Деревья могут «осознавать» свой размер

Деревья известны своей значительной, но не безграничной высотой и диаметром ствола. Они эволюционировали для развития большой надземной биомассы, но эта неотъемлемая черта создает проблему для устойчивости ствола.

Несмотря на очевидную важность, принцип, по которому стебли растений реагируют на увеличение собственного веса, оставался неизвестным. Для решения этого вопроса была разработана теория «вертикальной проприоцепции» — механизма, который уравновешивает радиальный рост стебля с увеличением веса.

Для изучения теории исследователи из Университета Хельсинки, Кембриджского университета и Института природных ресурсов Финляндии манипулировали надземным весом березы пушистой (Betula pubescens).

Ученые наблюдали, что дерево действительно способно регулировать радиальный рост своего ствола в ответ на добавленный вес, и сила этой реакции варьировалась по длине стебля. Более того, для этой реакции требовалась определенная степень бокового движения стебля: статичные деревья не становились такими же толстыми, как свободно движущиеся.

«Хотя идея о том, что растения чувствуют собственный вес и соответственно утолщают стебель, звучит интуитивно, наше исследование — первое, которое рассматривает этот вопрос на деревьях», — говорит Хуан Алонсо-Серра с факультета биологических и экологических наук Университета Хельсинки.

Один из подходов к пониманию работы этого механизма — сравнение нормальных растений с растениями, лишенными такой способности. Исследователи воспользовались естественной мутацией березы под названием elimäki. Это необычное дерево растет вертикально в течение трех месяцев, после чего его ствол внезапно изгибается у самого основания, и все дерево падает.

Исследователи показали, что, в отличие от нормальных деревьев, деревья elimäki не могут должным образом адаптировать свою ширину к увеличивающемуся весу, что делает их менее устойчивыми механически. Отсутствие правильной реакции у деревьев elimäki связано с единственной позицией (локусом) в геноме березы, что позволит в будущем идентифицировать мутировавший ген.

Использование мутантных деревьев было ключевой частью проекта. В большинстве растительных моделей, таких как Arabidopsis, генетические исследования осуществимы, так как новое поколение можно получить за месяцы, тогда как с деревьями на это обычно требуются десятилетия.

Однако березы являются исключением, поскольку они относятся к немногим видам деревьев, у которых цветение можно индуцировать уже в возрасте шести месяцев. Это дает уникальную возможность решать фундаментальные и прикладные вопросы, касающиеся жизни и развития деревьев.