Jak słoneczniki widzą słońce?
Podążanie kwiatów słonecznika za przemieszczającym się na niebie słońcem jest zupełnie innym zjawiskiem niż typowy dla wielu roślin fototropizm, czyli wzrost w kierunku światła. Biolodzy dowiedli właśnie, że rządzi nim inny, nieokreślony jeszcze mechanizm. Przy okazji pokazali, że obserwacja roślin w laboratorium może nie tłumaczyć tego, jak rośliny zachowują się na słońcu.
Słoneczniki znane są z tego, że odwracają tarcze swoich kwiatów, aby podążać za słońcem wędrującym po niebie. Ale w jaki sposób słoneczniki „widzą” słońce, za którym podążają? Jak dowodzą biolodzy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis, w swoim nowy badaniu, opublikowanym 31 października w czasopiśmie „PLOS Biology”, wykorzystują nietypowy – inny niż dotąd sądzono i nie do końca jeszcze zrozumiały – mechanizm.
Większość roślin cechuje fototropizm – zdolność wzrostu w kierunku źródła światła. Naukowcy zajmujący się roślinami zakładali, że heliotropizm słoneczników, czyli zdolność podążania za słońcem, będzie opierać się na tym samym podstawowym mechanizmie, którym rządzi cząsteczka zwana fototropiną i która reaguje na światło z niebieskiego końca widma optycznego.
Słoneczniki odchylają główki, wyrastając nieco bardziej po wschodniej stronie łodygi – w ciągu dnia wypychając główkę na zachód. W nocy znów wywierają wpływ nieco bardziej po zachodniej stronie, tak że główka odchyla się z powrotem na wschód.
We wcześniejszych badaniach w laboratorium prof. Stacey Harmer w UC Davis College of Biological Sciences dowiedziono już, w jaki sposób słoneczniki wykorzystują swój wewnętrzny zegar dobowy, aby przewidzieć wschód słońca i skoordynować otwarcie kwiatów z pojawieniem się rano owadów zapylających.
W nowym badaniu Christopher Brooks, doktorant pracujący w zespole, dr Hagatop Atamian i prof. Harmer postanowili sprawdzić, które geny uległy włączeniu (transkrypcji) w słonecznikach uprawianych w pomieszczeniach zamkniętych w laboratoryjnych komorach hodowlanych oraz w słonecznikach rosnących w świetle słonecznym na zewnątrz.
Okazało się, że słoneczniki zamknięte w pomieszczeniach rosły prosto w stronę stałego źródła światła, aktywując geny związane z fototropiną. Ale rośliny uprawiane na zewnątrz, wychylające się głowami do słońca, wykazywały zupełnie inny wzór ekspresji genów. Fototropinia przestała mieć tak zasadnicze znaczenie. Heliotropizmem rządzi więc z pewnością inny układ genów. Jaki – tego naukowcom nie udało się jeszcze ustalić.
Blokowanie światła niebieskiego, ultrafioletowego, czerwonego lub czerwieni na granicy widzialności (bliskiej podczerwieni) za pomocą pól cieniujących nie miało wpływu na reakcję heliotropizmu. Pokazuje to, że prawdopodobnie istnieje wiele ścieżek, reagujących na różne długości fal światła, prowadzących do osiągnięcia tego samego celu. Nadchodzące prace będą dotyczyły regulacji białek w roślinach.
Wniosek z badań jest bardzo interesujący i wykracza poza śledzone zjawisko. Dowiedzieliśmy się, że słoneczniki szybko się uczą. Jak relacjonuje prof. Stacey Harmer, kiedy rośliny od początku hodowane w laboratorium przeniesiono na zewnątrz, już pierwszego dnia zaczęły śledzić słońce. Zachowaniu temu towarzyszył wybuch ekspresji genów po zacienionej stronie rośliny, który nie powtórzył się w kolejnych dniach. Zdaniem biolożki sugeruje to, że w roślinie wychodzącej na światło słoneczne ma miejsce pewnego rodzaju „przebudowa”.
Ten wniosek – zdaniem prof. Harmer – znacznie wykracza poza badane i wciąż jeszcze niepoznane zjawisko nieznanych wcześniej ścieżek wykrywania światła i wzrostu roślin
– Rzeczy, które sprawdzamy w kontrolowanym środowisku, takim jak komora wzrostu, mogą nie działać w taki sam sposób w prawdziwym świecie – powiedziała.
Źródło badań: Multiple light signaling pathways control solar tracking in sunflowers, PLoS Biology (2023). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002344.
Opracowano na podstawie artykułu How sunflowers 'see' the sun: Study describes a novel mechanism opublikowanego na portalu Phys.org.
