. Postanowiliśmy zbadać zegar we wszystkich głównych organach rośliny, aby pomóc nam zrozumieć, w jaki sposób rośliny koordynują swoje czasy, aby utrzymać całą roślinę w harmonii.
Co sprawia, że rośliny tykają
Znaleźliśmy to w rzeżuchy (Arabidopsis thaliana) sadzonki, liczba białek zegarowych osiąga szczyty w różnym czasie w każdym narządzie. Organy, takie jak liście, korzenie i łodygi, odbierają różne sygnały z lokalnego mikrośrodowiska, takie jak światło i temperatura, i wykorzystują te informacje do niezależnego ustalania własnego tempa.
Jeśli rytmy w różnych narządach nie są zsynchronizowane, czy rośliny cierpią na rodzaj wewnętrznego jet lag? Chociaż poszczególne zegary w różnych narządach osiągają szczyt w różnym czasie, nie spowodowało to całkowitego chaosu. Co zaskakujące, komórki zaczęły tworzyć przestrzenne wzorce fal, w których sąsiednie komórki są nieco opóźnione w czasie. To trochę jak stadion lub „meksykańska” fala fanów sportu stojących za ludźmi obok nich, aby stworzyć falowy ruch przez tłum.
Komórki roślinne komunikują się między sąsiadami, aby koordynować czas. James Locke, autor pod warunkiem
Nasza praca pokazuje, że fale te powstają z różnic między narządami, gdy komórki zaczynają się komunikować. Kiedy liczba białek zegarowych w jednej komórce osiąga szczyt, komórka komunikuje to swoim wolniejszym sąsiadom, którzy podążają za tropem pierwszej komórki i również produkują więcej białek zegarowych. Te komórki robią to samo swoim sąsiadom i tak dalej. Takie wzorce można zaobserwować gdzie indziej w przyrodzie. Niektóre gatunki świetlików tworzą przestrzenne wzory fal, ponieważ zsynchronizuj ich błyski z sąsiadami.
Lokalne podejmowanie decyzji przez komórki w połączeniu z sygnalizacją między nimi może być sposobem, w jaki rośliny podejmują decyzje bez mózgu. Pozwala komórkom w różnych częściach rośliny podejmować różne decyzje dotyczące wzrostu. Komórki w pędzie i korzeniu mogą oddzielnie optymalizować wzrost do swoich lokalnych warunków. Pędy mogą wyginać się w kierunku niezakłóconego światła, a korzenie mogą rosnąć w kierunku wody lub bardziej bogatej w składniki odżywcze gleby. Może również pozwolić roślinom przetrwać utratę narządów poprzez uszkodzenie lub zjedzenie przez roślinożercę.
To może wyjaśniać, w jaki sposób rośliny są w stanie stale dostosowywać swój wzrost i rozwój, aby radzić sobie ze zmianami w środowisku, które naukowcy nazywają „plastycznością”. Zrozumienie, w jaki sposób rośliny podejmują decyzje, jest nie tylko interesujące, ale pomoże naukowcom wyhodować nowe odmiany roślin, które będą w stanie reagować na zmieniające się środowisko wraz ze zmianą klimatu.
O Autorach
Mark Greenwood, doktor naukowy w dziedzinie biologii komórkowej, University of Cambridge oraz James Locke, lider grupy badawczej ds. biologii systemów, University of Cambridge
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
ING
