Почему растения так чувствительны к гравитации: объяснение

Растения могут обнаружить малейший угол наклона. Механизм, с помощью которого они ощущают гравитацию, основан на микроскопических гранулах. Теоретически такая система едва ли должна позволять точно определять наклон. Исследователи из CNRS, Французского национального института агрономических исследований (INRA) и Университета Клермон-Овернь объяснили этот парадокс: гранулы постоянно находятся в движении внутри растительных клеток.

Если наклонить растение, оно изменит свой рост, чтобы вернуться в исходное вертикальное положение. Но как оно обнаруживает новый наклон? У растений есть клеточные клинометры — клетки, заполненные микроскопическими гранулами крахмала, называемыми статолитами. В каждой такой клетке скопление статолитов оседает на дно. Это создает точку отсчета для направления роста путем изменения распределения гормона роста, чтобы растение могло вернуться в вертикальное положение.

Загадка заключается в том, почему растения так чрезвычайно чувствительны к гравитации, даже при малейшем отклонении от вертикали. Казалось бы, куча гранул должна быть плохим клинометром. Обычно трение и сцепление частиц ограничивают их течение, делая гранулярную систему неэффективной ниже порогового угла наклона. Однако статолиты растений удивительно точны.

Исследователи из CNRS/Университета Экс-Марсель и INRA/Университета Клермон-Овернь объединились, чтобы решить эту загадку. Сначала они напрямую наблюдали движение статолитов в ответ на наклон и обнаружили, что они не ведут себя как стандартная гранулярная система. Статолиты движутся и текут независимо от угла наклона клетки. Поверхность скоплений статолитов всегда выравнивается в горизонтальной плоскости, как жидкость. Но как клетки делают эти скопления такими текучими?

Чтобы выяснить происхождение этого свойства, команда продолжила исследование, создав модель растительных статолитов: микрогранулы в искусственных клетках размером с настоящие. Сравнение двух систем позволило сделать вывод, что коллективная текучесть статолитов возникает из-за независимого движения каждой гранулы. Молекулярные «моторы» клетки постоянно их перемешивают. В результате они не застревают вместе, и за достаточно длительный промежуток времени скопление статолитов в целом проявляет свойства, сходные со свойствами жидкостей.

Это поведение важно для растения. Оно означает, что нет порогового угла наклона, поэтому обнаруживается малейшее отклонение, и что рост не нарушается, когда растение раскачивает ветер.

Открытие команды раскрывает причину высокой чувствительности растений к гравитации, частично объясняя движение статолитов. Хотя для понимания того, как растение определяет положение статолитов, требуется больше исследований, эти результаты открывают путь для биоинспирированных промышленных применений, таких как надежные миниатюрные клинометры, предлагающие альтернативу современным гироскопам и акселерометрам.