Onko sinulla aikaa? Sameer mishra / Shutterstock

Jokainen, joka on matkustanut useiden aikavyöhykkeiden yli ja kärsinyt jet lag ymmärtää kuinka voimakas meidän biologiset kellot ovat. Itse asiassa jokaisella ihmiskehon solulla on oma molekyylikellonsa, joka kykenee tuottamaan päivittäin niiden monien proteiinien määrän nousun ja laskun, joita keho tuottaa 24-tunnin jakson aikana. Aivot sisältävät pääkellon, joka pitää muun kehon synkronoituna käyttämällä valo merkit silmistä pitämään aikaa ympäristössä.

Kasveilla on samanlaiset vuorokausirytmit, jotka auttavat heitä ilmoittamaan kellonajan, valmistaen kasveja fotosynteesiin ennen aamunkoittoa, lämpösuojausmekanismien kytkeminen päälle ennen päivän kuuminta osaa ja tuottamalla nektaria silloin, kun pölyttäjät käyvät todennäköisimmin. Ja kuten ihmisilläkin, jokaisella kasvin solulla näyttää olevan oma kello.

Silmämme ja aivomme luottavat auringonvaloon koordinoidakseen toimintaa kehossa vuorokaudenajan mukaan. Yomogi1 / Shutterstock

Mutta toisin kuin ihmisillä, kasveilla ei ole aivoja pitääkseen kellojaan synkronoituna. Joten miten kasvit koordinoivat solurytmejään? Meidän uutta tutkimusta osoittaa, että kaikki kasvin solut koordinoivat osittain niin kutsutun paikallisen itseorganisaation kautta. Tämä on tosiasiassa, että kasvisolut kommunikoivat ajoituksensa naapurisolujen kanssa, samalla tavalla kuin miten kalakoulut ja lintuparvet koordinoida heidän liikkeitään vuorovaikutuksessa naapureidensa kanssa.

Aiempi tutkimus havaitsi, että kellonaika on erilainen kasvin eri osissa. Nämä erot voidaan havaita mittaamalla kellonproteiinin tuotannon päivittäisten huippujen ajoitus eri elimissä. Nämä kelloproteiinit tuottavat 24-tunnin värähtelyjä biologisissa prosesseissa.

Esimerkiksi kelloproteiinit aktivoivat muiden proteiinien tuotannon, jotka vastaavat fotosynteesistä lehdissä juuri ennen aamunkoittoa. Päätimme tutkia kelloa kaikkien kasvien tärkeimpien elinten välillä auttaaksemme meitä ymmärtämään, kuinka kasvit koordinoivat ajoitustaan, jotta koko kasvi tikittää harmoniassa.

Mikä tekee kasveista rasti

Havaitsimme, että Thalen kressissa (Arabidopsis thaliana) taimien kelloproteiinien lukumäärät huippuvat eri aikoina kussakin elimessä. Elimet, kuten lehdet, juuret ja varret, vastaanottavat erilaisia ​​signaaleja paikallisesta mikroympäristöstään, kuten valosta ja lämpötilasta, ja käyttävät näitä tietoja itsenäisen askeleen asettamiseen.

Jos eri elinten rytmit ovat synkronoimattomia, kärsivätkö kasvit jonkinlaisesta sisäisestä suihkuviiveestä? Vaikka eri elinten yksittäiset kellot huippuvat eri aikoina, tämä ei johtanut täydelliseen kaaokseen. Yllättäen solut alkoivat muodostaa avaruudellisia aaltokuvioita, joissa naapurisolut viivästyivät ajassa hiukan toisistaan. Se on vähän kuin stadioni tai “meksikolainen” urheilufanien aalto, joka seisoo vierekkäin olevien ihmisten seurassa luomaan aallonmukaista liikettä väkijoukon läpi.

Kasvisolut kommunikoivat naapureidensa kanssa ajan koordinoimiseksi. James Locke, kirjoittaja

Työmme osoittaa, että nämä aallot johtuvat elinten välisistä eroista solujen alkaessa kommunikoida. Kun kelloproteiinien lukumäärä yhdessä solussa huipussaan, solu viestii tämän hitaammille naapureilleen, jotka seuraavat ensimmäisen solun johtoa ja tuottavat myös enemmän kelloproteiineja. Nämä solut tekevät sitten saman naapureilleen ja niin edelleen. Tällaisia ​​malleja voidaan havaita muualla luonnossa. Jotkut Firefly-lajit muodostavat sellaisenaan tila-aaltokuvioita synkronoi heidän salamansa naapureidensa kanssa.

Solujen paikallinen päätöksenteko yhdistettynä niiden väliseen signalointiin saattaa olla, kuinka kasvit tekevät päätöksiä ilman aivoja. Se antaa kasvien eri osien soluille mahdollisuuden tehdä erilaisia ​​päätöksiä kasvaa. Osuen ja juurin solut voivat optimoida kasvun erikseen paikallisiin olosuhteisiinsa. Verso voi taipua kohti, missä valo ei ole estettä, ja juuret voivat kasvaa kohti vettä tai enemmän ravintoainepitoista maaperää. Se voisi myös antaa kasveille mahdollisuuden selviytyä elinten menetyksestä vahingoittumisen tai ruohokasvin syömisen kautta.

Tämä saattaa selittää, kuinka kasvit kykenevät jatkuvasti mukauttamaan kasvuaan ja kehitystään selviytymään ympäristön muutoksista, joita tutkijat kutsuvat "plastisuudeksi". Ymmärrys siitä, miten kasvit tekevät päätöksiä, ei ole vain mielenkiintoista, se auttaa tutkijoita kasvattamaan uusia kasvilajikkeita, jotka voivat vastata ilmastonmuutokseen yhä muuttuvaan ympäristöönsä.

Tietoja kirjoittajista

Mark Greenwood, tohtorintutkija solubiologiassa, University of Cambridge ja James Locke, systeemibiologian tutkimusryhmän johtaja, University of Cambridge

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

ta