Подсолнухи движутся по солнцу благодаря внутренним часам

Учёные из Калифорнийского университета в Дэвисе раскрыли механизм, с помощью которого подсолнухи следят за солнцем в течение дня. Исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что это движение регулируется внутренними циркадными "часами" растения, которые влияют на гормоны роста.

"Это первый пример того, как внутренние часы растения модулируют рост в естественной среде, имея реальные последствия для самого растения", — заявила старший автор работы Стейси Хармер.

Суточный цикл движения

Растущие подсолнухи начинают день, обращённые на восток, следуют за солнцем на запад в течение дня и возвращаются на восток ночью.

"Растение предвосхищает время и направление рассвета, и, по-моему, это причина, по которой существует связь между часами и путём роста", — пояснила Хармер.

Учёные провели серию экспериментов: фиксировали растения, поворачивали горшки, перемещали их в камеры с искусственным освещением. Когда растения лишали возможности двигаться, их листовая площадь и биомасса уменьшались по сравнению с контрольной группой.

В камере с неподвижным верхним светом подсолнухи продолжали качаться несколько дней, что характерно для механизма, управляемого внутренними часами. Растения снова начинали следовать за "солнцем", когда источник света перемещали по камере, включая и выключая лампы. Они надёжно отслеживали движение при 24-часовом цикле, но не при 30-часовом.

Механизм роста

Нанося метки на стебли и снимая их на видео, исследователи обнаружили, что при движении за солнцем восточная сторона стебля растёт быстрее западной. Ночью западная сторона растёт быстрее, возвращая стебель на восток. Были идентифицированы гены, активность которых повышалась на обращённой к солнцу стороне днём или на противоположной — ночью.

По словам Хармер, работают два механизма роста. Первый задаёт базовую скорость роста в зависимости от доступного света. Второй, контролируемый циркадными часами и направлением света, заставляет стебель расти быстрее с одной стороны, вызывая покачивание с востока на запад.

Когда подсолнух созревает и цветок раскрывается, общий рост замедляется, и растение перестаёт двигаться днём, оставаясь обращённым на восток. Циркадные часы обеспечивают более сильную реакцию на свет ранним утром, чем днём или вечером, поэтому движение на запад постепенно прекращается.

Зачем смотреть на восток?

Исследователи выращивали подсолнухи в горшках и разворачивали некоторые из них на запад. Измерения инфракрасной камерой показали, что смотрящие на восток цветы нагреваются утром быстрее и привлекают в пять раз больше насекомых-опылителей. Нагревание западных цветов переносным обогревателем снова привлекало опылителей.

"Пчёлы любят тёплые цветы", — заключила Хармер.

Исследование финансировалось Программой исследований генома растений Национального научного фонда (NSF).