Движение растений за солнцем

Ученые объяснили механизм и предназначение поворотов подсолнечника за Солнцем

Американские ученые выяснили, какие механизмы отвечают за ориентацию масличного подсолнечника (Helianthus annuus) на Солнце и какое эволюционное значение это имеет. Оказалось, что способность поворачиваться под действием солнечного света (гелиотропизм) связана с согласованной работой светочувствительных механизмов и циркадианных ритмов растения. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Молодые подсолнечники в течение светового дня поворачиваются вслед за Солнцем с востока на запад, а ночью — обратно, чтобы с утра снова встречать солнечный свет. Расцветшие растения прекращают это движение и всегда обращены на восток. Чтобы понять, за счет чего это происходит, сотрудники Университетов Калифорнии и Виргинии провели ряд экспериментов в поле и закрытом помещении.

На первом этапе работы они искусственно фиксировали часть подопытных подсолнечников, не давая им следовать за Солнцем. Общая биомасса и площадь листьев таких растений оказалась в среднем на 10 процентов меньше, чем у росших без ограничений. Таким образом, поворот за Солнцем необходим молодым растениям для более интенсивного роста.

Обратный поворот на восток в течение ночи указывает на то, что в этом процессе задействованы механизмы регуляции циркадных ритмов. Ученые подтвердили это, внося подсолнечники с поля в помещение с постоянным освещением (растения еще несколько суток продолжали вращение) и навязывая им искусственный 30-часовой цикл освещения (ритм поворотов растений сбивался, возвращаясь к норме при 24-часовом цикле).

У подсолнечника нет листовых подушечек — специальных двигательных органов, которые обеспечивают гелиотропизм у некоторых видов растений. Учитывая то, что амплитуда движений подсолнечника убывает по мере роста вплоть до полного отсутствия у зрелых растений, ученые предположили, что повороты подсолнечника за Солнцем обеспечивает неравномерное удлинение стебля в течение суток. Эксперименты с растениями, лишенными гормона роста гиббереллина, а также изучение активности генов в западной и восточной сторонах стебля подтвердило эту гипотезу. Причем оказалось, что рост западной стороны стебля, более интенсивный ночью, происходит «по умолчанию», а необходимый днем рост восточной — регулируется светочувствительными механизмами (в частности перераспределением гормона ауксина под действием фототропинов).

Когда подсолнечник прекращает расти и зацветает, циркадианные и светочувствительные механизмы утрачивают свое значение, оставляя растение ориентированным на восток. Разворачивая часть подопытных подсолнечников к западу, ученые убедились, что такими растениями, в отличие от повернутых на восток, практически не интересуются насекомые-опылители. Круглосуточная регистрация температуры показала, что ориентированные на восток цветы значительно лучше и быстрее прогреваются, привлекая насекомых. Когда повернутые к западу цветы нагревали искусственно, интерес опылителей к ним возвращался.

Таким образом, повороты молодых подсолнечников за Солнцем обеспечены совместной работой циркадианных и светочувствительных механизмов, они служат для интенсивного набора биомассы. Ориентация взрослых растений на восток необходима для их прогревания, которое привлекает насекомых-опылителей.

Источник

Как и почему подсолнухи поворачиваются к Солнцу?

Растения

Мало, кто задумывается, но подсолнухи играют важную роль в современной жизни человека. Помимо предоставления людям такого лакомства, как семечки, они являются источниками растительного масла, повседневно используемого при приготовлении различных блюд. И кто жил летом в деревнях, где есть поля с этим растением, мог заметить определенную его особенность. В течение дня подсолнух постоянно смотрит на Солнце, постепенно поворачиваясь с востока на запад, а ночью возвращается в исходное состояние, чтобы утром вновь ловить солнечные лучи. Как и для чего он это делает?

Структура подсолнуха

Внешне подсолнечник легко отличить от остальных цветов. Он имеет высокий прочный стебель, высота которого способна достигать пяти метров. На его наконечнике постепенно созревает бутон, превращающийся в желто-оранжевый цветок. В сердцевине плода постепенно формируются семена – черные семечки, используемые в качестве пищи и производства масла.

Интересный факт: подсолнух проникает корнями глубоко в землю. Иногда их глубина может достигать до 30 метров. Из-за этого бывает довольно трудно извлечь взрослый росток без его повреждения.

Из стебля вырастают длинные плоские листья, длина которых может достигать 50 см. Они покрыты тонкими белыми волосками, служащими защитой от сильного теплового воздействия.

Использование людьми

Археологи считают, что впервые подсолнечники начали выращивать на территории Северной Америки, примерно две тысячи лет назад. Оттуда он постепенно распространился и в другие страны. Некоторые индейские народы считали цветок олицетворением бога Солнца из-за характерной формы и цвета.

В России подсолнух появился во времена правления Петра Первого. Император впервые увидел его, находясь в Голландии. Поскольку цветок обладал красивым внешним видом и мог использоваться в пищу, он приказал привезти семена в России. На удивление, он хорошо прижился в местном климате и быстро распространился по крестьянским полям.

В 1829 году было впервые получено подсолнечное масло в мире. Примерно в тот же период открылся первый российский завод, где начали производить его на постоянной основе. Дешевизна производства позволяла выставлять за товар небольшую цену, и его могли позволить даже бедные люди.

Интересный факт: изобрел подсолнечное масло обычный крепостной крестьянин Дмитрий Бокарев, который раньше практиковал создание масел из других растений и продуктов.

С тех пор под подсолнечники начали выделять целые поля, где занимались их выращиванием. Поскольку цветок созревает в течение 30 дней в летний период, это позволяло в течение трех месяцев собирать посевы 2-3 раза в году. Сейчас производством подсолнечного масла занимаются и другие страны, но Россия и Украина остаются бесспорными лидерами в данной отрасли.

Поворот за Солнцем

В ботанике существует отдельный термин, которым называют постепенный поворот цветков к Солнцу – гелиотропизм. Исследования показали, что это свойство присуще практически всем цветам, но у подсолнухов оно выражено более ярко.

Зачем он поворачивается к Солнцу? Ответ довольно прост: для получения большего количества теплоты и лучей света, которые стимулируют его рост. Ученые ставили эксперименты и нарочно препятствовали повороту цветка, закрепляя его на месте. В итоге, “ограниченные” образцы росли на 10% медленнее.

Интересный факт: было установлено, что когда подсолнух повернут к Солнцу, пчелы активнее опыляют его. Теплая поверхность привлекает насекомых больше, нежели холодная.

Как цветок поворачивается?

У его основания находятся моторные клетки, способные растягиваться и сжиматься за счет получения калия. Именно от их положения зависит, в какую сторону будет смотреть верхушка. Растение в буквальном смысле понимает, куда следует двигать основание стебеля, чтобы расположить цветок в нужном направлении.

Движение подсолнечника соответствует 24-часовому циркадному ритму. Ученые попытались «обмануть» растения, искусственно поменяв длительность движения источника освещения до 30 часов. В этом случае подсолнухи двигались неравномерно, что отразилось на их росте, наборе биомассы и урожайности.

Подсолнухи поворачиваются к Солнцу, чтобы получать больше тепла и расти интенсивнее. Делают это они с помощью моторных клеток, способных менять свою форму. Находясь у основания цветка, они плавно поворачивают его по направлению к Солнцу, а ночью возвращают в исходное состояние.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Биологи разгадали, почему подсолнухи смотрят на солнце

Подсолнухи — очаровательные частички природы, которые позволяют нам воочию убедиться, что растения — вовсе не статичные существа. Эти особые цветы на самом деле следуют за солнцем с момента, когда оно восходит на востоке, и до самого его заката на западе. Но почему это происходит? Неужели подсолнухи способны видеть или чувствовать, где находится солнце на небе? Да, и тому есть научное объяснение.

Всему «виной» гелиотропизм

Гелиотропизм — это способность растений следить за солнцем. В основном она наблюдается у молодых цветочных головок и прекращается, когда цветок созревает и наполняется семенами. Именно захватывающее явление цветов, следующих за солнцем в небе, называется гелиотропизмом.

Впервые это явление описал еще Леонардо да Винчи, проводя свои ботанические опыты. Но научно термин был доказан и введен в обиход в начале XIX века Огюстеном Декандолем-старшим. Именно он связал это слово с движением верхушки стебля в сторону солнца. Гелиотропными являются, по сути, все растения. Но у подсолнуха это выражено наиболее ярко.

Как и у людей, у растений тоже есть внутренние биологические часы, так называемые циркадные ритмы. Циркадный ритм человека вызывает несколько физиологических и химических изменений в организме. Точно так же ритм растений позволяет реагировать на изменения примерно в 24-часовых циклах.

Как подсолнухи «видят» солнце

Еще перед появлением солнца на небосклоне молодой подсолнух смотрит на восток. Когда солнце движется с востока на запад, цветок тоже поворачивает на запад. С заходом солнца цветок возвращается в исходное положение на восток, чтобы начать цикл со следующего дня. Можно заметить, как под воздействием света цветок раскрывается, распрямляет лепестки, а стебель вытягивается.

Удивительно, как слаженно действуют эти растения. Как они понимают, какое положение занять перед очередным рассветом? Согласно статье, опубликованной в журнале Science в 2016 году, подсолнухи проявляют этот тип гелиотропизма, потому что их стебли удлиняются по-разному в разное время дня.

Именно это наблюдали ученые в ходе своего исследования. Когда солнце начинает двигаться по небу с востока на запад, восточная сторона стебля подсолнуха растет быстрее, чем западная. Из-за этого неравномерного роста с обеих сторон цветок имеет тенденцию наклоняться к солнцу. Точно так же, когда солнце наконец садится, рост на западной стороне стебля становится больше, чем на восточной.

Подсолнуху необходимо «смотреть» на солнце

Исследователи пробовали привязывать стебель подсолнуха к прочной опоре, чтобы растение не могло двигаться в зависимости от положения солнца. В некоторых случаях они отворачивали растение от света. В результате исследователи заметили, что у этих растений уменьшилась биомасса и площадь листьев, чем у нетронутых.

Реакцию растений подсолнечника на свет также тестировали в условиях искусственного освещения. Согласно статье, опубликованной в журнале Science, было отмечено, что растения «могли надежно отслеживать движение солнца и возвращаться ночью, когда искусственный день был близок к 24-часовому циклу, но не когда он был ближе к тридцати часам».

Зрелый подсолнух уже не следит за солнцем

По мере взросления растение ведет себя по-разному. Поскольку общий рост подсолнуха постепенно замедляется, циркадный ритм обеспечивает более сильную реакцию растения на солнечный свет рано утром, чем днем или вечером. Вот почему зрелый подсолнух в течение дня не движется вместе с солнцем, он просто «смотрит» на восток.

Эта характеристика гелиотропизма в основном проявляется у молодых цветочных головок, потому что молодые цветы имеют зеленые прицветники, которые в основном выглядят как грива. У растения также есть листья чуть ниже цветка, обращенные к солнцу. Очевидной причиной того, что цветок следует за солнцем на этой стадии, является максимизация фотосинтеза.

Другие причины, зачем цветку поворачиваться к солнцу

Каждое растение подсолнуха имеет только один цветок на своем стебле. Поэтому при опылении единственное средство размножения растения должно быть замечено опылителями (главным образом насекомыми). Постоянная ориентация на восток также помогает цветам быстро нагреваться.

Это дает им преимущество в опылении, так как теплые цветы привлекают насекомых. Поэтому в интересах растения цветок всегда обращен к солнцу и всегда хорошо виден этим важным опылителям. Когда исследователи сравнили зрелые цветы, повернутые на восток, с цветами, повернутыми на запад, они сделали замечательное наблюдение.

Цветы, обращенные на восток, привлекали в пять раз больше насекомых-опылителей, чем цветы, обращенные на запад. Подсолнечник имеет явное преимущество с точки зрения воспроизводства в том случае, если он обращен к солнцу. Хотя было бы забавно, если бы эти красивые цветы нуждались в загаре. Но перспектива фотосинтеза и восприятия опылителей имеет немного больше смысла.

Источник