Original: https://www.ucdavis.edu/news/sunflowers-move-clock

Автор: Енді Фелл, 4 серпня 2016 р. у Science & Technology (Наука й технологія)

Соняшники біля кампуса Каліфорнійського університету в Девісі. Нове дослідження показує, як соняшники університетського містечка використовують свої циркадні годинники, щоб очікувати світанку та рухатися за сонцем по небу протягом дня. (Кріс Ніколіні, Каліфорнійський університет у Девісі)

Зараз літо, і поля округа Йоло заповнені рядами соняшників, які старанно спостерігають за сходом сонця. У сусідньому Університеті Каліфорнії, Девіс, рослинні біологи тепер виявили, як соняшник використовує свій внутрішній циркадний годинник, що діє на гормони росту, щоб слідувати за сонцем протягом дня, як він росте.

“Це перший приклад синхронізації модулювання зростання в природному середовищі, і мають реальні наслідки рослини для рослини”, – сказала Стейсі Хармер, професор біології рослин Каліфорнійського університету в Девісі і старший автор статті, яка буде опублікована 5 серпня в журналі Science (Наука).

Хармер – молекулярний біолог, який вивчає циркадні годинники, як правило, на лабораторній рослині Arabidopsis (арабідопсис), яка значно менша, ніж соняшник. Раніше лабораторія Хармер виявляла зв’язок між “годинниковими” генами і гормоном рослин ауксином, який регулює ріст. Але Хармер і її співробітнику Бенджаміну Блекмену з Каліфорнійського університету в Берклі й Університету Вірджинії потрібен був приклад, щоб працювати, і вони знайшли його в соняшнику.

Зі сходу на захід і назад

Зростаючі соняшники почати день з їх голови на схід, гойдатися на захід через день, і повернути на схід, в нічний час.

“Рослина очікує терміни і напрямок світанку, і для мене це виглядає як привід, щоб мати зв’язок між годинами і шляхи зростання”, – сказала Хармер. Така поведінка соняшників була описана вченими ще в 1898 році, але ніхто не вважалося раніше, щоб зв’язати його з циркадних ритмів.

Акоп Атамян, докторської дослідник в лабораторії Хармер в у співпраці з лабораторією Блекмена в Університеті штату Вірджинія (у даний час в Каліфорнійському університеті в Берклі), провели серію експериментів з соняшниками в полі, у горщиках на відкритому повітрі і в закритих камерах для вирощування.

За рахунок підв’язування рослин таким чином, що вони не можуть рухатися, або поворот навколо рослин горщиків щодня так, щоб вони були неправильно зорієнтована, Атамян показав, що він може порушити їх здатність відстежувати сонце. Слідом за сонцем забезпечує підвищення зростання до рослин. Соняшники зробили ставку, так що вони не можуть рухатися зменшилися біомаси і меншу площу листя, ніж ті, які роблять, дослідники виявили.

Коли рослини були перенесені в критий ростовую камеру з нерухомим верхнім світлом, вони продовжували розгойдуватися взад і вперед протягом декількох днів. Тобто таку поведінку можна було б очікувати від механізму управляється внутрішнім годинником, сказала Хармер.

Нарешті, кімнатні рослини навіть почати відстежувати «сонце» ще раз, коли здається джерелом освітлення був переміщений через камеру зростання, повертаючи сусідні вогні і геть протягом дня. Рослини могли надійно відслідковувати рух і повернутися в нічний час, коли штучний день був близький до 24-годинний цикл, але не тоді, коли це було ближче до 30 години.

Годинники та два механізми зростання

Так як же рослини переміщують свої стебла протягом дня? Атамян ставити чорнильні точки на стеблах і знімали їх з відеокамерою. На покадровой відео, він може виміряти змінюється відстань між точками.

Коли рослини відстежували сонце, східна сторона стебла росла більш швидкими темпами, ніж в західній частині, він знайшов. У нічний час, західна сторона росла швидше, так як стебло хитнулося в інший бік. Команда визначила ряд генів, які були висловлені на більш високих рівнях на сонячній стороні рослини протягом дня, або на іншій стороні в нічний час.

Хармер каже, що, як виявляється, два механізми зростання працюють у соняшникових стеблах. Спочатку встановлює базову швидкість росту рослин на основі наявних світла. По-друге, під контролем циркадних годин і залежить від напрямку світла, призводить до того, стебло рости більше на одній стороні, ніж інший, і, отже, похитнути зі сходу на захід протягом дня.

У міру того як соняшник дозріває і квітка відкривається, загальне зростання сповільнюється, і рослини припиняють рух протягом дня і осісти на схід. Це, здається, тому що, як загальне зростання сповільнюється, циркадні годинник гарантує, що рослина реагує сильніше на світло рано вранці, ніж у другій половині дня або ввечері, тому він поступово перестає рухатися на захід протягом дня.

Чому обличчям до сонця?