Растения могут испытывать «оптические иллюзии», влияющие на направление их роста
Ученые из Тель-Авивского университета выяснили, как растения определяют, в какую сторону расти, если свет падает на них сразу с нескольких направлений. Оказалось, что для этого им не нужен мозг или другой центр обработки информации. Достаточно светочувствительных рецепторов, которые находятся в разных частях стебля. Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Работу провели Аарон Кемпински, Амир Порат, Матье Ривьер и профессор Ясмин Мероз.
Рецепторы воспринимают свет по отдельности и превращают его в биологические сигналы. Затем растение объединяет эти сигналы, и они влияют на направление его роста. При этом итоговый результат не всегда совпадает с направлением самого яркого света.
Исследователи создали математическую модель этого процесса и проверили ее на молодых подсолнечниках. Модель также показала, что растения могут испытывать нечто вроде «оптической иллюзии»: иногда направление, которое они выбирают для роста, может немного отличаться от направления наибольшей освещенности. Правда, пока ученым не удалось напрямую измерить этот эффект
Математика против биологии: загадка зеленого стебля
У многих животных есть специальные органы чувств, например глаза и уши. Они получают информацию об окружающем мире, а нервная система обрабатывает ее. Растения устроены иначе: у них нет ни мозга, ни нервной системы. Свет они воспринимают с помощью рецепторов, которые расположены главным образом во внешнем слое стебля.
Каждая часть стебля получает информацию о том, сколько света на нее падает. Но как растение собирает эти сведения воедино и выбирает направление роста? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи построили модель, которая учитывает расположение рецепторов и то, как они реагируют на свет.
Эксперимент с синими лампами
Для опытов ученые выбрали молодые подсолнечники. На них направляли синий свет разной яркости и наблюдали за движением растений больше 20 часов. Сначала сеянцы освещали с одной стороны, а затем помещали между двумя источниками света.
Когда один источник светил ярче другого, подсолнечники действительно наклонялись в его сторону. Но величина изгиба не зависела напрямую от разницы в яркости. Например, вдвое более сильный свет не вызывал у растения вдвое более сильный биологический сигнал.
Это важная особенность работы рецепторов. Растение объединяет не сам свет, который поступает с разных сторон, а сигналы, уже преобразованные рецепторами. Поэтому результат может отличаться от того, который можно было бы получить, просто сложив интенсивность света от разных источников.
Опыт с тремя источниками и триумф слабого света
Математическая модель помогла предсказать, в какую сторону и насколько сильно наклонятся подсолнечники при разном освещении. Затем исследователи усложнили задачу и добавили третий источник света.
Две одинаково яркие лампы они разместили напротив друг друга. Третью, более слабую, поставили сбоку. Влияние двух ярких источников практически уравновесило друг друга, и сеянцы потянулись к слабому свету. Этот опыт показал, что растения учитывают сигналы с разных сторон, а не просто растут к самой яркой лампе.
Зеленые иллюзии: когда расчеты спорят с реальностью
Расчеты также привели ученых к необычному выводу. При некоторых сочетаниях источников света растение может выбирать направление, которое немного отличается от направления максимальной освещенности. Исследователи сравнили такой результат с оптической иллюзией.
Это не означает, что растения видят изображения или обманывают свое зрение. Речь идет лишь о том, что способ обработки света может создавать небольшое расхождение между направлением роста и направлением самого сильного освещения.
Пока это предсказание модели. В опытах растения двигались с естественными колебаниями, поэтому исследователи не смогли напрямую измерить небольшое отклонение, о котором говорят расчеты.
По словам Ясмин Мероз, особенно интересно то, что растения способны объединять сложную информацию об окружающей среде без мозга и центральной системы обработки. Направление роста возникает благодаря тому, как отдельные участки стебля воспринимают свет и реагируют на него.
Исследователи считают, что подобный принцип может работать не только у растений, но и у клеток, бактерий и других живых систем, которые получают информацию об окружающей среде с помощью распределенных рецепторов.
