August 5th, 2016 , 05:59 pm
Уже давно люди заметили, что молодые цветы подсолнуха в течение дня поворачиваются вслед за Солнцем, а ночью возвращаются на исходную позицию, чтобы утром снова встретить его на востоке. Что же заставляет растения совершать свой ежедневный ритуал и почему со временем «поклонение» светилу прекращается и зрелые цветки подсолнуха не поворачиваются за Солнцем, а остаются направленными только на восток.
В поисках ответа Стейси Хармер из Калифорнийского университета в Дэвисе и ее коллеги провели серию экспериментов, которые подтвердили догадку о том, что наблюдение за Солнцем необходимо подсолнухам для более эффективного роста. Ученые фиксировали растения, не давая им повернуться, или, наоборот, вращали горшки, нарушая естественный ход движений. И в том, и в другом случае листья растений оказывались примерно на 10% меньше, чем у соседей, которые спокойно поворачивались за Солнцем.
Кроме того, специалисты ставили на стебле несколько точек маркером, чтобы изучить, как движется подсолнух за Солнцем. За точками ученые следили с помощью видеокамеры. Если расстояние между ними менялось, это означало, что стебель цветка рос там, где были нарисованы эти точки.
Когда днем растения поворачивались вслед за Солнцем, восточная сторона стебля росла более быстрыми темпами, чем западная, в результате сам цветок поворачивался к Солнцу. А в ночное время западная сторона росла быстрее, и стебель поворачивался в другую сторону.
Движение растения осуществляется при помощи специальных моторных клеток, участвующих в механизме роста и находящихся в гибком основании цветка. Выяснилось, что это движение зависело от внутренних часов растения – циркадных ритмов, которые управляют различными жизненными процессами, связанными с наступлением дня, ночи, утра и вечера. «Часы» контролируют скорость роста и заставляют одну сторону стебля расти быстрее, чем другую. Благодаря этому подсолнечник постепенно поворачивается вслед за Солнцем.
По мере того как подсолнечник созревает и цветок раскрывается, общий рост замедляется и растения прекращают движение в течение дня, оставаясь ориентированными на восток. Дело в том, что растение реагирует сильнее на солнечный свет рано утром, чем во второй половине дня, поэтому оно постепенно прекращает движение к западу в течение дня.
Серия экспериментов показала: движение подсолнечника соответствует 24-часовому циркадному ритму. Ученые попытались «обмануть» растения, искусственно поменяв длительность движения источника освещения до 30 часов. Однако в этом случае подсолнухи двигались неравномерно, что отразилось на их росте, наборе биомассы и урожайности
Известно, что соцветия подсолнечника поворачиваются вслед за солнцем в течение дня, а ночью снова меняют свое положение, чтобы с рассветом «смотреть» на восток. После того как подсолнухи отцветают, они прекращают поворачиваться в сторону солнца.
Ученые объясняют, что движение соцветия подсолнечника возникает из-за неравномерного роста растения. Одна сторона стебля растет быстрее другой, в результате чего соцветие поворачивается.
В другом эксперименте ученые искусственно ограничивали движение растений. Они привязали некоторые соцветия, чтобы те не могли вращаться, либо разворачивали горшки так, чтобы утром растения не были обращены к солнцу. Выяснилось, что листья обеих групп подсолнечника были на 10% меньше, чем у растений, следовавших за солнцем.
Помимо накопления большей биомассы, подсолнухи приобрели еще одно преимущество: обращенные к солнцу растения гораздо привлекательнее для насекомых. К цветам, обращенным утром на восток, подлетало в пять раз больше пчел.
«Пчелы сходят с ума от растений, которые повернуты на восток, игнорируя при этом соцветия, повернутые на запад, — говорит Стэйси Хармер из Университета Калифорнии в Дэвисе. — На солнечной стороне растения прогреваются быстрее, и теплые цветы привлекают больше опылителей».
Анна Хотеева
В цветке подсолнечника обнаружена последовательность Фибоначчи
По мнению биологов, крупные цветы являются одной из самых очевидных и красивых демонстраций последовательности Фибоначчи. Эта числовая последовательность представляет собой ряд натуральных чисел, где каждое последующее число равно сумме двух предыдущих. Последовательность может выглядеть так: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144…
Исследователи выяснили, что семечки упорядочены в два ряда спиралей, один из которых идет по часовой стрелке, другой — против. По словам ученых, в большинстве соцветий подсолнечника можно обнаружить сочетание цифр, входящих в последовательность Фибоначчи — например, 34 и 55 или 55 и 89. А если перед вами очень большой подсолнух, то можно насчитать 89 и 144 семечки.
В 2012 году Музей науки и промышленности в Манчестере (Великобритания) в честь столетия со дня рождения математика запустил необычный проект — «Подсолнухи Тьюринга», предложив всем желающим вырастить подсолнечник и принести цветок в музей (либо отправить фотографию растения).
Этот проект позволил собрать 657 фотографий, на обработку и анализ которых ушло почти четыре года. Поскольку в соцветии подсолнечника обычно хорошо просматриваются семена, ученые смогли подсчитать их количество и подтвердить, что в цветах действительно прослеживается закономерность Фибоначчи.
Биологи пока не могут понять механизм, с которым связана «приверженность» тех или иных растений к числовым последовательностям. Проблема в том, что растения не всегда демонстрируют подобную закономерность. В случае с исследуемыми цветами подсолнуха, узоры семян, соответствующие последовательности Фибоначчи, обнаружили примерно у 80% растений. Остальные соцветия продемонстрировали более сложные узоры.
Анна Хотеева
Справка
Британский математик Алан Тьюринг интересовался подобными закономерностями еще в первой половине прошлого века. Ученый прославился тем, что во время Второй мировой войны разработал метод, который помог взломать код немецкой шифровальной машины Enigma. Кроме того, Тьюринг оказал существенное влияние на развитие информатики и искусственного интеллекта. После войны ученый увлекся математическими закономерностями в растениях.
Давным-давно люди заметили, что молодые цветы подсолнуха в течение дня поворачиваются вслед за солнцем, а ночью возвращаются на исходную позицию, чтобы утром снова встретить его на востоке. Но до сих пор учёные не могли раскрыть эту загадку: что заставляет растения совершать свой ежедневный ритуал и почему со временем "поклонение" светилу прекращается?
В поисках ответа Стейси Хармер (Stacey Harmer) из Калифорнийского университета в Дэвисе и её коллеги провели серию экспериментов.
На первом этапе подсолнухам, росшим в естественной среде, изменили условия. Одну группу учёные "обездвижили", чтобы растения вообще не могли поворачиваться, а другую зафиксировали таким образом, чтобы подсолнухи на восходе оказались повёрнуты на запад. Когда цветы подросли, оказалось, что листья в обеих группах были на 10% меньше, чем у "свободных" растений. Это подтвердило догадку о том, что наблюдение за солнцем необходимо подсолнухам для более эффективного роста.
Затем учёные решили проверить, чем обусловлены ритмичные "танцы" подсолнухов - внутренними часами или условиями окружающей среды.
Они перенесли растения, росшие на улице, в помещение с постоянным верхним освещением и обнаружили, что подсолнухи на протяжении нескольких дней продолжали поворачиваться из стороны в сторону точно так, как делали раньше.
Затем учёные поместили растения в специальную комнату с вереницей ламп, которые включались по очереди, имитируя движение солнца. Когда исследователи запрограммировали искусственное освещение на тридцатичасовой цикл смены "дня" и "ночи", растения поворачивались из стороны в сторону без регулярного расписания. Но когда световой режим снова стал нормальным, подсолнухи строго следовали за искусственным "солнцем", показывая, что внутренние циркадные ритмы играют важную роль в движении цветка.
Но больше всего биологов интересовал вопрос, почему после цветения подсолнухи перестают поворачиваться из стороны в строну и замирают, "глядя" в сторону восхода. Тогда команда Хармер повернула часть растений на запад, а потом подсчитала количество пчёл и других опылителей, которые садились на цветки, обращённые к разным сторонам света.
Оказалось, что в утренние часы насекомые в пять раз чаще посещали цветки, обращённые на восток, чем повёрнутые в противоположном направлении.
"Вы можете убедиться, что пчёлы просто сходят с ума по цветкам, смотрящим на восток, и практически не обращают внимания на растения, повёрнутые на запад", - отмечает Стейси Хармер.
Предыдущие исследования показали, что опылители предпочитают более тёплые цветы, поэтому подсолнухи, получившие большую дозу первых утренних лучей, оказываются более популярными.
"Я постоянно удивлялась, как сложно устроены растения,- продолжает Хармер. - Они действительно мастерски приспосабливаются к условиям окружающей среды".
Результаты исследования , опубликованные в издании Science, поднимают более сложные вопросы. Например, как растения определяют время и как они находят правильное направление, когда в темноте поворачиваются туда, где взойдёт солнце?
Но, по мнению специалистов, сам факт того, что подсолнухи обладают внутренними часами и руководствуются собственными ритмами, является "Священным Граалем" в изучении их сложного поведения. И, как подчёркивается в пресс-релизе университета, это первый пример временной синхронизации у растений, обитающих в естественной среде, которая оказывает прямое влияние на эффективность роста.
Добавим, что ранее мы рассказывали об , которые, как и люди, спят по ночам.
Подсолнухи, под солнцем.
Есть устоявшееся мнение, что головка подсолнечника повораживается вслед за солнцем.
Вчера я убедился, что это миф.
Под катом есть свежие фото подтверждающие, что солнце светит в "затылок" подсолнуха:)
И реальное положение дел
Итак как мы видим, подсолнухи не вращаются за движением солнца.
Но в мифе есть доля правды.
А именно, подсолнух смотрит на солнце в момент восхода.
И он всегода смотрит на восток.
А вот когда солнце идет на закат, то подсолнух не движется за ним.
Он как бы ждет следующего восхода:)
Явление о которм говорится в мифе называется Гелиотропизмом.
Вот что об этом говорится в википедии.
Широко распространено ложное мнение, что подсолнечники "тянутся" к солнцу (гелиотропизм) ] . На самом деле, зрелые цветки подсолнечника обычно направлены на восток и не двигаются.
Листья и почки молодых подсолнечников обладают гелиотропизмом. Они изменяют свою ориентацию с востока на запад в течение дня.
Ученые вырастили несколько подсолнухов, часть из них высадили в лаборатории, где постоянно был включен свет, а другую - на обычном поле, сообщает Science. Некоторые растения исследователи закрепили в кадках, чтобы они не могли поворачиваться за Солнцем.
Как подсолнух поворачивается к Солнцу
Специалисты поставили на стебле несколько точек маркером, чтобы изучить, как движется подсолнух за Солнцем. За точками ученые следили с помощью видеокамеры. Если расстояние между ними менялось, это означало, что стебель цветка рос там, где были нарисованы эти точки.
Выяснилось, что движение растения зависело от его внутренних часов - набора светочувствительных белков и «подключенных» к ним генов, которые управляют различными жизненными процессами, связанными с наступлением дня, ночи, утра и вечера. «Часы» контролируют скорость роста и заставляют одну сторону стебля расти быстрее, чем другую. Благодаря этому, подсолнечник постепенно поворачивается вслед за Солнцем.
В лаборатории, где длительность дня менялась искусственным образом, подсолнухи теряли способность ориентироваться на Солнце, даже когда искусственный источник света двигался, как и реальное светило. Это негативно сказывалось на скорости роста цветка, наборе биомассы и развитии семечек.
За счет того, что подсолнух движется за Солнцем, цветок быстрее прогревается и привлекает больше опылителей, отметили ученые.
Добавим, что способность растений принимать определенное положение под влиянием солнечного света называется гелиотропизм. Гелиотропные цветы отслеживают движение Солнца по небу в течение дня, с востока - на запад. Ночью цветы могут ориентироваться достаточно бессистемно, но с рассветом они поворачиваются на восток, к восходящему светилу. В большей или меньшей степени, почти все цветы являются гелиотропными.