Учёные обнаружили «мозг» растений, контролирующий развитие семян

Новое исследование учёных из Бирмингемского университета выявило группу клеток, которая функционирует как «мозг» для зародышей растений, способный оценивать условия окружающей среды и диктовать, когда семена прорастут.

Решение растения о времени прорастания — одно из важнейших в его жизни. Слишком рано — и растение может быть повреждено суровыми зимними условиями; слишком поздно — и его могут обогнать другие, более ранние растения.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), учёные показали, что этот компромисс между скоростью и точностью контролируется небольшой группой клеток внутри зародыша растения, которые работают аналогично человеческому мозгу.

Как работает «центр принятия решений»

Учёные показали, что «центр принятия решений» у растения арабидопсиса (резуховидки Таля) содержит два типа клеток:

• одни способствуют покою семени,
• другие способствуют прорастанию.

Эти две группы клеток общаются друг с другом, перемещая гормоны, — механизм, аналогичный тому, который использует наш мозг при принятии решения о движении.

Роль коммуникации и математическая модель

С помощью математического моделирования учёные показали, что коммуникация между разделёнными элементами контролирует чувствительность растения к окружающей среде. Следуя этой теории, они использовали мутантное растение, где клетки были более тесно связаны химически (усиливая коммуникацию), и показали, что время прорастания зависит от этих внутренних сигналов.

Ключевые выводы исследователей

• Профессор Джордж Бассель: «Наша работа показывает решающее разделение между компонентами в центре принятия решений растения. В человеческом мозге такое разделение, как считается, создаёт временную задержку, сглаживая "шумные" сигналы из среды и повышая точность решений. Разделение этих частей в "мозге" семени также, по-видимому, является центральным для его функционирования».
• Доктор Иэн Джонстон: «Разделение элементов цепи позволяет получить более широкую палитру реакций на стимулы среды. Это как разница между тем, чтобы прочитать рецензию одного критика на фильм четыре раза, или обобщить мнения четырёх разных критиков, прежде чем решиться пойти в кино».

Математическая теория предсказала, что больше семян прорастёт при воздействии изменчивых условий (например, колеблющихся температур), чем постоянных. Лабораторные тесты подтвердили это поведение.

Практическое значение

«Наша работа важна для понимания того, как растут сельскохозяйственные культуры и сорняки, — добавляет профессор Бассель. — Теперь есть потенциал для применения этих знаний к коммерческим растениям, чтобы улучшить и синхронизировать прорастание, увеличивая урожайность и сокращая использование гербицидов».