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
Источник
Действительно ли подсолнухи — солнечные растения? Зачем они следуют за солнцем?
Подсолнух является одной из важнейших возделываемых культур в сельском хозяйстве. Из этого растения человек получает любимые многими семечки, а также подсолнечное масло, которое является неотъемлемой составляющей в приготовлении многих блюд. Многие, проживающие какое-то время в деревнях, в которых есть поля с подсолнухами, могли замечать их некоторую особенность. При движении солнца с востока на запад, цветок как будто следует за ним. Ночью, он вновь поворачивается в сторону востока, как будто встречает солнце, чтобы вновь проводить его до запада. Почему это происходит?
Морфологические особенности растения
Подсолнух довольно сложно спутать с другими растениями, так как внешне он яркий и необычный. Данное растение имеет высокий прямостоячий стебель, вырастающий до 5 метров. На конце стебля имеется крупный цветок, имеющий желто-оранжевую окраску. Цветки этого растения считаются декоративными, поэтому их часто используют во флористике. В центре корзинки образуются плоды – черные семечки, из-за которых это растение так ценится в сельском хозяйстве.
Листья подсолнечника также довольно крупные, их длина достигает 50 сантиметров. Для защиты от палящего солнца на листьях жесткие волоски, что обеспечивает растению большую засухоустойчивость.
История возделывания подсолнечника
Родиной растения считается Северная Америка. Ученые считают, что именно там начали выращивать первые подсолнечники около 2000 лет назад. Из Северной Америки подсолнух начал распространяться в другие страны, в том числе и в Россию, правда попал он к нам из Голландии. Петр I был приятно удивлен этим растением, так как оно не только использовалось в пищу, но и было довольно декоративным. По его приказу семена подсолнечника были завезены в Россию, где он вполне смог прижиться в местном климате.
Первое подсолнечное масло удалось получить в 1829 году, после чего сразу же был открыт первый в России завод. На нем удавалось производить масло довольно дешево, что также отразилось и на цене его продажи. Подсолнечное масло могли позволить себе купить даже бедные люди. Из-за этих обстоятельств растение стало очень популярно для возделывания, поэтому под него стали выделять большие территории. На сегодняшний день мировыми лидерами в возделывании подсолнечника являются Россия и Украина несмотря на то, что его возделывают и во многих других странах.
Следование за Солнцем
Ученые-ботаники смогли выяснить, что на самом деле поворачиваются к Солнцу не только подсолнухи, но и многие другие цветы, у которых, правда, это свойство выражено менее ярко. Процесс поворота цветков к Солнцу назвали гелиотропизмом. Так в чем же секрет этого явления? На самом деле все проще чем кажется. Таким образом растение получает большее количество солнечных лучей и тепла. Иными словами, гелиотропизм помогает стимулировать рост растения. Ученые ставили эксперименты, в которых блокировали поворот цветка различными способами. Было установлено, что эта блокировка ограничила скорость роста на 10 %.
Также можно отметить, что своим поворотом вслед за солнцем, подсолнух привлекает больше пчел для опыления. Объясняется это тем, что данных насекомых теплая поверхность привлекает больше, чем холодная.
Механизм поворота цветка
В стебле, ближе к основанию цветка, имеются специальные моторные клетки, которые за счет получения калия могут растягиваться и сжиматься. Именно их работа инициирует поворот корзинки растения.
Поворот цветка четко соответствует 24-часовому ритму. В своих экспериментах ученые попытались обмануть растение. В лабораторных условиях они установили искусственный источник освещения. Длительность его движения соответствовала 30-часовому ритму. Результатом опыта стало изменение в интенсивности роста и обилии урожая. Таким образом, для получения солнечной энергии и тепла подсолнечникам необходимо каждый день поворачивать свой цветок вслед за солнцем.
Если вам понравилась наша статья о подсолнухах, ставьте лайки, подписывайтесь на канал.
У автора творческий кризис 🙂 Подскажите, какие еще темы из биологии могут быть вам интересными? Спасибо что читаете и комментируете.
Источник
quaterman
quaterman Добрый доктор Куотерман
Для начала стоит прояснить одну очень важную вещь. Утверждение о том, что подсолнухи всегда следуют за Солнцем справедливо только в том случае, если мы говорим о молодых, еще не раскрывшихся цветках подсолнечника. Вопреки распространенному мнению, зрелые цветки подсолнуха не поворачиваются за Солнцем и обычно направлены на восток.
Нераскрывшиеся бутоны подсолнечника действительно следуют за Солнцем, меняя свое положение в течение дня. Этот феномен называется гелиотропизмом (см абзац в конце статьи).
Наблюдение за Солнцем необходимо подсолнухам для более эффективного роста. Ученые фиксировали растения, не давая им повернуться, или, наоборот, вращали горшки, нарушая естественный ход движений. И в том, и в другом случае листья растений оказывались примерно на 10% меньше, чем у соседей, которые спокойно поворачивались за Солнцем.
Кроме того, специалисты ставили на стебле несколько точек маркером, чтобы изучить, как движется подсолнух за Солнцем. За точками ученые следили с помощью видеокамеры. Если расстояние между ними менялось, это означало, что стебель цветка рос там, где были нарисованы эти точки.
Когда днем растения поворачивались вслед за Солнцем, восточная сторона стебля росла более быстрыми темпами, чем западная, в результате сам цветок поворачивался к Солнцу. А в ночное время западная сторона росла быстрее, и стебель поворачивался в другую сторону.
Секрет движения подсолнечника кроется в неравномерном росте его стебля. По утверждениям ученых, прямые солнечные лучи убивают содержащиеся в стебле гормоны роста, которые называются ауксинами. Неравномерное распределение этих гормонов по стеблю, заставляет подсолнечник расти медленнее с солнечной стороны и быстрее с теневой, наклоняя таким образом весь стебель к солнцу. С изменением положения солнца, меняется и распределение ауксинов по стеблю, что в свою очередь, ведет к изменению наклона цветка.
Таким образом движение растения осуществляется при помощи специальных моторных клеток, участвующих в механизме роста и находящихся в гибком основании цветка. Выяснилось, что это движение зависело от внутренних часов растения – циркадных ритмов, которые управляют различными жизненными процессами, связанными с наступлением дня, ночи, утра и вечера. «Часы» контролируют скорость роста и заставляют одну сторону стебля расти быстрее, чем другую. Благодаря этому подсолнечник постепенно поворачивается вслед за Солнцем.
По мере того как подсолнечник созревает и цветок раскрывается, общий рост замедляется и растения прекращают движение в течение дня, оставаясь ориентированными на восток. Дело в том, что растение реагирует сильнее на солнечный свет рано утром, чем во второй половине дня, поэтому оно постепенно прекращает движение к западу в течение дня.
Как двигаются подсолнухи ночью?
Как мы все знаем, утром нераскрывшиеся бутоны подсолнечника встречают солнце на востоке, а вечером провожают его на западе. Здесь можно было и закончить нашу статью, если бы не одно «но»: с утра бутоны подсолнечника вновь направлены на восток! Возникает вполне логичный вопрос: «как?» Почему ночью, без какого-либо воздействия Солнца, подсолнечник продолжает движение? Более того, ночью движения подсолнечника происходят с гораздо большей скоростью, чем днем.
К нашему всеобщему разочарованию, ученые пока не могут с уверенностью ответить на этот вопрос. По одной из теорий, ночью клетки подсолнуха выпускают энергию, которая скопилась при наклонении стебля, «отпружинивая» цветок обратно. По другой теории, ночное движение стебля не зависит от солнца и обусловлено «внутренними часами» часами самого подсолнуха.
Почему взрослый цветок подсолнуха всегда смотрит на восток?
С ростом стебля и утяжелением цветка, перераспределение гормонов роста производит все менее заметный эффект. В конце концов, цветок подсолнуха становится слишком тяжелым, чтобы двигаться. Поэтому после созревания подсолнечник больше не следует за Солнцем и всегда направлен на восток. Но почему именно на восток?
У исследователей также нет точного ответа на этот вопрос. Некоторые ученые утверждают, что в одну из ночей цветок «отпружинивает» в восточную сторону и уже больше не способен повторить свое путешествие на запад.
Как бы то ни было, ученые продолжают исследования подсолнечника, который неожиданно для многих оказался чем-то гораздо более сложным, чем просто цветком, постоянно следующим за Солнцем.
Гелиотропизм цветов
Гелиотропные цветы отслеживают движение Солнца по небу в течение дня, с востока — на запад. Ночью цветы могут ориентироваться достаточно бессистемно, но с рассветом они поворачиваются на восток, к восходящему светилу. Движение осуществляется при помощи специальных моторных клеток, находящихся в гибком основании цветка. Данные клетки являются ионными насосами, доставляющими ионы калия в близлежащие ткани, что изменяет их тургор. Сегмент изгибается из-за удлинения моторных клеток, расположенных на теневой стороне (вследствие роста гидростатического внутреннего давления). Гелиотропизм является ответом растения на синий свет. Одним из самых гелиотропных цветов является подсолнух, который наиболее других цветов «ходит» за солнцем, особенно в раннем возрасте, пока его головка не вырастет до большого размера и не станет слишком тяжёлой, чтобы двигаться (в это время все его силы сосредотачиваются на созревании семян). В большей или меньшей степени, почти все цветы являются гелиотропными.
Некоторые следящие за солнцем растения не являются чистыми гелиотропами: их циркадные движения инициализируются солнечным светом, и, зачастую, продолжаются еще некоторое время после его исчезновения.
Широко распространено ложное мнение, что подсолнечники «тянутся» к солнцу (гелиотропизм). На самом деле, зрелые цветки подсолнечника обычно направлены на восток и не двигаются. Однако, бутоны подсолнечника (до зацветания) обладают гелиотропизмом. Они изменяют свою ориентацию с востока на запад в течение дня.
Источник
Путешествие солнечного лучика
Когда ранним утром солнце появлялось на горизонте, оно выплывало медленно, не спеша освобождаясь от оков сна после упоительной ночи. Солнце сладко потягивалось, расправляя все свои лучики. Оно вытягивало их, лаская по матерински тёплым светом и питая солнечным нектаром.
И вот уже все лучики были на своих местах, они улыбались и сверкали, радуясь новому дню. Все, кроме одного. Его место всегда было сбоку. Если все лучики могли любоваться целый солнечный день красотами земли, то он только искоса мог выглядывать на землю, мало что замечая внизу. Но он был мечтателем и мечтал, что когда-нибудь отправится в путешествие на землю. Его манили и притягивали тайны, скрывавшиеся внизу, на земле.
В это утро лучик больше не стал ждать. «Мечта никогда не осуществится, если не шагнуть ей навстречу!» — решил он и с твёрдым намерением отделился от солнца и полетел вниз.
Первое, что встретило его на пути — были капельки росы. Лучик задержался на секунду, а потом оттолкнулся от них и полетел дальше, успев заметить, что капельки вначале были прохладными и мокрыми, а от его прикосновения высохли и согрелись.
«Я-волшебник!» — мелькнуло в его солнечной головке.
Затем лучик упал на пробегавшую мимо девочку. Он ласково погладил её по пухлым румяным щечкам, оставляя на них рисунок из канапушек.
«Я – художник, солнечный художник!» — сделал он следующее открытие.
Лучик переместился по листве берёзы вниз на тропинку и уселся на красивое стёклышко на траве. Задумавшись, он мечтательно разглядывал всё вокруг, как внезапно заметил, как под стёклышком, где он сидел, кто-то красный начал строить ему зловещие рожицы, угрожая и стараясь вырваться наружу. «Это же огонь!» — испугался лучик и поторопился покинуть стёклышко.
«Я ещё и поджигатель!» — с горечью в душе, заключил он и продолжил свой путь.
Заметив на ветках деревьев птиц, он медленно проскользнул по ним, любуясь каждой из них. А те, лишь только лучик касался их, отвечали ему прекрасным пением.
«Я – дирижёр, солнечный дирижёр!» — наслаждаясь пением птиц, решил он.
Насладившись пением птиц, лучик опять спустился вниз и стал скользить с камушка на камушек, от стёклышка к стёклышку, стараясь теперь не засиживаться ни на одном из них, пока случайно не попал на осколочек зеркала, которое вмиг его, словно мячик, отразив, подбросило вверх, обратно к солнцу.
А там, наверху, все лучики крепко держались за солнце и были заняты тем, что посылали своё тепло и свет на Землю. А потому, исчезновение маленького лучика никто и не заметил.
Лучик же, вернувшись на своё место, ещё долго вспоминал свои открытия и свои подвиги, в душе надеясь, что завтра отправится навстречу новым открытиям.
Источник