Πώς στρέφονται τα ηλιοτρόπια προς τον ήλιο;

Καθώς η Γη περιστρέφεται και ο ήλιος κινείται στον ουρανό από την ανατολή προς τη δύση, τα ηλιοτρόπια γυρίζουν τα λαμπερά κίτρινα πρόσωπά τους για να τον ακολουθήσουν. Η μηχανική πίσω από αυτή τη διαδικασία, που ονομάζεται

ηλιοτροπισμός

, εξακολουθεί να είναι ένα μυστήριο για τους βιολόγους των φυτών. ΕΝΑ

μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 31 Οκτωβρίου στο περιοδικό

PLOS Βιολογία


πιθανότατα αποκλείει ότι η ικανότητα ενός ηλίανθου να ακολουθεί τον ήλιο σχετίζεται με μια πιο γνωστή απόκριση στο φως που ακολουθούν όλα τα φυτά. Οι ηλίανθοι πιθανότατα βασίζονται σε πολλές πιο περίπλοκες διαδικασίες για την παρακολούθηση του ήλιου.

[Related:


The mathematical theory that connects swimming sperm, zebra stripes, and sunflower seeds


.]

Δεδομένου ότι τα φυτά έχουν τις ρίζες τους σε ένα μέρος, δεν μπορούν να κινηθούν εάν το φως που χρειάζονται για να φτιάξουν φαγητό εμποδίζεται από έναν γείτονα ή εάν βρίσκονται σε σκιερό σημείο. Βασίζονται στην ανάπτυξη ή την επιμήκυνση για να κινηθούν προς το φως και υπάρχουν πολλά μοριακά συστήματα πίσω από αυτό. Η πιο γνωστή απάντηση είναι η

φωτοτροπική απόκριση

. Οι

πρωτεΐνες

που ονομάζονται φωτοτροπίνες αισθάνονται το μπλε φως να πέφτει άνισα σε ένα δενδρύλλιο και οι αυξητικές ορμόνες του φυτού ανακατανέμονται. Αυτό το κάνει τελικά να κάμπτεται προς το φως.

Οι φυτοβιολόγοι έχουν από καιρό υποθέσει ότι η ικανότητα του ηλίανθου να ακολουθεί τον ήλιο θα βασίζεται στον ίδιο μηχανισμό με τον φωτοτροπισμό. Για να παρακολουθεί τον ήλιο, το κεφάλι του ηλίανθου γέρνει ελαφρώς περισσότερο στην ανατολική πλευρά του στελέχους του. Αυτό τοποθετεί το κεφάλι τους προς την κατεύθυνση όπου ανατέλλει ο ήλιος. Στη συνέχεια μετατοπίζεται δυτικά καθώς ο ήλιος κινείται στον ουρανό. Μια παλαιότερη μελέτη έδειξε ότι οι ηλίανθοι

έχουν εσωτερικό κιρκάδιο ρολόι

που προσδοκά την ανατολή του ηλίου και συντονίζει το άνοιγμα των ανθηκών του με την ώρα που φτάνουν το πρωί τα έντομα επικονίασης.

Για να διερευνήσει εάν αυτή η ικανότητα παρακολούθησης του ήλιου είναι ένα shru, η ομάδα πίσω από το νέο

μελέτη

χρησιμοποιήθηκαν ηλίανθοι που καλλιεργήθηκαν σε εργαστήριο και άλλοι που καλλιεργήθηκαν σε εξωτερικούς χώρους στο φως του ήλιου. Κοίταξαν να δουν ποια γονίδια ενεργοποιήθηκαν όταν και τα δύο σετ φυτών εκτέθηκαν στις πηγές φωτός τους. Τα ηλιοτρόπια εσωτερικού χώρου αναπτύχθηκαν κατευθείαν προς την πηγή μπλε φωτός τους στο εργαστήριο και ενεργοποίησαν τα γονίδια που σχετίζονται με τη φωτοτροπίνη. Τα λουλούδια που καλλιεργούνταν σε εξωτερικούς χώρους και κουνούσαν τα κεφάλια τους με τον ήλιο είχαν διαφορετικό μοτίβο γονιδιακής έκφρασης. Αυτοί οι ηλίανθοι επίσης δεν είχαν εμφανείς διαφορές στα μόρια της φωτοτροπίνης μεταξύ της μίας πλευράς του στελέχους και της άλλης.

«Μας εκπλήσσει συνεχώς αυτό που βρήκαμε καθώς μελετάμε πώς τα ηλιοτρόπια ακολουθούν τον ήλιο κάθε μέρα», η συν-συγγραφέας της μελέτης και φυτοβιολόγος του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Davis, Stacey Harmer.

είπε σε δήλωση

. «Σε αυτό το έγγραφο, αναφέρουμε ότι χρησιμοποιούν διαφορετικά μοριακά μονοπάτια για να ξεκινήσουν και να διατηρήσουν κινήσεις παρακολούθησης και ότι οι φωτοϋποδοχείς που είναι πιο γνωστοί για την πρόκληση κάμψης των φυτών φαίνεται να παίζουν δευτερεύοντα ρόλο σε αυτή την αξιοσημείωτη διαδικασία».

Η ομάδα απέκλεισε επίσης το μπλε, το υπεριώδες, το κόκκινο ή το πολύ κόκκινο φως με σκίαστρα. Οι παρωπίδες δεν είχαν καμία επίδραση στην απόκριση στον ηλιοτροπισμό. Σύμφωνα με την ομάδα, αυτό δείχνει ότι υπάρχουν

πιθανώς πολλαπλά μονοπάτια που ανταποκρίνονται σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός

για να πετύχει τον ίδιο στόχο να ακολουθεί τον ήλιο.

[Related:


Dying plants are ‘screaming’ at you


.]

Τα γονίδια που εμπλέκονται στον ηλιοτροπισμό δεν έχουν ακόμη αναγνωριστεί. «Φαίνεται ότι έχουμε αποκλείσει το μονοπάτι της φωτοτροπίνης, αλλά δεν βρήκαμε ένα καθαρό όπλο καπνίσματος».

είπε ο Χάρμερ

.

Όταν τα ηλιοτρόπια που καλλιεργήθηκαν στο εργαστήριο μεταφέρθηκαν έξω, άρχισαν να παρακολουθούν τον ήλιο την πρώτη τους μέρα. Αρχικά έδειξαν μια τεράστια

έκρηξη

γονιδιακής έκφρασης στη σκιασμένη πλευρά του φυτού που δεν συνέβη τις επόμενες ημέρες. Ο Χάρμερ είπε ότι αυτό υποδηλώνει ότι συμβαίνει κάποιο είδος «

επα

νακαλωδίωσης» στο εργοστάσιο.

Εκτός από την εξάλειψη μέρους της διαδικασίας πίσω από τον τρόπο με τον οποίο τα ηλιοτρόπια παρακολουθούν τον ήλιο, αυτή η εργασία έχει επίσης σημασία για το σχεδιασμό μελλοντικών πειραμάτων με φυτά για την κατανόηση των μηχανισμών τους.

“Τα πράγματα που ορίζετε σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον όπως ένας θάλαμος ανάπτυξης μπορεί να μην λειτουργούν στον πραγματικό κόσμο.”

είπε ο Χάρμερ

.