植物可以告訴時間,即使沒有大腦,這是如何

植物可以告訴時間,即使沒有大腦,這是如何
有時間嗎? Sameer mishra / Shutterstock

任何曾經跨越多個時區而遭受苦難的人 時差 會明白我們的力量有多強大 生物鐘是。 事實上,人體內的每個細胞都有自己的分子鐘,能夠在24小時循環中產生許多蛋白質每日上升和下降的數量。 大腦包含一個主時鐘,使身體的其餘部分保持同步 燈光信號 從眼睛到環境保持和諧。

植物具有相似的晝夜節律,幫助它們告訴時間,在黎明前準備植物進行光合作用, 打開熱保護機制 在當天最熱的部分之前,當傳粉者最有可能訪問時產生花蜜。 就像人類一樣,植物中的每個細胞似乎都有自己的時鐘。

植物可以告訴時間,即使沒有大腦,這是如何
我們的眼睛和大腦依靠陽光來協調身體活動,根據一天中的時間。 Yomogi1 /存在Shutterstock

但與人類不同,植物沒有大腦來保持​​時鐘同步。 那麼植物如何協調它們的細胞節律呢? 我們的 新的研究 表明植物中的所有細胞部分通過稱為局部自組織的東西進行協調。 這實際上是植物細胞以與如何相似的方式將它們的定時與相鄰細胞進行通信 魚群 - 一群鳥 通過與鄰居互動來協調他們的行動。

以前的研究 發現時鐘的時間在植物的不同部分是不同的。 可以通過測量不同器官中時鐘蛋白質產生的每日峰值的時間來檢測這些差異。 這些時鐘蛋白在生物過程中產生24小時振盪。

例如,時鐘蛋白激活其他蛋白質的產生,這些蛋白質在黎明之前負責葉片的光合作用。 我們決定檢查植物所有主要器官的時鐘,以幫助我們了解植物如何協調它們的時間,以保持整個植物的和諧。

是什麼讓植物發癢

我們在thale cress中發現了擬南芥(Arabidopsis thaliana))幼苗,時鐘蛋白的數量在每個器官的不同時間達到峰值。 葉子,根和莖等器官接收來自當地微環境的不同信號,如光和溫度,並利用這些信息獨立設定自己的節奏。

如果不同器官的節律不同步,植物是否會受到內部時差的影響? 雖然不同器官中的各個時鐘在不同時間達到峰值,但這並不會導致完全混亂。 令人驚訝的是,細胞開始形成空間波模式,其中相鄰細胞在時間上略微落後於彼此。 這有點像體育場或“墨西哥”的體育迷們站在他們旁邊的人們面前,通過人群創造一個波浪般的運動。

植物可以告訴時間,即使沒有大腦,這是如何
植物細胞在它們的鄰居之間進行通信以協調時間。 James Locke,作者提供

我們的工作表明,當細胞開始交流時,這些波是由器官之間的差異引起的。 當一個細胞中的時鐘蛋白峰值達到峰值時,細胞將其傳遞給較慢的鄰居,這些鄰居遵循第一個細胞的導聯並產生更多的時鐘蛋白。 然後這些單元格對鄰居做同樣的事情,依此類推。 這種模式可以在其他地方觀察到。 一些螢火蟲物種形成空間波動模式 同步他們的閃光 和他們的鄰居

細胞的局部決策以及它們之間的信號傳遞可能是植物在沒有大腦的情況下做出決策的方式。 它允許植物不同部分的細胞對如何生長做出不同的決定。 芽和根中的細胞可以分別優化生長至其當地條件。 枝條可以向光線暢通的地方彎曲,根部可以向水或更富營養的土壤生長。 它也可以讓植物生長 倖存下來的器官損失 通過損壞或被食草動物吃掉。

這可以解釋植物如何能夠不斷調整其生長和發育以應對環境的變化,科學家將其稱為“可塑性”。 了解植物如何做出決定不僅有趣,它還將幫助科學家培育新的植物品種,以應對氣候變化帶來的日益變化的環境。談話

關於作者

Mark Greenwood,細胞生物學博士研究員, 劍橋大學 和系統生物學研究組組長James Locke 劍橋大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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