Как растения определяют время без мозга
У растений, как и у людей, есть циркадные ритмы — молекулярные часы в каждой клетке, которые генерируют 24-часовые колебания в выработке многих белков. Эти ритмы помогают растениям готовиться к фотосинтезу до рассвета, включать защиту от жары и производить нектар, когда опылители наиболее активны.
Однако, в отличие от людей, у растений нет мозга для синхронизации часов. Новое исследование показывает, что клетки растения координируют свои ритмы через локальную самоорганизацию — общение с соседними клетками, подобно тому как координируются стаи рыб или птиц.
Что заставляет растения «тикать»
В проростках резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) пик производства часовых белков в разных органах (листьях, корнях, стеблях) наступает в разное время. Каждый орган использует локальные сигналы среды (свет, температура), чтобы независимо задавать свой темп.
Хотя ритмы в разных органах не синхронизированы, это не приводит к хаосу. Вместо этого клетки формируют пространственные волновые паттерны: соседние клетки слегка отстают по фазе друг от друга, создавая волну, подобную «волне» на стадионе.
Эти волны возникают из-за коммуникации клеток. Когда производство часовых белков достигает пика в одной клетке, она передаёт сигнал более медленным соседям, которые следуют её примеру. Этот процесс распространяется по цепочке, аналогично тому, как некоторые виды светлячков синхронизируют свои вспышки.
Локальные решения без центрального управления
Локальное принятие решений клетками в сочетании с межклеточной сигнализацией позволяет растениям принимать решения без мозга. Это даёт возможность клеткам в разных частях растения адаптировать рост к локальным условиям:
- Побег может изгибаться к свету.
- Корни — расти к воде или питательной почве.
- Растение может пережить потерю органов из-за повреждений или травоядных.
Эта способность непрерывно адаптировать рост и развитие к изменениям среды называется пластичностью. Понимание того, как растения принимают решения, поможет в выведении новых сортов, устойчивых к изменчивым условиям в условиях изменения климата.