Thực vật có thể biết thời gian ngay cả khi không có não và đây là cách

Thực vật có thể biết thời gian ngay cả khi không có não và đây là cách
Có thời gian? Tương tự mishra / Shutterstock

Bất cứ ai đã đi qua nhiều múi giờ và chịu đựng máy bay phản lực sẽ hiểu sức mạnh của chúng ta mạnh mẽ như thế nào đồng hồ sinh học là. Trên thực tế, mỗi tế bào trong cơ thể con người đều có đồng hồ phân tử riêng, có khả năng tạo ra sự tăng giảm hàng ngày về số lượng nhiều protein mà cơ thể tạo ra trong một chu kỳ 24. Bộ não chứa đồng hồ chủ giữ cho phần còn lại của cơ thể đồng bộ, sử dụng các tín hiệu ánh sáng từ đôi mắt để giữ thời gian với môi trường.

Thực vật có nhịp sinh học tương tự giúp chúng biết thời gian trong ngày, chuẩn bị cho cây quang hợp trước bình minh, bật cơ chế bảo vệ nhiệt trước phần nóng nhất trong ngày và sản xuất mật hoa khi các loài thụ phấn có khả năng ghé thăm nhiều nhất. Và cũng giống như ở người, mỗi tế bào trong cây dường như có đồng hồ riêng.

Thực vật có thể biết thời gian ngay cả khi không có não và đây là cách
Mắt và não của chúng ta dựa vào ánh sáng mặt trời để phối hợp hoạt động trong cơ thể theo thời gian trong ngày. Yomogi1 / Shutterstock

Nhưng không giống như con người, thực vật không có bộ não để giữ cho đồng hồ của chúng được đồng bộ hóa. Vậy làm thế nào để thực vật phối hợp nhịp điệu tế bào của họ? Của chúng tôi nghiên cứu mới cho thấy rằng tất cả các tế bào trong nhà máy phối hợp một phần thông qua một cái gì đó gọi là tự tổ chức địa phương. Đây thực sự là các tế bào thực vật giao tiếp thời gian của chúng với các tế bào lân cận, theo cách tương tự như cách trường cáđàn chim phối hợp các phong trào của họ bằng cách tương tác với hàng xóm của họ.

Nghiên cứu trước đây thấy rằng thời gian của đồng hồ là khác nhau ở các bộ phận khác nhau của cây. Những khác biệt này có thể được phát hiện bằng cách đo thời gian của các đỉnh hàng ngày trong sản xuất protein đồng hồ ở các cơ quan khác nhau. Những protein đồng hồ này tạo ra dao động hàng giờ 24 trong các quá trình sinh học.

Chẳng hạn, protein đồng hồ kích hoạt việc sản xuất các protein khác chịu trách nhiệm cho quá trình quang hợp ở lá ngay trước khi trời sáng. Chúng tôi quyết định kiểm tra đồng hồ trên tất cả các cơ quan chính của nhà máy để giúp chúng tôi hiểu cách thức thực vật phối hợp thời gian của chúng để giữ cho toàn bộ cây hoạt động hài hòa.

Điều gì làm cho cây đánh dấu

Chúng tôi thấy rằng trong cải xoong (Arabidopsis thaliana) cây con, số lượng protein đồng hồ đạt đỉnh tại các thời điểm khác nhau trong mỗi cơ quan. Các cơ quan, chẳng hạn như lá, rễ và thân, nhận các tín hiệu khác nhau từ môi trường vi mô cục bộ của chúng, chẳng hạn như ánh sáng và nhiệt độ, và sử dụng thông tin này để độc lập thiết lập tốc độ của chúng.

Nếu nhịp điệu trong các cơ quan khác nhau không đồng bộ, thực vật có bị một loại độ trễ phản lực bên trong không? Mặc dù các đồng hồ riêng lẻ trong các cơ quan khác nhau đạt cực đại tại các thời điểm khác nhau, nhưng điều này không dẫn đến sự hỗn loạn hoàn toàn. Đáng ngạc nhiên, các tế bào bắt đầu hình thành các mô hình sóng không gian, trong đó các tế bào lân cận chậm trễ về phía sau một chút. Nó hơi giống một sân vận động hoặc làn sóng người hâm mộ thể thao của Mexico Mexico đứng lên sau những người bên cạnh họ để tạo ra một chuyển động giống như sóng trong đám đông.

Thực vật có thể biết thời gian ngay cả khi không có não và đây là cách
Tế bào thực vật giao tiếp giữa hàng xóm của chúng để phối hợp thời gian. James Locke, Tác giả cung cấp

Công việc của chúng tôi cho thấy những sóng này phát sinh từ sự khác biệt giữa các cơ quan khi các tế bào bắt đầu giao tiếp. Khi số lượng protein đồng hồ trong một đỉnh tế bào, tế bào sẽ truyền thông tin này đến các nước láng giềng chậm hơn, theo sự dẫn dắt của tế bào đầu tiên và cũng tạo ra nhiều protein đồng hồ hơn. Những tế bào này sau đó làm tương tự với hàng xóm của họ, v.v. Những mô hình như vậy có thể được quan sát ở nơi khác trong tự nhiên. Một số loài đom đóm hình thành các mô hình sóng không gian khi chúng đồng bộ hóa đèn flash của họ với hàng xóm của họ.

Ra quyết định cục bộ bởi các tế bào, kết hợp với tín hiệu giữa chúng, có thể là cách thực vật đưa ra quyết định mà không cần não. Nó cho phép các tế bào ở các bộ phận khác nhau của cây đưa ra quyết định khác nhau về cách phát triển. Các tế bào trong chồi và gốc có thể tối ưu hóa sự phát triển riêng biệt với điều kiện địa phương của chúng. Chồi có thể uốn cong về phía nơi ánh sáng không bị cản trở và rễ có thể phát triển về phía nước hoặc đất giàu dinh dưỡng hơn. Nó cũng có thể cho phép thực vật sống sót khi mất nội tạng thông qua thiệt hại hoặc bị ăn bởi một động vật ăn cỏ.

Điều này có thể giải thích làm thế nào thực vật có thể liên tục thích nghi với sự tăng trưởng và phát triển của chúng để đối phó với những thay đổi trong môi trường của chúng, mà các nhà khoa học gọi là nhựa dẻo. Hiểu cách thức thực vật đưa ra quyết định không chỉ thú vị, nó sẽ giúp các nhà khoa học nhân giống các giống cây mới có thể đáp ứng với môi trường ngày càng thay đổi của chúng với biến đổi khí hậu.Conversation

Giới thiệu về tác giả

Mark Greenwood, nhà nghiên cứu tiến sĩ sinh học tế bào, Đại học Cambridge và James Locke, Trưởng nhóm nghiên cứu về Sinh học hệ thống, Đại học Cambridge

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

ing

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}