Замедленная съемка раскрывает скрытый танец корней.

Когда они воспроизвели отснятый материал со скоростью 15 кадров в секунду, сократив 100 часов роста до менее чем минуты, они увидели, что рисовые корни используют трюк, чтобы закрепиться в почве: их кончики ростков совершают винтообразные движения, покачиваясь и извиваясь по спирали.

Используя замедленную съемку вместе с роботом, похожим на корень, для проверки идей, исследователи получили новое представление о том, как и почему кончики корней растений вращаются во время роста.

Первой подсказкой стало то, что команда заметила: некоторые корни не могут танцевать винтообразный танец. Они обнаружили, что виной всему является мутация в гене HK1, которая заставляет их расти прямо вниз, а не кружиться и извиваться, как это делают другие корни.

Команда также отметила, что мутантные корни росли вдвое глубже обычных. В связи с этим возник вопрос: «Что делает для растения более типичный спиралевидный рост кончика?», сказал Исайя Тейлор, научный сотрудник лаборатории Бенфея в Университете Дьюка.

Извилистые движения растений были «феноменом, который очаровал Чарльза Дарвина» даже 150 лет назад, сказал Бенфей. В случае со съемками есть очевидная полезность: скручивание и кружение облегчают захват, когда они поднимаются к солнечному свету. Но как и почему это происходит в корнях, оставалось загадкой.

Исследователи говорят, что проращивание семян - это проблема. Если они хотят выжить, первый появляющийся крошечный корень должен закрепить растение и зондировать его вниз, чтобы всосать воду и питательные вещества, необходимые для роста растения.

Это заставило их задуматься: возможно, в корнях этот спиральный рост является поисковой стратегией - способом найти лучший путь вперед, как говорит Тейлор.

В экспериментах, проведенных в лаборатории профессора физики Дэниела Голдмана в Технологическом институте Джорджии, наблюдения за нормальными и мутантными корнями риса, растущими над перфорированной пластиковой пластиной, показали, что нормальные спиралевидные корни в три раза чаще находят отверстие и перерастают на другую сторону.

Сотрудники Технологического института Джорджии и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре построили мягкого податливого робота, который разворачивается на кончике, как корень, и оставляли его свободно на полосе препятствий, состоящей из неравномерно расположенных колышков.

Для создания робота команда взяла две надувные пластиковые трубы и вложила их друг в друга. При изменении давления воздуха мягкая внутренняя трубка выталкивалась изнутри наружу, в результате чего робот удлинялся от кончика. Сжатие противоположных пар искусственных «мускулов» заставляло кончик робота изгибаться из стороны в сторону по мере его роста.

Даже без сложных датчиков или элементов управления роботизированный корень все еще мог преодолевать препятствия и находить путь через колышки. Но когда изгибание из стороны в сторону прекратилось, робот быстро застрял в колышке.

Наконец, команда вырастила обычные и мутантные семена риса в грунтовой смеси, используемой для бейсбольных полей, чтобы проверить их на препятствиях, с которыми корень действительно может столкнуться в почве. Конечно, в то время как у мутантов были проблемы с зацепом, нормальные корни со спиралевидно-растущими кончиками могли проходить сквозь них.

Винтообразный рост на кончике корня координируется растительным гормоном ауксином - веществом роста, которое, по мнению исследователей, может перемещаться по кончику растущего корня волнообразно. Накопление ауксина на одной стороне корня приводит к тому, что эти клетки удлиняются меньше, чем клетки на другой стороне, и кончик корня изгибается в этом направлении.

Исследователи обнаружили, что растения, несущие мутацию HK1, не могут танцевать из-за дефекта в том, как ауксин переносится от клетки к клетке. Блокируйте этот гормон, и корни теряют способность вращаться.

Работа помогает ученым понять, как корни растут в твердой, уплотненной почве.