Є час? Самер Мішра / Шуттерсток

Той, хто подорожував по кількох часових поясах і страждав затримка струменя зрозуміє, наскільки потужним є наш біологічні годинники є. Насправді кожна клітина людського тіла має власний молекулярний годинник, який здатний щодня генерувати зростання та падіння кількості багатьох білків, які організм виробляє протягом 24-годинного циклу. Мозок містить головний годинник, який забезпечує синхронізацію решти тіла світлові сигнали від очей, щоб встигати з навколишнім середовищем.

Рослини мають подібні циркадні ритми, які допомагають їм визначити час доби, готуючи рослини до фотосинтезу до світанку, включення механізмів теплозахисту до найгарячішої частини дня, і виробляючи нектар, коли запилювачі найімовірніше відвідають. І, як і у людей, у кожної клітини рослини є свої годинники.

Наші очі та мозок покладаються на сонячне світло, щоб координувати діяльність в організмі відповідно до часу доби. Йомогі1 / Shutterstock

Але на відміну від людей, рослини не мають мозку, щоб синхронізувати годинник. То як рослини координують свої клітинні ритми? Наші нові дослідження показує, що всі клітини рослини координують частково через щось, що називається місцевою самоорганізацією. Це фактично рослинні клітини повідомляють свій час із сусідніми клітинами, подібно до того, як стада риб та зграї птахів координувати свої рухи, взаємодіючи з сусідами.

Попередні дослідження виявили, що час годинника різний у різних частинах рослини. Ці відмінності можна виявити шляхом вимірювання часу денних піків у виробництві білка за годинник у різних органах. Ці годинникові білки генерують цілодобові коливання в біологічних процесах.

Наприклад, годинникові білки активують вироблення інших білків, які відповідають за фотосинтез у листках безпосередньо перед світанком. Ми вирішили вивчити годинник у всіх основних органах рослини, щоб допомогти нам зрозуміти, як рослини координують свої терміни, щоб підтримувати гармонію всієї рослини.

Що змушує рослини кліщати

Ми виявили, що в крес-салаті (Arabidopsis thaliana) саджанців, кількість годинникових білків досягає піку в різний час у кожному органі. Органи, такі як листя, коріння та стебла, отримують різні місцеві мікросередовища, такі як світло та температура, і використовують цю інформацію для самостійного встановлення власного темпу.

Якщо ритми в різних органах не синхронізовані, чи страждають рослини від свого роду внутрішнього відставання струменя? Хоча окремі годинники в різних органах досягають піку в різний час, це не призвело до повного хаосу. Дивно, але клітини почали формувати просторові хвильові структури, де сусідні клітини трохи відстають у часі одна від одної. Це трохи схоже на стадіон чи “мексиканську” хвилю любителів спорту, що встають за людьми поруч, щоб створити хвилеподібний рух крізь натовп.

Рослинні клітини спілкуються між сусідами, щоб узгодити час. Джеймс Локк, автор надав

Наша робота показує, що ці хвилі виникають внаслідок відмінностей між органами, коли клітини починають спілкуватися. Коли кількість годинникових білків в одній клітині досягає максимуму, клітина повідомляє це своїм повільнішим сусідам, які слідують за першим клітинним лідером і також виробляють більше годинникових білків. Потім ці клітини роблять те саме зі своїми сусідами тощо. Такі закономірності можна спостерігати в інших місцях природи. Деякі види світляків утворюють просторові хвильові візерунки синхронізувати їх спалахи зі своїми сусідами.

Місцеве прийняття рішень клітинами в поєднанні з передачею сигналів між ними може бути тим, як рослини приймають рішення без мозку. Це дозволяє клітинам різних частин рослини приймати різні рішення про те, як рости. Клітини пагона та кореня можуть окремо оптимізувати ріст відповідно до своїх місцевих умов. Пагін може нахилятися до місця, де безперешкодно проникає світло, і коріння можуть рости у напрямку до води або більш багатих поживними речовинами грунтів. Це також може дозволити рослинам пережити втрату органів через пошкодження або з’їдання травоїдними тваринами.

Це може пояснити, як рослини здатні постійно пристосовувати свій ріст і розвиток, щоб справлятися зі змінами в навколишньому середовищі, які вчені називають "пластичністю". Розуміння того, як рослини приймають рішення, є не просто цікавим, це допоможе вченим вирощувати нові сорти рослин, які можуть реагувати на зміну клімату на їх все більш мінливе середовище.

Про авторів

Марк Грінвуд, доктор філософії з клітинної біології, Кембриджський університет та Джеймс Локк, керівник дослідницької групи з системної біології, Кембриджський університет

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

ІНГ