Каждый, кто путешествовал через несколько часовых поясов и переживал джет-лаг, понимает, насколько мощны наши биологические часы. На самом деле, каждая клетка в организме человека имеет собственные молекулярные часы, которые способны генерировать ежедневное увеличение и уменьшение количества многих белков, которые организм производит в течение 24-часового цикла. Мозг - это главные часы, которые синхронизируют тело, используя световые сигналы, получаемые от глаз, чтобы не отставать от окружающей среды.
Растения имеют схожие циркадные ритмы, которые помогают им определять время суток, готовить к фотосинтезу до рассвета, включать механизмы теплозащиты до самой жаркой части дня и вырабатывать нектар, ожидая «в гости» опылителей. И точно так же, как у людей, у каждой клетки растения есть свои часы.
Но в отличие от людей, у растений нет мозга, чтобы их синхронизировать. Так как растения координируют свои клеточные ритмы? Новое исследование показывает, что все клетки растения частично координируются через процесс локальной самоорганизации. Клетки растения сообщают свое время соседним, подобно тому, как стаи рыб и стаи птиц координируют свои движения, взаимодействуя со своими соседями.
Прошлые исследования показали, что время в разных частях растения различно. Эти различия могут быть обнаружены путем измерения ежедневных пиков выработки белка в разных органах. Эти «часовые» белки создают 24-часовые колебания в биологических процессах.
Растительные часики
Ученые обнаружили, что у проростков резуховидки таля (Arabidopsis thaliana) количество синхронных белков в каждом органе достигает лимита в разное время. Такие части растения, как листья, корни и стебли, получают различные сигналы от своей локальной микросреды, например, света и температуры, и используют эту информацию, чтобы задавать свой собственный ритм.
Если ритмы в разных органах не синхронизированы, страдают ли растения от некоего внутреннего джет-лага? Хотя отдельные часы в разных частях растения достигают пика в разное время, полного разнобоя никогда не наступает. Удивительно, но клетки начинают формировать пространственные волновые структуры, где их «соседи» немного отстают во времени друг от друга. Это немного похоже на стадион, когда фанаты встают друг за другом по очереди, чтобы создать волнообразное движение в толпе.
Работа исследователей показывает, что эти волны возникают из-за различий между органами, когда клетки начинают сообщаться. Когда количество белков в одной клетке достигает предела, клетка сообщает об этом своим более медлительным соседям, которые следуют примеру первой клетки и также производят больше синхронизирующих белков. Эти клетки затем проделывают то же самое со своими соседями, и так далее.
Способность клеток «принимать решения» локально в сочетании с передачей сигналов между ними может объяснять, как они синхронизируются без указки мозга. Это позволяет клеткам в разных частях растения принимать разные решения о том, как расти. Клетки в побеге и корне могут по отдельности оптимизировать рост в соответствии со своими условиями. Побег может склоняться туда, где свету ничто не препятствует, а корни – разрастаться ближе к воде или почве, богатой питательными веществами.
