Как растения избегают внутренних «пробок» при транспорте питательных веществ
Новое совместное исследование John Innes Centre (Норидж) и Университета Токио показало, что растения выработали механизмы для предотвращения внутренних «заторов» при транспорте питательных веществ, аналогичных дорожным пробкам.
Неожиданное открытие
Учёные изучали, как растения транспортируют бор — элемент, необходимый для роста, но токсичный для клеток в высоких концентрациях. Они заметили, что растения используют энергозатратные системы быстрого реагирования на изменения уровня бора, хотя в почве его концентрация меняется медленно.
«Эти результаты стали для нас полной неожиданностью, — сказала доктор Вероника Гринейзен из John Innes Centre. — Мы не ожидали, что растения постоянно имеют дело с такой динамичной внутренней средой».
Эксперимент и аналогия с пробками
Используя лабораторные, молекулярно-генетические и вычислительные методы, учёные смоделировали замедление регуляторной системы растения. Они обнаружили, что при транспорте бора от клетки к клетке возникают нестабильности и формируются «пробки» с опасным накоплением элемента, даже без видимых «узких мест».
Накопление бора распространялось против потока транспорта, подобно «дорожной волне» (traffic wave) в пробке, когда затор медленно движется навстречу потоку машин. Это явление было ранее описано в «джамологии» (изучении пробок) в известном японском эксперименте с 22 автомобилями на кольцевой трассе.
«Мы пришли к выводу, что растения эволюционировали, чтобы избегать внутренних пробок, — объясняет доктор Гринейзен. — Если бы регуляция транспортеров была не такой быстрой, клетки периодически испытывали бы токсичные пики бора... Это приводит к снижению пропускной способности и повреждению клеток».
Значение и перспективы
Исследование объединило визуализацию, молекулярное понимание растительных систем с вычислительными методами и математикой. Оно показало, что для помощи растениям в адаптации к суровым условиям нужно учитывать не только внешнюю среду, но и внутренние проблемы, такие как эти «пробки».
Принципы этого исследования могут быть применены к дорожным системам и другим транспортным сетям в современной жизни. Простые решения, найденные растениями, могут вдохновить на создание решений для дорог по всему миру.
«В конечном счёте, растения — даже несмотря на то, что не могут двигаться, как мы — всё ещё могут научить нас, как жить на быстрой полосе. В их тканях происходят огромные скрытые динамические процессы, и математическое моделирование помогает нам увидеть это яснее», — резюмирует доктор Гринейзен.