© Фото: pixabay.com
Ученые обнаружили "мышцы" деревьев, с помощью которых они выпрямляются
Деревья способны чувствовать свою форму и корректировать рост, чтобы оставаться в вертикальном положении, а для этого используют специальную древесину, которая работает подобно мышцам. К такому выводу пришли ученые Национального научно-исследовательского института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды Франции (INRAE).
Способность чувствовать положение собственного тела, проприоцепция, раньше считалась свойством только животных. Исследователи INRAE показали, что она есть и у растений. Однако оставалось неясным, как эта информация превращается в физическое движение.
Чтобы изучить это, ученые создали необычную установку, исключающую внешние ориентиры. Молодые деревья поместили на горизонтальную платформу, которая вращается вокруг своей оси внутри сферы с равномерным освещением со всех сторон. Вращение лишало их постоянного сигнала о направлении силы тяжести, а окружающий свет убирал подсказки о том, куда расти.
Эксперимент проводили на молодых тополях, расположенных горизонтально. Сначала их стволы изгибались вверх. За это отвечает особая древесина растяжения: в отличие от обычной, она создает растягивающие силы. Формируясь на верхней стороне ствола, она действует как сокращающаяся мышца и тянет его вверх.
Примерно через десять дней, когда изгиб стал заметным, деревья перенесли в экспериментальную установку. В течение нескольких недель стволы постепенно выпрямились и вновь стали почти прямыми. Анализ структуры древесины показал, что на верхней стороне образование древесины растяжения прекратилось, а на противоположной стороне начала формироваться такая же. Она создавала силу натяжения в обратном направлении, подобно мышце-антагонисту. Под действием этих противоположных сил ствол возвращался к прямой форме.
Ранее считалось, что древесина растяжения образуется только на верхней стороне стволов, например у основания деревьев на горных склонах. Новое исследование показывает, что ее роль шире: она может развиваться с разных сторон и создавать силы в разных направлениях, как противодействующие группы мышц у животных. Деревья, по-видимому, сочетают сигналы окружающей среды, такие как свет и гравитация, с внутренним ощущением формы, и это определяет, где формировать такую древесину.
Значение для лесов и сельского хозяйства. Способность восстанавливать положение особенно важна после бурь, оползней и других экстремальных явлений, которые могут сгибать деревья. Выявив растения с особенно эффективной проприоцепцией, ученые смогут отбирать сорта, которые растут ровнее и дают более качественную древесину. В сельском хозяйстве похожие знания могут помочь создавать зерновые культуры, менее подверженные полеганию, которое приводит к значительным потерям урожая. Плохо скоординированное формирование древесины растяжения создает чрезмерные внутренние напряжения и может влиять на свойства древесины.
"Мы обнаружили подлинную сенсомоторную петлю, функционирующую в древесной структуре деревьев! Плохая координация последовательной активации напряженной древесины приводит к чрезмерному внутреннему напряжению, что может повлиять на качество древесины", - сказал директор по исследованиям INRAE Бруно Мулия.
По его словам, результаты меняют направление прикладных исследований, нацеленных на получение деревьев, которые будут максимально прямыми и "расслабленными" независимо от обстоятельств. Инженер-исследователь Феликс Хартман отметил, что открытие стало результатом работы специалистов разных дисциплин.
