Вспышки флуоресценции на видео раскрыли механизм и причину быстрых движений листьев мимозы стыдливой
Растения не обладают нервами и мышцами, которые обеспечивают быстрое движение у животных. Однако мимоза стыдливая (Mimosa pudica) двигает листьями, сгибая моторный орган «пульвинус», в ответ на прикосновение и повреждения. Это движение изучали со времён Чарльза Дарвина, но сигнальные молекулы дальнего действия, запускающие его, и физиологическая роль оставались неясны.
Команда профессора Масацугу Тойоты (Университет Сайтамы, Япония) выяснила, какие сигналы распространяются на большие расстояния и зачем мимоза так быстро двигает листьями. Исследование опубликовано 14 ноября в Nature Communications.
Ключевой сигнал — ионы кальция
- Учёные создали трансгенные «флуоресцентные» и «неподвижные» растения мимозы.
- Видео показали, что вспышки флуоресценции (визуализация цитозольного кальция, Ca2+) быстро распространяются по листу и запускают движение.
- «Мимоза закрывает листья всего через 0,1 секунды после прибытия сигналов Ca2+ в пульвинусы», — говорит Тойота.
Связь с электрическими сигналами
- Разработанная система одновременной записи показала, что сигналы Ca2+ и электрические сигналы распространяются системно с одинаковой скоростью и временем.
- Обработка листьев ингибиторами кальциевых каналов (La3+ и верапамил) и хелатором кальция (EGTA) блокировала оба типа сигналов и движение листьев.
- Это подтверждает, что Ca2+ действует как сигнальная молекула дальнего действия.
Защита от насекомых — главная причина
- С помощью CRISPR/Cas9 учёные создали мутант elp1b без пульвинусов («неподвижная» мимоза).
- Кузнечики поедали неподвижные листья активнее, чем дикого типа.
- При питании кузнечика на листе под микроскопом наблюдалась последовательная активация движения листочков параллельно с распространением сигналов Ca2+. После этого насекомое прекращало питание и уходило.
Вывод: Быстрые движения листьев мимозы, основанные на распространении сигналов Ca2+ и электрических сигналов, служат защитой от насекомых-вредителей.