Как подсолнухи следят за солнцем
Растения чувствуют время. Не так, как люди, но, подобно животным, они могут ощущать приближение зимы и сбрасывать листья.
Подсолнух предвосхищает рассвет, подобно петуху перед криком. На рассвете его головка обращена на восток, чтобы встретить первые лучи, и продолжает следовать за солнцем до заката на западе. Ночью головка поворачивается обратно, чтобы к утру снова смотреть на восток.
По словам доктора Майка Хейдона из Университета Мельбурна, подсолнухи двигаются только до момента раскрытия цветочного бутона. После этого их ежедневный танец прекращается, и они навсегда остаются обращёнными на восток. «Вот где возникает противоречие, — говорит доктор Хейдон. — Люди говорят: "Мои подсолнухи не следят за солнцем". Если цветки уже раскрыты, то они и не должны этого делать, потому что движение к этому моменту прекращается».
До того как учёные начали изучать внутренние часы растений, их движение объясняли греческим мифом о Клитии и Гелиосе. Клития, влюблённая в бога солнца Гелиоса и отвергнутая им, превратилась в подсолнух, вечно следящий за его движением по небу.
Термин гелиотропизм (от helio — солнце и tropism — движение) описывает это движение растений вслед за солнцем. «Здесь определённо есть компонент, управляемый внутренними часами, или циркадным ритмом», — отмечает доктор Хейдон.
Эксперименты показали: если подсолнухи в поле развернуть на 180°, они продолжают двигаться днём, но теперь с запада на восток, то есть в направлении, противоположном движению солнца. Через несколько дней растение корректирует себя и снова начинает двигаться с востока на запад. В это время подсолнух перенастраивает свои внутренние часы, используя один из самых мощных внешних сигналов — солнечный свет.
Тик-так внутренних часов
«Внешние сигналы напоминают растению, какое сейчас время суток. Оно слегка перенастраивается, чтобы его внутренние часы соответствовали окружающей среде», — объясняет доктор Хейдон. Это важно, так как время рассвета меняется каждый день в зависимости от широты.
«Этот эксперимент очень чётко показывает, что существует внутренний механизм часов, управляющий таким поведением растения».
Остаётся вопрос: подсолнухи действительно следят за солнцем или они двигаются сами по себе из-за внутренних часов, которые лишь запускаются солнечным светом? «Недостающий эксперимент, который дал бы ответ, — это переместить подсолнухи, растущие на солнце, в тёмную комнату на день или около того», — говорит учёный.
В основе внутренних часов лежит набор генов, регулирующих экспрессию друг друга. Каждый ген экспрессируется в разное время суток, создавая ритмы во внутреннем цикле растения. Этот внутренний ритм контролирует множество процессов, включая метаболизм, движение и рост.
Таким образом, гелиотропизм регулируется внутренним ритмом экспрессии генов. Но конкретный механизм движения остаётся «чёрным ящиком… однако мы подозреваем, что зрелые листья играют в этом какую-то роль, поскольку ритмическое движение прекращается, когда их срезают», — говорит доктор Хейдон.
Он предлагает два возможных механизма, наблюдаемых у других растений.
Первая теория связана с удлинением клеток — основным способом роста стеблей. Если рост клеток на восточной и западной сторонах стебля происходит циклически и совпадает с движением солнца, стебель подсолнуха будет казаться «следующим» за ним.
Вторая теория связана с движением воды внутри растения, известным как тургорное давление. Вода может распределяться внутри стебля неравномерно, и разница в давлении вызывает его изгиб. Это распределение давления может быть синхронизировано так, чтобы стебель изгибался, повторяя движение солнца.
«В пользу этого говорит тот факт, что влажность почвы влияет на движение подсолнухов. Если почва сухая, они не двигаются. Если она переувлажнена — тоже. Это говорит о важности водного баланса», — отмечает доктор Хейдон.
На данный момент известно, что подсолнухи действительно следуют за солнцем, но только до цветения. Почему движение прекращается после раскрытия бутона, до конца не ясно. Есть две гипотезы.
«Это может быть просто механической причиной: головка подсолнуха становится слишком тяжёлой для стебля, чтобы двигаться, — говорит доктор Хейдон. — Другая возможность связана с ослаблением внутренних часов. Есть свидетельства, что циркадные ритмы ослабевают с возрастом, и не только у растений, но и у животных».
После цветения растение становится узнаваемым подсолнухом. И затем оно остаётся неподвижным, смотрящим на восточное небо, подобно Клитии, ждущей восхода Гелиоса.