Badanie wykazało, że nieregularne ruchy słoneczników pomagają im zlokalizować światło słoneczne, zapewniając wgląd w zachowanie roślin i potencjalne korzyści dla rolnictwa.
W nowym badaniu fizycy ze Stanów Zjednoczonych i Izraela mogli dotrzeć do sedna dziwacznego zachowania rosnących roślin i tajemnicy, która intrygowała samego Karola Darwina w późniejszych dekadach jego życia.
Dla wielu ludzi rośliny mogą wydawać się nieruchome, a nawet trochę nudne. Ale zielone rzeczy rzeczywiście bardzo się poruszają. Jeśli na przykład obejrzysz film poklatkowy przedstawiający sadzonkę słonecznika wyłaniającą się z ziemi, nie wystrzeli ona ona prosto w górę. Zamiast tego, gdy słonecznik rośnie, jego korona kręci się w kółko, zwija się w korkociąg i, ogólnie rzecz biorąc, kręci się – choć bardzo powoli.
Teraz badacze pod kierunkiem Orita Pelega z CU Boulder i Yasmine Meroz z Uniwersytetu w Tel Awiwie odkryli jedną rolę tych chaotycznych ruchów, znaną również jako „cyrknutacje”. W eksperymentach szklarniowych i symulacjach komputerowych grupa wykazała, że słoneczniki wykorzystują okrążenia, aby przeszukiwać otoczenie w poszukiwaniu plam światła słonecznego.
„Wiele osób tak naprawdę nie bierze pod uwagę ruchu roślin, ponieważ jako ludzie zwykle patrzymy na rośliny z niewłaściwą liczbą klatek na sekundę” – powiedział Peleg, współautor badania i profesor nadzwyczajny w BioFrontiers Instytut i Katedra Informatyki.
Zespół opublikował swoje ustalenia 15 sierpnia w czasopiśmie Przegląd fizyczny X.
Odkrycia mogą pewnego dnia pomóc rolnikom w opracowaniu nowych strategii uprawy różnorodnych roślin w bardziej wydajnych warunkach.
„Nasz zespół dużo pracuje nad interakcjami społecznymi w rojach owadów i innych grupach zwierząt” – powiedziała Chantal Nguyen, główna autorka i badaczka ze stopniem doktora w BioFrontiers.
„Ale te badania są szczególnie ekscytujące, ponieważ obserwujemy podobną dynamikę u roślin. Są wkorzenione w ziemię.”
Ogórki Darwina
Nguyen dodała, że rośliny zwykle nie przemieszczają się jak zwierzęta, lecz zamiast tego poruszają się, rosnąc w różnych kierunkach w czasie. Zjawisko to oczarowało Darwina długo po jego powrocie z podróży na HMS Beagle, według przekazów historycznych.
W latach sześćdziesiątych XIX wieku Darwin, który cierpiał wówczas na szereg dolegliwości ograniczających jego mobilność, całymi dniami obserwował rośliny w swoim domu. Sadził nasiona ogórków i nie tylko gatuneka następnie prześledziłem, jak ich korony przemieszczały się z dnia na dzień — powstałe mapy wyglądają dziko i przypadkowo.
„Bardzo mnie bawią moje wąsy – to po prostu ten rodzaj dręczącej pracy, który mi odpowiada” napisał do przyjaciela w 1863 roku.
Rozbawiony czy nie, Darwin nie potrafił wyjaśnić, dlaczego niektóre jego wąsy się wykręciły.
To tajemnica, która wprawiała w zakłopotanie także Meroza, fizyka z wykształcenia. Jedno badanie z 2017 r wskazał jej właściwy kierunek. Naukowcy pod kierunkiem Uniwersytetu w Buenos Aires wyhodowali w nim linie słoneczników w ciasnych warunkach. Odkryli, że rośliny naturalnie i konsekwentnie układają się w zygzakowaty wzór, prawie jak zęby zamka błyskawicznego. Taki układ prawdopodobnie pomaga roślinom zmaksymalizować dostęp do światła słonecznego jako grupy.
Meroz zastanawiał się, czy drgania roślin mogą być silnikiem napędzającym takie wzorce wzrostu roślin.
„W przypadku roślin pnących oczywiste jest, że chodzi o poszukiwanie podpór, do których można by się przyczepić” – powiedział Meroz, profesor nauk o roślinach i bezpieczeństwa żywnościowego. „Ale w przypadku innych roślin nie jest jasne, dlaczego warto”.
Nadchodzi słońce
Aby się tego dowiedzieć, ona i jej koledzy wyhodowali w rzędach pięć jednotygodniowych słoneczników. Następnie, podobnie jak wcześniej Darwin, ustalili, w jaki sposób rośliny przemieszczały się w ciągu tygodnia.
Następnie Nguyen i Peleg opracowali program komputerowy do analizy wzorców wzrostu słonecznika. Naukowcy mogli również wykorzystać swoje symulacje komputerowe, aby zobaczyć, co by się stało, gdyby słoneczniki poruszały się mniej więcej – innymi słowy, gdyby poruszały się chaotycznie lub w sposób powolny i stały.
Grupa odkryła, że gdyby cyfrowe rośliny w ogóle się nie poruszały, wszystkie skończyłyby, odchylając się od siebie w linii prostej. Jeśli natomiast poruszały się zbyt mocno, rosłyby w przypadkowy sposób. Jeśli jednak poruszały się z odpowiednią dozą losowości, słoneczniki utworzyły charakterystyczny zygzak, który w przypadku prawdziwych roślin zapewnia duży dostęp do światła słonecznego. Nguyen wyjaśniła, że rośliny wydają się okrążać, aby znaleźć miejsce, z którego pochodzi najlepsze światło, a następnie rosnąć w tym kierunku.
„Kiedy dodasz trochę hałasu do systemu, umożliwi to roślinie zbadanie otoczenia i dostosowanie się do takich konfiguracji, które pozwolą każdej roślinie znaleźć maksymalną ekspozycję na światło” – powiedziała. „Tak się składa, że prowadzi to do ładnego zygzakowatego wzoru, który widzimy”.
W przyszłych eksperymentach naukowcy będą sprawdzać, jak słoneczniki rosną w bardziej skomplikowanych aranżacjach. Meroz ze swojej strony cieszy się, że rośliny zyskują uznanie za to, że w rzeczywistości są poruszające i wstrząsające.
„Gdybyśmy wszyscy żyli w tym samym czasie, co rośliny, można by chodzić ulicą i widzieć, jak się poruszają” – powiedziała. „Może wszyscy mielibyśmy rośliny jako zwierzęta domowe”.
Odniesienie: „Hałaśliwe cyrkulacje ułatwiają samoorganizujące się unikanie cienia u słoneczników” Chantal Nguyen, Imri Dromi, Ahron Kempinski, Gabriella EC Gall, Orit Peleg i Yasmine Meroz, 15 sierpnia 2024 r., Przegląd fizyczny X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.14.031027
