Известно что подсолнечник поворачивает соцветие к солнцу почему это происходит
Ученые объяснили механизм и предназначение поворотов подсолнечника за Солнцем
Hagop Atamian / U.C. Davis
Американские ученые выяснили, какие механизмы отвечают за ориентацию масличного подсолнечника (Helianthus annuus) на Солнце и какое эволюционное значение это имеет. Оказалось, что способность поворачиваться под действием солнечного света (гелиотропизм) связана с согласованной работой светочувствительных механизмов и циркадианных ритмов растения. Результаты работы опубликованы в журнале Science.
Молодые подсолнечники в течение светового дня поворачиваются вслед за Солнцем с востока на запад, а ночью — обратно, чтобы с утра снова встречать солнечный свет. Расцветшие растения прекращают это движение и всегда обращены на восток. Чтобы понять, за счет чего это происходит, сотрудники Университетов Калифорнии и Виргинии провели ряд экспериментов в поле и закрытом помещении.
На первом этапе работы они искусственно фиксировали часть подопытных подсолнечников, не давая им следовать за Солнцем. Общая биомасса и площадь листьев таких растений оказалась в среднем на 10 процентов меньше, чем у росших без ограничений. Таким образом, поворот за Солнцем необходим молодым растениям для более интенсивного роста.
Обратный поворот на восток в течение ночи указывает на то, что в этом процессе задействованы механизмы регуляции циркадных ритмов. Ученые подтвердили это, внося подсолнечники с поля в помещение с постоянным освещением (растения еще несколько суток продолжали вращение) и навязывая им искусственный 30-часовой цикл освещения (ритм поворотов растений сбивался, возвращаясь к норме при 24-часовом цикле).
У подсолнечника нет листовых подушечек — специальных двигательных органов, которые обеспечивают гелиотропизм у некоторых видов растений. Учитывая то, что амплитуда движений подсолнечника убывает по мере роста вплоть до полного отсутствия у зрелых растений, ученые предположили, что повороты подсолнечника за Солнцем обеспечивает неравномерное удлинение стебля в течение суток. Эксперименты с растениями, лишенными гормона роста гиббереллина, а также изучение активности генов в западной и восточной сторонах стебля подтвердило эту гипотезу. Причем оказалось, что рост западной стороны стебля, более интенсивный ночью, происходит «по умолчанию», а необходимый днем рост восточной — регулируется светочувствительными механизмами (в частности перераспределением гормона ауксина под действием фототропинов).
Изменения температуры цветка в течение суток
Генетики выяснили, как подсолнух поворачивается к Солнцу
МОСКВА, 5 авг – РИА Новости. Подсолнухи обладают удивительным умением постоянно «смотреть» на Солнце благодаря мутации, поменявшей работу их «внутренних часов» таким образом, что они крайне необычно дирижируют ростом его клеток, заставляя соцветие вращаться с востока на запад в светлое время суток, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
«То, что растение имеет представление о том, когда и откуда взойдет Солнце, заставило меня предположить, что существует связь между «биочасами» и той цепочкой белков и генов, которые управляют ростом подсолнухов. Помимо того, что так цветок получает больше света, он еще и больше привлекает пчел, так как они любят теплые поверхности», — заявила Стэйси Хармер (Stacey Harmer) из университета Калифорнии в Дэвисе (США).
Опираясь на это предположение, Хармер и ее коллеги раскрыли одну из самых старых и интересных загадок ботаники, изучая работу так называемых циркадных ритмов, управляющих всеми процессами внутри клеток растений и животных в зависимости от времени суток, и их влияния на работу оксина – белка-стимулятора роста.
Для этого авторы статьи вырастили несколько подсолнухов, часть из которых высадили в лаборатории, где постоянно был включен свет, а другие – на обычном поле. Часть растений ученые закрепили в кадках таким образом, что они не могли поворачиваться за Солнцем, что позволило им оценить последствия отказа от подобного эволюционного приспособления.
Зачем подсолнухи поворачиваются к солнцу (2 фото)
Как же оно узнает, когда и откуда взойдет солнце? В 2016 году ученые Калифорнийского университета в Дэвисе и Университета Виргинии выяснили, что подсолнухи руководствуются внутренними биоритмами. Это доказал эксперимент. Часть подсолнухов ученые высадили в лаборатории, в которой постоянно был включен свет. А другую часть — в поле, закрепив при этом некоторые растения таким образом, чтобы они не могли разворачиваться. Оказалось, что при искусственном изменении длительности светового дня растения утрачивали способность ориентироваться на солнце. Следовательно, подсолнухи, выращенные в лаборатории и в поле, но в закрепленном состоянии, «терялись» во времени. Как следствие, их соцветия росли медленнее, а листья были меньше. Более того, они дали на 10% меньше урожая, чем те подсолнухи, которые росли в естественных условиях.
Помимо накопления большей биомассы способность подсолнухов поворачиваться вслед за солнцем имеет еще одно преимущество: позволяет привлекать больше насекомых-опылителей. Причина простая: утром соцветия повернуты на восток, что помогает им быстрее прогреться. А пчелы предпочитают теплые цветки и потому подлетают к подсолнуху намного чаще, чем к растениям, обращенным по утрам на запад.
Почему подсолнух поворачивается к солнцу?
Пока подсолнухи растут, их головы (корзинки) поворачиваются взад и вперед, чтобы следить за солнцем в течение дня
Подсолнухи смотрят на восходящее солнце, потому что повышенное утреннее тепло привлекает больше пчел, а также помогает растениям более эффективно размножаться.
«Удивительно, что они смотрят на восток», — сказала Стейси Хармер, профессор биологии растений из Калифорнийского университета в Дэвисе и автор новой научной статьи. «Им лучше смотреть на восток, так как они производят больше потомства».
Пока подсолнухи растут, их головы (корзинки) поворачиваются взад и вперед, чтобы следить за солнцем в течение дня. Предыдущая работа ученых показала, что это отслеживание контролируется внутренними циркадными часами растения.
Но по мере созревания цветочных головок, или корзинок, их стебли становятся жесткими и одеревеневшими, это движение уменьшается до тех пор, пока все головки не будут обращены к утреннему солнцу.
Когда ученые изменили ориентацию подсолнухов, повернув их горшки, они заметили, что цветочные головки, обращенные на восток, привлекают гораздо больше пчел, особенно утром, чем растения, обращенные на запад.
В серии экспериментов исследователи обнаружили, что головки цветов, обращенные на восток, были значительно теплее утром, чем головки цветов, обращенные на запад. По их словам, это тепло приносит пчелам энергию, когда они собирают пищу рано утром. Прямой солнечный свет также освещает ультрафиолетовые пятна на лепестках цветов, которые видны пчелам, но не видны людям.
Ориентация влияет на высвобождение пыльцы и развитие цветов
Подсолнечник на самом деле состоит из сотен, а иногда и тысяч отдельных цветков. Эти отдельные соцветия сначала развиваются на внешнем крае цветочной головки, образуя характерные спиральные узоры.
Ориентация растений также повлияла на развитие цветов и репродуктивный успех. Растения, обращенные на восток, имели тенденцию давать более крупные и тяжелые семена. Они также выпускали пыльцу рано утром, что совпало со временем посещения пчел.
Эти эффекты, казалось, контролировались температурой на цветочной головке. Когда исследователи использовали переносной обогреватель для разогрева растений, обращенных на запад, они смогли получить те же результаты, что и у подсолнухов, обращенных на восток.
Кроме того, исследователи обнаружили, что пыльца растений, обращенных на восток, принесла больше потомства, чем пыльца растений, обращенных на запад.
Почему подсолнух следует за солнцем?
Способность растений принимать определенное положение под влиянием солнечного света называется гелиотропизмом. В начале XIX века этот термин ввел швейцарский и французский ботаник Огустен Декандоль-старший для описания роста верхушки стебля по направлению к солнцу. Растения умеют тянуться к свету и разворачивают листья для большего захвата лучей. Гелиотропизм характерен не только для подсолнуха, но и, например, для череды, лотоса, эвкалипта.
Гормон роста растений — ауксин — накапливается на той стороне подсолнуха, которая находится в тени, и уже на рассвете она содержит большую концентрацию фитогормона. Получается, что в течение суток одна часть стебля растет быстрее другой, и растение поворачивается в сторону медленнее растущих клеток, то есть к свету.
Как же оно узнает, когда и откуда взойдет солнце? В 2016 году ученые Калифорнийского университета в Дэвисе и Университета Виргинии выяснили, что подсолнухи руководствуются внутренними биоритмами. Это доказал эксперимент. Часть подсолнухов ученые высадили в лаборатории, в которой постоянно был включен свет. А другую часть — в поле, закрепив при этом некоторые растения таким образом, чтобы они не могли разворачиваться. Оказалось, что при искусственном изменении длительности светового дня растения утрачивали способность ориентироваться на солнце. Следовательно, подсолнухи, выращенные в лаборатории и в поле, но в закрепленном состоянии, «терялись» во времени. Как следствие, их соцветия росли медленнее, а листья были меньше. Более того, они дали на 10% меньше урожая, чем те подсолнухи, которые росли в естественных условиях.
Помимо накопления большей биомассы способность подсолнухов поворачиваться вслед за солнцем имеет еще одно преимущество: позволяет привлекать больше насекомых-опылителей. Причина простая: утром соцветия повернуты на восток, что помогает им быстрее прогреться. А пчелы предпочитают теплые цветки и потому подлетают к подсолнуху намного чаще, чем к растениям, обращенным по утрам на запад.