У растений нет органов зрения, так как же они узнают, откуда исходит свет? В оригинальном исследовании, сочетающем опыт в области биологии и инженерии, группа ученых обнаружила, то светочувствительная ткань растения использует оптические свойства границы между воздухом и водой для создания светового градиента, который «видим» для растения.
Большинство живых организмов (микроорганизмы, растения и животные) обладают способностью определять происхождение источника света даже при отсутствии органа зрения, сравнимого с глазом. Эта информация имеет неоценимое значение для ориентации или оптимального позиционирования в окружающей среде.
Понимание того, откуда исходит свет, особенно важно для растений, которые используют эту информацию для позиционирования своих органов — явление, известное как фототропизм. Это позволяет им улавливать больше солнечных лучей, которые затем преобразуются в химическую энергию в процессе фотосинтеза — жизненно важного процесса, необходимого для производства почти всей пищи, которую мы едим.
Хотя фоторецептор, инициирующий фототропизм, известен давно, оптические свойства светочувствительной растительной ткани до сих пор оставались загадкой. В междисциплинарном исследовании, объединяющем опыт команд Лозаннского университета и Федеральной политехнической школы Лозанны, выявлена удивительная особенность тканей, позволяющая растениям улавливать направленные световые сигналы.
«Все началось с наблюдения за мутантом модельного вида Arabidopsis thaliana, кресс-салата, стебель которого оказался на удивление прозрачным», — объясняет Кристиан Фанкхаузер (Christian Fankhauser), возглавлявший исследование. Эти растения не смогли правильно реагировать на свет. Затем биолог Лозаннского университета решил воспользоваться навыками своего коллеги Андреаса Шулера (Andreas Schüler) из Федеральной политехнической школы Лозанны для дальнейшего сравнения специфических оптических свойств мутантных образцов и образцов дикого типа.
«Мы обнаружили, что естественный молочный вид стеблей молодых дикорастущих растений на самом деле обусловлен наличием воздуха в межклеточных каналах, точно локализованных в различных тканях. У мутантных особей воздух заменен водной жидкостью, что придает им полупрозрачный вид», — говорит Фанкхаузер.
Но какой цели служат такие наполненные воздухом каналы? Они позволяют светочувствительному стеблю создавать градиент света, который может «читаться» растением. Затем растение может определить где находится источника света. Это явление связано с разными оптическими свойствами воздуха и воды, из которых состоит большая часть живых тканей.
«Более конкретно, воздух и вода имеют разные показатели преломления. Это приводит к рассеянию света при его прохождении через рассаду. Мы все наблюдали это явление, любуясь радугой», — объясняет Мартина Легрис (Martina Legris), научный сотрудник группы Фанкхаузера и соавтор исследования.
Благодаря своим исследованиям ученые открыли новый механизм, который позволяет живым организмам воспринимать источник света, позволяя им располагать свои органы, такие как листья, таким образом, чтобы оптимизировать захват света для фотосинтеза. Исследование также позволило лучше понять процесс формирования заполненных воздухом межклеточных каналов, которые помимо формирования световых градиентов выполняют у растений ряд функций.
Помимо прочего, эти каналы способствуют газообмену, а также позволяют противостоять гипоксии (снижению количества кислорода) в случае наводнения. Их развитие от эмбриональной стадии до взрослой жизни до сих пор очень плохо изучено. Генетические ресурсы, использованные в этом исследовании, будут полезны для лучшего понимания формирования и поддержания этих интригующих структур.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.
Источник: Phys.org.
