Так почему танцует Танцующий лес? Часть 1 - Гравитропизм
Ранее были определены причина и наиболее вероятное начало событий вызвавшие аномальное развитие деревьев Танцующего леса. Это позволило достаточно точно восстановить исходную ситуацию в которой оказались растения. Теперь можно сформировать дальнейшие процессы развития деревьев, которые привели к образованию необычных форм ствола. Хотя, как еще раз будет показано, дальнейшее развитие растения - это вполне нормальный и регулируемый процесс.
Излишне обращать внимание на то, что растения обладают навыками вертикального развития. Причем успешно справляются с этой функцией даже в сложных ситуациях. То есть большинство растений обладают своего рода инстинктом формирования направления роста в пространстве относительно силы тяжести. Сомневаться в этом не приходится, иначе бы повсеместно наблюдались упавшие под собственным весом деревья и другие растения. Порой, сложно в природе найти что-то более вертикальное, чем большинство деревьев в лесу, выросших как по отвесу. Это поведение, в свою очередь, отличается от присущей ориентации большинства растений на свет. Одной ориентацией на свет строгое вертикальное развитие не объясняется, поскольку источник света находится в различном положении на небосводе. Есть еще развитие боковых ветвей, которые сохраняют определенный угол относительно вертикали. В некоторых растениях явно просматривается различное действие обоих факторов - гравитационного и светового. Таким образом, растения растут, развиваясь и находя место под солнцем, что иногда приводит к необычным и причудливым формам. И если это считается обычным у одних видов, то почему должно удивлять, когда те же функции начинают работать у других. Различие только в чаще встречающемся изначальном положении.
Развитие грибов при росте на вертикальной поверхности и в плотной группе.
Растения очевидно имеют необходимые способности для развития в зависимости от различных внешних условий. И такие биологические процессы давно исследуются в физиологии растений. Серьезное внимание науки на поведение растений в этой части было обращено еще 200 лет назад. Э.Т. Найт предположил, что регулирование роста корня и стебля растений идет благодаря силе тяжести. При проведении опытов с растениями, выращенными на быстровращающемся колесе, стебли росли к центру колеса, а корни от центра. Сила гравитации здесь была заменена центробежной силой. Это явление назвали геотропизмом или гравитропизмом. Была выдвинута гипотеза, что ростом управляет верхушка, посылая импульсы корню. Но, как показали эксперименты, сильной зависимости корня от стебля не наблюдается, и это явление лежит более глубоко - на клеточном уровне.
Значительно позже, когда были открыты фитогормоны, появились более детальные гипотезы, описывающие процессы гравитропизма и фототропизма (ориентации на свет) растений. В данных процессах преимущественно предполагается участие ауксинов. Они запускают усиленное развитие на низлежащей и теневой поверхностях стебля, и, наоборот, замедляют развитие клеток на противоположной стороне, для того, чтобы растение росло вертикально и с ориентацией на свет. Подробнее об этих и других процессах можно прочитать в пособиях по физиологии растений.
За процесс восприятия растением гравитации, предполагается, отвечают специальные клетки статоциты, которые расположены в кончике корня и вдоль стебля. Реакция на изменение ориентации растения в пространстве связана с перемещением частиц (статолитов) внутри клетки статоцита под действием силы тяжести, которая запускает процесс регуляции роста растения. Роль статолитов могут выполнять амилопласты (крупные крахмальные зерна). Дальнейшее исследование в этой области показали, что последнее верно только на 30%.
Корневой чехлик под микроскопом (x10). 1 - меристема, 2 - колумелла (окружающая статоциты центральная ткань, клетки содержат крахмальные зерна), 3 - латеральная (боковая) часть, 4 - мертвые клетки, 5 - область роста.
Корневой статоцит в вертикальном и горизонтальном положениях. А - проксимальная часть клетки (расположенная ближе к центру). В - дистальная часть клетки (периферическая). 1 - клеточная стенка, 2 - эндоплазматический ретикулум, 3 - плазмодесма, 4 - ядро, 5 - митохондрия, 6 - цитоплазма, 7 - статолит, 8 - корень, 9 - корневой чехлик, 10 - статоцит.
По другим предположениям за восприятие гравитации может отвечать положение органелл в клетке и цитоскелет.
Корень арабидопсиса (LSFM - флуоресцентная микроскопия плоскостного освещения). Зеленым - цитоскелет (мембраны клеток), синим - ядра клеток.
Эксперименты на Международной космической станции (МКС) с арабидопсисом (Arabidopsis thaliana, Резуховидка Таля) показали, что растение в условиях невесомости может расти опираясь только на процессы фототропизма.
Рост арабидопсиса в условиях невесомости. Слева контрольный экземпляр растений на Земле, справа эксперимент на борту МКС.
Сложнее было с гипотезами объясняющими наклонный рост веток. Только недавние исследования в 2013 году пролили на это свет. Рост боковых побегов идет при одновременной регуляции положительного и отрицательного гравитропизма ("Auxin Controls Gravitropic Setpoint Angle in Higher Plant Lateral Branches"/ Current Biology, Volume 23, Issue 15, p1497–1504, 5 August 2013).
