Megvan az ideje? Sameer mishra / Shutterstock
Aki több időzónán átutazott és szenvedett jet lag meg fogja érteni, hogy milyen erősek vagyunk biológiai órák vannak. Valójában az emberi test minden sejtjének megvan a maga molekuláris órája, amely képes a test által 24 órás ciklus alatt termelt sok fehérje számának napi emelkedését és csökkenését generálni. Az agy tartalmaz egy főórát, amely a test többi részét szinkronban tartja, felhasználva fényjeleket a szemektől, hogy időben tartsák be a környezetet.
A növények hasonló cirkadián ritmusúak, amelyek segítenek megmondani a napszakot, előkészítve a növényeket hajnal előtti fotoszintézisre, hővédő mechanizmusok bekapcsolása a nap legforróbb része előtt, és akkor termel nektárt, amikor a beporzók valószínűleg meglátogatják. És ahogy az emberekben, úgy tűnik, hogy a növény minden sejtjének megvan a saját órája.
Szemünk és agyunk a napfényre támaszkodva koordinálja a test tevékenységét a napszaknak megfelelően. Yomogi1 / Shutterstock
De az emberektől eltérően a növényeknek nincs agyuk az órák szinkronban tartására. Tehát hogyan koordinálják a növények sejtritmusukat? A mi új kutatás azt mutatja, hogy a növény összes sejtje részben egy úgynevezett helyi önszerveződés révén koordinálódik. Ez gyakorlatilag a növényi sejtek kommunikálják az időzítést a szomszédos sejtekkel, hasonló módon, ahogyan halak iskolái és a madárállomány koordinálja mozgásaikat a szomszédaikkal való kapcsolattartással.
Korábbi kutatások megállapította, hogy a növény különböző részein az óra ideje eltérő. Ezek a különbségek kimutathatók a napi szervek óraproteintermelésének csúcsának időzítésével. Ezek az órafehérjék generálják a 24 órás rezgéseket a biológiai folyamatokban.
Például az órafehérjék aktiválják más fehérjék termelését, amelyek a levelek fotoszintéziséért felelősek, még hajnal előtt. Úgy döntöttünk, hogy megvizsgáljuk a növény összes fő szervének óráját, hogy megértsük, hogyan koordinálják a növények az időzítést, hogy az egész növény harmonikusan ketyegjen.
Mitől ketyeg a növény?
Megállapítottuk, hogy a thale zsázsa (Arabidopsis thaliana) palántákat, az óraproteinek száma az egyes szervekben különböző időpontokban csúcsosodik ki. A szervek, például a levelek, a gyökerek és a szárak különböző jeleket kapnak a helyi mikrokörnyezetből, például a fényt és a hőmérsékletet, és ezeket az információkat felhasználják a saját ütemük független beállításához.
Ha a különböző szervek ritmusa nincs szinkronban, akkor a növények szenvednek egyfajta belső jet lagtól? Míg az egyes órák a különböző szervekben különböző időpontokban tetőznek, ez nem eredményezett teljes káoszt. Meglepő módon a sejtek térbeli hullámmintákat kezdtek kialakítani, ahol a szomszédos sejtek időben kissé lemaradtak egymástól. Kicsit olyan, mint egy stadion vagy „mexikói” hullám, amikor a sportrajongók felállnak a mellettük lévő emberek után, hogy hullámszerű mozgást teremtsenek a tömegen keresztül.
A növényi sejtek kommunikálnak szomszédaik között, hogy összehangolják az időt. James Locke, a szerző megadta
Munkánk azt mutatja, hogy ezek a hullámok a szervek közötti különbségekből fakadnak, amikor a sejtek kommunikálni kezdenek. Amikor az egyik sejtben az órafehérjék száma megcsúszik, a sejt ezt közli lassabb szomszédaival, amelyek követik az első sejt vezetését, és több órafehérjét is termelnek. Ezek a sejtek ezt követően ugyanezt teszik a szomszédaikkal stb. Ilyen minták a természet más részein is megfigyelhetők. Egyes szentjánosbogárfajok térbeli hullámmintákat alakítanak ki szinkronizálja a villanásaikat szomszédaikkal.
A sejtek helyi döntése, a köztük lévő jelzéssel kombinálva, lehet, hogy a növények agy nélkül döntenek. Lehetővé teszi a növény különböző részein lévő sejtek számára, hogy különböző döntéseket hozzanak a növekedés módjáról. A hajtás és a gyökér sejtjei külön-külön optimalizálhatják a növekedést a helyi viszonyokhoz igazodva. A hajtás oda hajolhat, ahol a fény akadálytalan, és a gyökerek víz vagy tápanyagokban gazdagabb talaj felé nőhetnek. Ez lehetővé teheti a növények számára is túlélni a szervek elvesztését károsodás révén, vagy ha egy növényevő megevette.
Ez megmagyarázhatja, hogy a növények hogyan tudják folyamatosan adaptálni növekedésüket és fejlődésüket, hogy megbirkózzanak a környezetükben bekövetkező változásokkal, amelyeket a tudósok „plaszticitásnak” neveznek. A növények döntéseinek megértése nem csak érdekes, hanem segít a tudósoknak olyan új növényfajták kinevelésében, amelyek éghajlatváltozással reagálhatnak az egyre változékonyabb környezetükre.
A szerzőkről
Mark Greenwood, a sejtbiológia PhD-kutatója, University of Cambridge és James Locke, a rendszerbiológia kutatócsoport vezetője, University of Cambridge
Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.
ING
