Дерева вміють гнутися.
Коли стовбур згинається, дерево відчуває зміну своєї форми, а на виступаючій стороні кривої росте спеціальна деревина, щоб знову випрямитися. Нові експерименти на тополях виявили напрочуд складну систему контролю.
В експериментах з молодими деревами тополі дослідники відокремили цю здатність від двох знайомих ознак рослин: гравітації та спрямованого світла. Сині дерева ще росли. Що ще більш дивно, мікроскопічне дослідження показало, що вони зробили це, замінивши ту сторону стебла, де у них був стрижень натягу, спеціалізована тканина, здатна створювати сильні сили розтягування.
Вважалося, що напружена деревина – це щось, що утворюється на верхній стороні стебла, спираючись на листяну деревину, щоб тягнути її. Натомість дослідники виявили, що його положення може коливатися, оскільки дерево постійно балансує два типи інформації: у який бік спрямована гравітація та наскільки зігнутий його власний стовбур.
в який бік?
Протягом багатьох років вчені підозрювали, що рослини мають певну форму пропріоцепції, тобто здатність відчувати конфігурацію власного тіла.
Дослідження 2012 року Збірники Національної академії ім розробив математичну модель, яка показує, що сама гравітація не може пояснити, як гілочки просто випрямляються, не повторюючи їх призначення. Пізніші дослідження все більше розглядали стан рослин як систему зворотного зв’язку, в якій відчуття гравітації та чутливість до кривизни працюють разом. Огляд контролю за станом рослин у 2019 році описав це постійне коригування як основу для вертикального росту рослин.
Але як цей зворотний зв’язок створює дерев’яні частини дерева?
Щоб з’ясувати це, Олександр Кулус, Фелікс Хартманн та їхні колеги з INRAE та Університету Клермон-Оверні вперше посадили молоді європейські тополі.Populus tremula) і біла тополя (Populus білий) хрест – горизонтально. Дерева відреагували нормально і приблизно через 10 днів нахилилися.
Потім прийшла розумна частина.
Дослідники помістили вигнуті дерева всередину сферичних камер, які однаково освітлювалися з усіх боків. Таким чином, не було жодних ознак спрямованого світла. Вони також безперервно обертають рослини навколо горизонтальної осі на кліностаті. Обертання постійно змінює напрямок сили тяжіння відносно рослини, ефективно пригнічуючи його здатність використовувати силу тяжіння як стабільний сигнал направлення.
Що було пов’язано з реакцією на випрямлення, так це кривизна самого стебла.
Протягом наступних тижнів зігнуті стебла випрямилися.
Змінити сторону
Під час первинного згинання верхівки на верхній стороні стебла утворилася натяжна балка. Але після того, як дослідники придушили відчуття тяжіння, виробництво на цьому припинилося. Протягом кількох днів на протилежній опуклій стороні з’явився новий промінь натягу, створюючи силу, яка поступово зменшувала криву.
Дерево напруги – це не просто звичайне дерево, яке росте в незвичайному місці. Його волокна часто утворюють товстий желатиновий шар, багатий целюлозою (шар G). Волокна целюлози в цьому шарі приблизно паралельні довжині волокна. Коли тканина дозріває, вона створює напругу розтягування, яка дозволяє деревині тягнути навколишнє стебло.
Нові тканини, що утворюються під час випрямлення, мають такі ж анатомічні ознаки, як і звичайний пучок натягу. Порівняно зі звичайною деревиною, вона мала приблизно в три рази більше волокон, ніж судини. Його G-шар також був приблизно на 37% товщим, ніж розтягнутий промінь, створений під час першого вигину вгору.
Це фактично дає дереву дві протилежні системи тяги. Натяг дров з одного боку може створити вигин; з іншого боку, натяг деревини може протистояти цьому пізніше.
Відповідь не відразу. Дослідження показало, що проходить близько двох днів між зміною чутливих умов і тим, як дерево починає обертатися. Камбіальним клітинам потрібен час для поділу та перетворення в нову деревину, тоді як утворення та механічна активація шару G вимагає додаткового часу.
Виправте свою ситуацію!
Більш широке значення полягає в тому, що натяжна балка знаходиться не тільки на верхній стороні опорного дерева, як це часто зображено в підручниках.
Натомість його позиція залежить від конкурентної інформації зондування. Сила тяжіння повідомляє дереву, як воно орієнтоване, тоді як пропріоцепція повідомляє, наскільки його стовбур зігнутий. Коли сила тяжіння переважає, створюється балка натягу, яка може тягнути стебло вгору. Коли чутливість кривої бере верх, тканина може змінити бік і замість цього випрямити ніжку.
«Ми виявили справжню сенсомоторну петлю, яка працює в деревних частинах дерев!» Бруно Муліа, керівник досліджень INRAE і старший автор дослідження, йдеться в заяві.
Можна сказати, що в певному сенсі дерева розвивають «м’язи», щоб регулювати своє положення, але порівняння корисне лише до певної міри. У дерев немає ані м’язів, ані нервової системи, і дослідники ще не ідентифікували повний молекулярний шлях, який пов’язує відкриття кривої з утворенням променя натягу. Експерименти встановлюють саму систему зворотного зв’язку: дерево відчуває зміну своєї форми та змінюється там, де воно виробляє деревину, яка у відповідь виробляє деревину.
Навчання в арабідопсис вже показали, що згинання та активне випрямлення працюють разом для контролю положення рослини. Нові експерименти показують, як дерева можуть вносити ті самі корективи, використовуючи новоутворену деревину.
Дерева часто зсуваються з бажаного положення вітром, сніговими навантаженнями, нерівномірним ростом і порушеннями, які збивають стебла. Тому стояти прямо – це не одноразове досягнення розвитку. Це те, що дерево постійно виправляє.
Дослідження було опубліковано в журналі Новий фітолог.
