植物可以告诉时间,即使没有大脑,这是如何

植物可以告诉时间,即使没有大脑,这是如何
有时间吗? Sameer mishra / Shutterstock

任何曾经跨越多个时区而遭受苦难的人 时差 会明白我们的力量有多强大 生物钟是。 事实上,人体内的每个细胞都有自己的分子钟,能够在24小时循环中产生许多蛋白质每日上升和下降的数量。 大脑包含一个主时钟,使身体的其余部分保持同步 灯光信号 从眼睛到环境保持和谐。

植物具有相似的昼夜节律,帮助它们告诉时间,在黎明前准备植物进行光合作用, 打开热保护机制 在当天最热的部分之前,当传粉者最有可能访问时产生花蜜。 就像人类一样,植物中的每个细胞似乎都有自己的时钟。

植物可以告诉时间,即使没有大脑,这是如何
我们的眼睛和大脑依靠阳光来协调身体活动,根据一天中的时间。 Yomogi1 /存在Shutterstock

但与人类不同,植物没有大脑来保持时钟同步。 那么植物如何协调它们的细胞节律呢? 我们的 新的研究 表明植物中的所有细胞部分通过称为局部自组织的东西进行协调。 这实际上是植物细胞以与如何相似的方式将它们的定时与相邻细胞进行通信 鱼群 一群鸟 通过与邻居互动来协调他们的行动。

以前的研究 发现时钟的时间在植物的不同部分是不同的。 可以通过测量不同器官中时钟蛋白质产生的每日峰值的时间来检测这些差异。 这些时钟蛋白在生物过程中产生24小时振荡。

例如,时钟蛋白激活其他蛋白质的产生,这些蛋白质在黎明之前负责叶片的光合作用。 我们决定检查植物所有主要器官的时钟,以帮助我们了解植物如何协调它们的时间,以保持整个植物的和谐。

是什么让植物发痒

我们在thale cress中发现了拟南芥(Arabidopsis thaliana))幼苗,时钟蛋白的数量在每个器官的不同时间达到峰值。 叶子,根和茎等器官接收来自当地微环境的不同信号,如光和温度,并利用这些信息独立设定自己的节奏。

如果不同器官的节律不同步,植物是否会受到内部时差的影响? 虽然不同器官中的各个时钟在不同时间达到峰值,但这并不会导致完全混乱。 令人惊讶的是,细胞开始形成空间波模式,其中相邻细胞在时间上略微落后于彼此。 这有点像体育场或“墨西哥”的体育迷们站在他们旁边的人们面前,通过人群创造一个波浪般的运动。

植物可以告诉时间,即使没有大脑,这是如何
植物细胞在它们的邻居之间进行通信以协调时间。 James Locke,作者提供

我们的工作表明,当细胞开始交流时,这些波是由器官之间的差异引起的。 当一个细胞中的时钟蛋白峰值达到峰值时,细胞将其传递给较慢的邻居,这些邻居遵循第一个细胞的导联并产生更多的时钟蛋白。 然后这些单元格对邻居做同样的事情,依此类推。 这种模式可以在其他地方观察到。 一些萤火虫物种形成空间波动模式 同步他们的闪光 和他们的邻居

细胞的局部决策以及它们之间的信号传递可能是植物在没有大脑的情况下做出决策的方式。 它允许植物不同部分的细胞对如何生长做出不同的决定。 芽和根中的细胞可以分别优化生长至其当地条件。 枝条可以向光线畅通的地方弯曲,根部可以向水或更富营养的土壤生长。 它也可以让植物生长 幸存下来的器官损失 通过损坏或被食草动物吃掉。

这可以解释植物如何能够不断调整其生长和发育以应对环境的变化,科学家将其称为“可塑性”。 了解植物如何做出决定不仅有趣,它还将帮助科学家培育新的植物品种,以应对气候变化带来的日益变化的环境。谈话

作者简介

Mark Greenwood,细胞生物学博士研究员, 剑桥大学 和系统生物学研究组组长James Locke 剑桥大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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