Насіння рослин - що і як вони бачити

Це переклад глав книги Данила Шамовіца Що знає рослина, що допоможе нам краще зрозуміти рослини.

«Це прямо поруч з нами, під нашими носами, є світ, який ніхто не навіть не винахідливий фантастичний письменник. Світ неможливих істот, які рухаються без м'язів, «так» сонячного світла, думають не з мозку, «нервовий» без нервової системи, і навіть весь організм яких різного віку.

Кимбал В.А. Рослини. Паралельний світ

Уявіть, що рослини можна побачити! Рослини можуть бачити, коли ви підійдете їх, вони знають, коли ви стоять над ними. Вони навіть знають, якщо ви одягнете блакитну або червону сорочку. Вони знають кольори вашого будинку або знають, що їх горщик переміщається з одного місця в кімнаті до іншого. Звичайно, вони не бачать, як ми робимо. Рослини не розрізняють зварювальну серединну людину зі склянками з дівчинки з коричневими локони. Але вони бачать світло в багатьох варіантах більш різноманітним, ніж ми робимо. Рослини дивляться ультрафіолетове світло, що дає нам тан, і інфрачервоне світло, яке ми відчуваємо як тепло. Рослини знають про світло навколо них, чи це світло від свічки або середнього сонця. Рослини знають, де джерело світла – зліва, праворуч або зверху. Вони розуміють, що ще одна рослина, яка виросла більше, заблокувала їх світло. Чи можна це вважати «візом»?

Мерріам-Вестер визначає бачення як «фізичний сенс, в якому світлостимулі, отримані за рецептурами очей, інтерпретуються мозком і утворилися в уявлення про позицію, форму, яскравість і колір об'єктів у просторі». Ми бачимо світло так званого видимого спектру. Світло - це зрозумілий синонім для електромагнітних хвиль видимого спектру. Light має властивості загального призначення для інших типів електричних сигналів, таких як мікрохвильові печі та радіохвилі. Радіоканали для AM радіо дуже довго, майже половина миля довго. У той час як рентгенівські хвилі дуже короткі, вони трильйонні часи менше, ніж радіохвилі, тому вони проходять через наші тіла так легко. Легкі хвилі десь посередині: між 0.0000004 і 0.0000007 м. Блакитне світло є найкоротшим, в той час як червоний є найдовшим, зеленим, жовтим і помаранчевим, розташованим в середині (запам'ятати райдуж). Ми бачимо ці електромагнітні хвилі, тому що наші очі мають спеціальні білки, які називаються фоторецептори, які знають, як сприймати цю енергію, поглинати її, аналогічно антену ловить хвилі радіо. Сітківка нашого очей покрита рядами цих рецепторів, схожих на ряди світлових діодів (LEDs) плоских телевізорів або датчиків в цифрових камерах. Кожна ретинальна точка має фоторецептори, які чутливі до світла, і конуси, які відповідають кольору. Людина сітківка містить близько 125 млн штанг і 6 млн конусів в області, аналогічну за розмірами до паспортного фото. Це еквівалент 130 мегапіксельної цифрової камери. Таке величезне число фоторецепторів в такій невеликій області дає нам зображення високої чіткості. Світлочутливі палички дозволяють побачити вночі в умовах низького освітлення. Ми можемо бачити різні кольори в яскравому світлі, вони також приходять в три види, відрізняючись в сприйнятому світлі – червоний, зелений і синій. Основна відмінність цих фоторецепторів полягає в тому, що вони містять. Ці речовини називають родопсини (в прутках) і фотопсини (в конях) мають певну структуру, яка дозволяє їм поглинати світло з різною довжиною хвиль. Синій світло поглинається родопсином і блакитним фотопсином, червоний родопсином і червоним фотопсином. Фіолетовий світло поглинається родопсином, блакитним фотопсином, червоним фотопсином, але не зеленим і т.д. Після того, як штанги або конуса поглинають світло, вони надсилають сигнал до мозку, який обробляє всі сигнали від мільйонів фоторецепторів в одну цілу картину. Що відбувається в рослинах?

Не всі знають, що Дарвін, крім своєї роботи над еволюцією тварин, також провели ряд експериментів, які досі впливають на дослідження рослин. Дарвін був освячений ефектом, який виробляє світло на росту рослин, як і його син Франциска. У своїй недавньій книзі «Сила руху в рослинах» Дарвін писав: «Це дуже мало рослин, які ... не ганяють до світла». Ми можемо самі бачити, як це відбувається в кімнатних рослинах або цибулях, які повертають до променів сонця з вікна. Ця поведінка називається фототропизмом. У 1864 році сучасний Darwin, Julius von Sachs, виявлений, що синє світло є основним світлом, що викликає фототропизм в рослинах, в той час як рослини, як правило, будуть сліпими іншими кольорами і не нахилити або перетворити в їх напрямок. Але ніхто не знав, як рослини побачили світло.

У дуже простому експерименті Дарвін і його сина показали, що ці рухи були керовані не фотосинтезом, процес, за допомогою якого рослини перетворюють світло в енергію, але досить непристойна чутливість до переміщення до світла. У своєму експерименті Дарвін висадив канар в горщику і помістив його в абсолютно темну кімнату протягом декількох днів. Потім вилітають дуже невеликий газовий ліхтар 3,5 метрів від горщика так дімлі, що вони "купляться не бачити самі рослини або олівець лінії на папері." Через 3 години рослини згиналися до джерела світла. Вигин завжди був в одній частині молодої рослини - близько 2 см нижче вершини. Це призвело до того, що частина рослини бачить світло. Пропонували, що наконечнику заводу були розташовані «йі» рослини, а не на складі, які вигини. Вони провели експерименти з фототропизмом в п'ять різних саджанців:





Першим розсадою було непристойно і показує, як виявляється фототропизм. Друга рослина мала її верхню кінчик відрізати. Третій наконечник вкритий легким покривом. Четвертий покритий прозорою кришкою. На п'яту, середня частина була закрита легкою трубкою. Вони робили експеримент з цими розсадами. Перший розсадник, контроль, згин на джерело світла. Також поводяться і сівалки, які закрили середню частину легкої труби. Але якщо видалити верхню частину пагону або закрийте її легким наконечником, рослини «сліпі» і не кидаються до світла. Якщо покрити наконечник прозорим ковпачем, то рослина все одно нахиляється до світла. У цьому простому експерименті, опублікованому в 1880 році, Дарвінс зарекомендував, що фототропизм є результатом відчуття блиску вдарив кінчик втечу, який бачить світло і передає інформацію на середню частину, розказавши його на вигин в цьому напрямку. Дарвін успішно продемонстрував індиментарне бачення в рослинах.

Меріленд мамонт: Тютюн, що зберігала вирощування



Через кілька десятків років в долині південної Маріландії зародився цікавий феномен. Ці долини будували деякі з найбільших тютюнових ферм в Америці з перших поселенців прибули з Європи наприкінці ХІХ ст. Тютюнові аграрії, які навчаються з місцевих племен (таких як Саскеганноки), які вирощували тютюн протягом століть, висаджували його навесні і збирають його наприкінці літа. Деякі рослини залишили для виробництва насіння на наступний сезон. У 1906 р. фермери почали помітити нову версію тютюну, що здавалося б, не перестати рости. Важко досягти 4 м в довжину, виготовляючи майже сто листя, і припинили зростання, коли прийшла заморозка. Здається, що такі вічно зростаючі рослини будуть бона для тютюнових фермерів. Але, як часто справа, новий сорт, який називається Меріленд мамонт, виглядав як двосторонній римський бог Янус. З одного боку, вона ніколи не перестала рости, і з іншого боку, ці рослини рідко цвітуть, викликаючи фермерів, щоб не вдалося заготовити насіння на наступний сезон.

У 1918 р. Вігтман В. Гарнер і Гаррі А. Аллард, науковці відділу сільського господарства США, визнали для визначення того, чому Меріленд мамонт не знає, коли перестати рости і почати цвітіння і дати насіння. Вони висаджують цей тютюн в горщиках і залишають деякі рослини в області. Ще однією групою рослин були на відкритому повітрі протягом дня, а вночі вони перевозилися щодня до темної обшивки. Просто обмежуючи кількість світла було достатньо, щоб викликати мамонт Меріленда, щоб зупинити вирощування і почати цвітіння. Іншими словами, якщо цей тютюн впав в умови довгих літніх днів, він продовжував рости, але якщо штучно створити його умови короткого дня, він почав цвісти.

Це явище, фотоперіодизм, дав нам перші докази, що рослини можуть «забезпечити» скільки світла вони отримують. Інші довгострокові експерименти показали, що багато рослин, як ці мамонти, цвітуть тільки тоді, коли денне світло короткий, вони називаються «короткоденними рослинами». До них відносяться хризантеми і сої. Інші рослини потрібно цвісти в довгому денному світлі, такі як іриси і ячмінь – вони вважаються рослинами довгого дня. Це відкриття дозволило фермерам контролювати цвітіння, змінивши час, що він прийняв завод для отримання світла.





Що відбувається на короткому добу? Концепція фотоперіодизму викликала хвилю діяльності серед вчених, які підняли нові питання: Чи вимірюють рослини довжину дня або ніч? І який колір світла вони дивляться?

Під час Другої світової війни вчені виявили, що вони можуть впливати на рослину цвітуть просто перетворюючи на світло в середині ночі. Вони можуть приймати короткочасну рослину, таку як сої, і тримати її від цвітіння на короткі дні денного світла, просто перетворюючи на світло протягом декількох хвилин в середині ночі. З іншого боку, вчені можуть зробити довгоденну рослину, як ірис цвітуть навіть в середині зими (коли день короткий і зазвичай ці рослини не цвітуть), перетворюючи на світло вночі. Ці експерименти показали, що рослини не вимірюють довжину дня, але довжина періоду темряви.

Використовуючи ці знання, фермери можуть зберігати хризантеми від цвітіння до Дня матері (друга субота травня) для максимального прибутку. Отже, вирощуючи хризантеми в тепличках, вони перетворюються на світло в середині ночі восени і взимку, і припиняють його два тижні до свята. Далі... бум... всі рослини починають цвісти відразу.





Інші вчені дивилися, який колір рослини орієнтовані на? Що вони знайшли були дивними: рослини, незалежно від того, що відповідь тільки на спалах червоного світла вночі. Блакитно-зелені паростки не вражають цвітіння рослин, але лише кілька секунд червоного – і дива! Так ми можемо сказати, що рослини розрізняють кольори: вони використовують сині, щоб дізнатися, які напрямки худі і червоні, щоб виміряти довжину ночі.

Тоді, на початку 1950-х років, Гаррі Бортвік та колеги у відділі сільського господарства (де вперше навчався Мариланд Мамонт) зробив ще одне дивне відкриття: далеке світло—все, червоне світло з трохи більшою довжиною хвилі (яскраве червоне) і ледь помітно помітно на сутінки—купе зворотно ефект червоного світла на рослинах. Це, якщо ви берете іриси, які не зазвичай цвітуть на довгих ночей і дадуть їм спалах червоного світла в середині ночі, вони цвітуть. Але якщо ви блискавку далекого червоного світла на них відразу після спалаху яскравого червоного – вони не цвітуть. Якщо ви знову близнюте світло-червоний, це буде цвітіння. І так далі. Вам не потрібно багато світла, всього за кілька секунд. Це як перемикач: яскравий червоний активізує цвітіння, і далекі червоні вимикається. Якщо ви переключите світло швидко, нічого не буває. Рослинні рослини запам'ятовують останнє світло.

Бойрен Л. Алелер і колеги показали, що один фоторецептор в рослинах сприймає як червоні вогні. «Фітохром». У спрощеній формі фітохром це перемикач. Яскравий червоний світло активізує фітохром, а віддалені світлові інактивації. Екологічно, це велике значення. В природі, останнє світло помітне до будь-якої рослини є червоними, що дає рослину команду «відмивається». Вранці дивляться червоне світло і прокидаються. Таким чином, рослина вимірює, як довго тому вона остання пила червоного світла і коригує її зростання відповідно.

Яка частина рослини бачить червоне світло для регулювання цвітіння? Ми знаємо з вивчення фототропізму Дарвіна, що на його наконечнику розміщуються рослини, а відповідь на світло відбувається в стеблі. Можна припустити, що «іє» для фотоперіодизму також є. Але це не вірно. Якщо ви освітлюєте різні частини рослини вночі з червоним світлом, ви знайдете, що досить висвітлювати лише один лист для регулювання цвітіння всієї рослини. З іншого боку, якщо ви відчуєте всі листя рослини, залишивши тільки стебло і верх, рослина буде «сліпий», навіть якщо ви підсвічуєте його повністю. Таким чином, фітохром, розташований в листках, отримує світлові сигнали і ініціує мобільний сигнал, який поширюється по всій рослині і провокує цвітіння.

(Для продовження)



Джерело: brukva.net