Как некоторые растения распространяют семена: Готовность, внимание, катапульта

Для некоторых растений катапультирование семян — эффективный способ запустить новую жизнь. Разброс семян на большие расстояния может давать селективные преимущества, включая заселение новых сред и избегание угроз.

В новой работе, опубликованной в октябрьском номере American Journal of Botany, доктор Эллерби, студенты и постдок Шэннон Гэрри из колледжа Уэлсли измерили механику катапультирования семян у баллистического распространителя Cardamine parviflora.

"Хотя растения обычно считаются неподвижными организмами, многие из них способны на впечатляюще быстрые движения", — заявил Эллерби. У C. parviflora створки стручка быстро скручиваются наружу, катапультируя семена от родительского растения. Весь процесс скручивания и запуска завершается примерно за 5 мсек — быстрее, чем моргание глаза.

Анализ запуска показал, что механизм катапультирования у C. parviflora не очень надежен: большинство семян просто падает на землю. Однако для запущенных семян эффективность передачи запасенной энергии в кинетическую составила ~20%. Это впечатляющая цифра по сравнению с 0.5% эффективностью, наблюдавшейся у баллистического диплохора (Impatiens capensis) в предыдущем исследовании Эллерби и коллег.

Эта невероятная скорость и высокое накопление энергии представляют сложность для исследователей. "Эти катапульты из семенных коробочек находятся на волоске", — сказал Эллерби. "Успешное позиционирование их перед нашей высокоскоростной камерой без преждевременного "взрыва" требует невероятно твердой руки".

Запуск семян эволюционировал в ряде групп. Сравнение механики распространения семян и морфологии плодов и семян между растениями, использующими баллистические методы, и их близкородственными растениями, которые этого не делают, может дать более глубокое понимание эволюции баллистических механизмов и свойств, необходимых для накопления и передачи энергии.

Распространение семян широко изучалось на модельном растении Arabidopsis thaliana, близком родственнике Cardamine. Как и большинство других представителей Brassicacae, A. thaliana не рассеивает семена катапультированием. Вместо этого семена падают на землю, когда стручок растрескивается и раскрывается. Несмотря на эти различия в механизмах рассеивания, стручки C. parviflora и A. thaliana морфологически схожи. Одно из различий — сохранение второго слоя на внутренней поверхности створки у C. parviflora, который у A. thaliana дегенерирует в процессе созревания. Этот дополнительный слой, вероятно, играет роль в скручивании створки.

"В конечном итоге важно будет проанализировать пружинные структуры на тканевом и клеточном уровне, чтобы точно определить, как они накапливают такие впечатляющие количества энергии", — сказал Эллерби. "Это может повлиять на проектирование созданных человеком структур для поглощения или хранения упругой энергии".