Впервые удалось заснять механику скручивания корней растений в 3D-таймлапсе
Физики и биологи растений из Корнеллского университета и Института исследования растений Бойса Томпсона с помощью продвинутой системы 3D-таймлапсной съемки обнаружили, как корни некоторых растений проявляют мощные механические способности при взаимодействии со средой.
Исследование, опубликованное в онлайн-версии Proceedings of the National Academy of Sciences, в перспективе может помочь в выведении сельскохозяйственных культур, оптимизированных для роста в регионах, где изменение климата или истощение почв привели к сложным условиям.
Исследователи выращивали растения Medicago truncatula в прозрачном геле, состоящем из двух слоев: мягкого верхнего и жесткого нижнего. Корни росли прямо вниз, пока не достигали нижнего слоя, где начинали скручиваться и изгибаться в спиралевидные формы, подобно тому, как скручивается нить при постоянном вращении в одном направлении.
Сочетание 3D-видеосъемки с измерениями и математическим моделированием пролило новый свет на рост корней, выявив роль механики в определении их формы. В итоге это привело к обнаружению ранее неизвестной связи между геометрией корня, его ростом и генерацией силы.
«Когда корни достигают жесткого барьера, рост заставляет их изгибаться, как сжатую проволоку или стержень. Но, скручиваясь, изогнутые корни принимают спиральную форму, что позволяет корню отталкиваться от большего объема геля и создавать больше силы на кончике», — пояснил Джесси Сильверберг, аспирант факультета физики Корнеллского университета и ведущий автор исследования.
«Предположим, растение растет и натыкается на слой глины или плотный комок почвы. Корню нужна дополнительная сила, чтобы пробить этот барьер, и наша математическая модель показывает, какую по размеру спираль ему нужно сформировать для этого. Грубо говоря, чем жестче барьер, тем крупнее должна быть спираль», — добавил Сильверберг.
Исследователи также с помощью 3D-технологии обнаружили, что 74% корней растений скручивались против часовой стрелки. Сильверберг отмечает, что дальнейшие исследования могут выявить аналогичное поведение у других видов растений.