Как сорняк создает взрывную силу для разбрасывания семян

Резуховидка волосистая (Cardamine hirsuta) — растение, которое с силой разбрасывает семена во все стороны для эффективного распространения. Исследовательская группа обнаружила, что для этого растение использует ранее неизвестный механизм, заставляющий стручки сокращаться и резко раскрываться, подобно мышце.

Исследованием руководила доктор Анджела Хэй из Института селекции растений Общества Макса Планка в Кёльне, а одним из ведущих авторов выступила доктор Габриэлла Моска из Центра молекулярной биологии растений Тюбингенского университета. Результаты опубликованы в журнале Current Biology.

Создание давления

Ведущие авторы работы, доктор Габриэлла Моска и доктор Райан Энг, обнаружили, что растение использует процесс роста собственных клеток для создания сокращения во всей ткани стручка. Это накапливает напряжение, достаточное для его "взрыва".

Во время роста клетки стручка меняют не только размер, но и форму. Форма каждой клетки зависит от ориентации целлюлозных волокон в её стенках. Эти волокна почти нерастяжимы, поэтому растущая клетка вынуждена увеличиваться перпендикулярно их направлению.

В взрывающихся стручках целлюлозные волокна расположены так, что клетки приобретают специфическую форму. Под действием тургорного давления внутри клеток это приводит к сокращению всей ткани, работающей подобно мышце.

Компьютерная модель клеточной стенки

Процесс оптимизирован крестообразным (перекрещивающимся) рисунком целлюлозных волокон в клеточной стенке. Такой рисунок добавляет дополнительное растяжение и имеет ключевое значение для механизма выброса семян.

Исследователи использовали визуализацию живых клеток и количественные методы для измерения клеточного роста. Кроме того, Моска в сотрудничестве с доктором Ричардом Смитом из Центра Джона Иннеса разработала компьютерную модель многослойной структуры растительных клеточных стенок. Модель является частью программного обеспечения для моделирования механики и роста растений MorphoMechanX и может быть использована в дальнейших исследованиях биомеханики растений.

Будущие вопросы

Результаты ставят новые вопросы. Ученые хотят понять, как микротрубочки (структурные элементы клетки, направляющие отложение целлюлозных волокон) переориентируются скоординированным образом во время роста стручка, — от этого переключения зависит взрывной процесс.

Также, при съемке процесса выброса было отмечено, что все створки стручка скручиваются в одинаковой пространственной ориентации. Механизм координации этого явления планируется исследовать далее.