Растения используют воздушные каналы для определения направления света и регуляции фототропизма

Растения не имеют зрительных органов, но способны определять источник света. В исследовании, объединившем биологию и инженерию, группа профессора Кристиана Фанкхаузера из Университета Лозанны (UNIL) в сотрудничестве с коллегами из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) обнаружила, что светочувствительные ткани растений используют оптические свойства границы раздела воздух-вода для создания светового градиента, который "видит" растение. Результаты опубликованы в журнале Science.

Как растения "видят" свет

  • Способность определять направление света (фототропизм) критически важна для растений, чтобы оптимально позиционировать свои органы (например, листья) для эффективного фотосинтеза.
  • Хотя фоторецептор, инициирующий фототропизм, был известен, оптические свойства светочувствительных тканей оставались загадкой.

Ключевое открытие: роль воздушных каналов

Исследование началось с наблюдения за мутантом модельного растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля), стебель которого был необычно прозрачным и не реагировал на свет правильно.

  • У молодых диких растений стебли имеют молочный, мутный вид.
  • Оказалось, что эта мутность вызвана наличием воздуха в межклеточных каналах различных тканей.
  • У мутантных образцов воздух в этих каналах был заменен водной жидкостью, что делало их прозрачными.

Механизм формирования светового градиента

Воздушные каналы позволяют светочувствительному стеблю создавать внутри себя градиент освещенности, который растение может "считать", чтобы определить источник света.

  • Механизм основан на разных показателях преломления (рефракции) воздуха и воды, составляющих основу живой ткани.
  • Это различие приводит к рассеянию света при его прохождении через проросток, аналогично тому, как свет рассеивается в каплях воды, образуя радугу.

Значение и другие функции каналов

Это исследование раскрыло новый механизм восприятия направления света у живых организмов. Кроме того, оно позволило лучше понять формирование воздушных межклеточных каналов, которые у растений выполняют и другие важные функции:

Генетические ресурсы, использованные в этой работе, помогут в дальнейшем изучении формирования и поддержания этих структур.