Биологичният часовник на растенията

Забелязал си, драги ми читателю, че някои растения цъфтят цветята си при изгрев слънце и ги затварят през нощта, сякаш ще спят при нас.

Оказва се, че всички живи организми - от най-простите до най-високите гръбначни животни и хората, са в състояние да се ориентират във времето.

През вековете на еволюцията се е формирал ежедневен, сезонен и годишен ритъм на физиологичните процеси.

Промяната в ритмите, в зависимост от наследствени и външни фактори, се нарича биологичен часовник.

При растенията се проявява в периодичността на процеси като клетъчно делене, метаболизъм, покълване на семена, цъфтеж, спороношение, отваряне и затваряне на цветя, секреция на нектар.

Биологичният часовник на растенията им позволява не само да разпознават деня и нощта, но и да се подготвят за смяната на сезоните и промените в продължителността на светлинните часове.

Някои растения предпочитат кратки дни на ранна пролет за цъфтеж, докато други, напротив, цъфтят по време на лятното слънцестоене, когато светлият период от деня е най-дълъг.

Какво им помага да се ориентират в продължителността на осветлението и да изберат най-подходящия момент за цъфтежа?

Отговорен за това е специален пигмент, фитохром, който съществува в две форми: фитохром червен (Fc) и фитохром далеч червен (Fdc) и реагира на промените в спектралния състав на слънчевата светлина.

И двете форми на пигмент, в зависимост от периода на деня, се трансформират една в друга: Fc, поглъщайки светлината на "дневните" вълни (660nm), се превръща във Fdc; Fdc, поглъщащ здрача на здрача (730nm), се трансформира обратно във fc.

Физиологията на растенията е свързана с този цикъл: процесите на цъфтеж, растеж и много други. Техните клетки използват фитохром, за да четат информация за тъмното и светлото време на деня.

Дълго време се смяташе, че само външните фактори влияят върху ежедневните ритми на растенията, промяната в степента на осветеност денем и нощем.

През 1729 г. обаче, френският астроном Жан-Жак дьо Меран направи фундаментално откритие за биоритмологията: растенията сгъват и пускат листата си по същия начин в тъмна, изолирана от слънцето стая.

Експериментите на Де Меран бяха продължени от ботаника Дюамел. Той занесе хелиотропа си във винарската изба, напълно тъмен, дори без вентилационен люк. Наблюдавайки растението дълго време, Дюамел се увери, че хелиотропът не променя ежедневните си навици: през деня изправя листата, а през нощта се сгъва.

Сто години по-късно швейцарският ботаник Декандол проведе експерименти с мимоза: той я осветяваше денем и нощем с шест ярки лампи, но тя стриктно спазваше ежедневието, заспиваше през нощта и съживяваше сутринта.

Тогава Декандол започнал да осветява мимоза само през нощта, а през деня лишавал от светлина. Растението се промени в нов ритъм - то спеше през деня и беше будно през нощта. В края на експеримента мимозата се върна към предишните си навици.

От тези изследвания може да се заключи,

че растенията имат както наследствена, така и индивидуална памет. Освен това наследствената памет, изразена в придържане към циркадния ритъм, е по-силна.

Опити да се научат растенията да живеят по нов график са правени многократно.

Холандският ботаник Антъни Клеонхоунте отгледа семевиден канал от семена, денят му беше 16 часа: 8 часа светлина и 8 часа тъмнина. Но веднага щом започна да я свети непрекъснато в продължение на 24 часа, тя чу генетичен глас и премина в нормален ритъм.

Многобройни експерименти показват, че растенията, които са усвоили нов ритъм, в крайна сметка го изоставят и се връщат към обичайния 24-часов ден. Те остават будни, когато човек е буден и спят, когато спи.

Откъде знаят кога да спят, кой пуска биологичния часовник на растенията?

Работата на биологичния часовник се определя от въртенето на Земята, което въвежда определен ритъм в смяната на сезоните, нощта и деня, степента на осветеност и температура, атмосферното налягане, влажността, космоса и слънчевата радиация.

Растенията, за разлика от нас, хората, следват присъщите биологични ритми много точно, което гарантира правилното им развитие и енергийна ефективност:

Например светещият морски живот, гъбичките и водораслите, отделят луминесцентно вещество, което придава студен блясък само през нощта. Това е много рационален подход: през деня слабото сияние няма да има ефект.

Заслужава специално внимание синхронност на биологичните ритми на растения и насекоми:

Цветята се отварят, за да освободят нектар и цветен прашец в точно определено време, когато пристигнат насекоми, които ги опрашват. Подобна съгласуваност позволява на пчелите, осите и другите насекоми да използват енергията си рационално, без да правят ненужни полети, в търсене на храна, а растенията - да произвеждат своевременно нектар и цветен прашец.

Това взаимно "сътрудничество" не се нарушава, дори ако условията на местообитанието са изкуствено променени за кратко време: честотата на осветление, температурата и влажността. Цветята се отварят в точното време и опрашителите пристигат за храна в определения час.

"Мечта за цветя"

Изтъкнатият шведски учен от 18-ти век Карл Линей изучава поведението на цъфтящите растения и му дава името „мечтата на цветята“. След като откри законите на това явление, той намери практическо приложение за него, създавайки първия в света часовник за цветя:

цветя бяха засадени в необичайна цветна леха в Упсала, цъфтящи в строга последователност. Циферблатът беше съставен от сектори от растения от различни видове, часовникът нямаше стрелки и цифри, но точно показваше точното време и работеше без повреди. Всяко цвете се отвори в точно определен час.

Цветният часовник стана гордостта на учения и впоследствие с неговата лека ръка копия от тях се появиха в други градове на Европа.

Във всяка географска област растението цъфти според собствените си закони: едно и също цвете ще отвори венчелистчетата си по различно време във Франция, Украйна или Кавказ.

И какъв ритъм следва метаболизмът на картофите?

Експериментите се провеждат в тъмно запечатан контейнер и се свеждат до бавно окисление: цилиндри с очи се изрязват от грудките и от очите се развиват кълнове. Наблюденията показват, че обменът е подчинен на строго дневен ритъм и също зависи от промените в атмосферното налягане: с увеличаване на налягането скоростта на метаболизма (абсорбцията на кислород) намалява.

Но най-интересното е, че промените се случват 2 дни преди промените в атмосферата, въпреки факта, че картофите са напълно изолирани от външната среда.

Това означава, че не само човек реагира на промените в метеорологичните условия с болки в костите, но и всички организми и техните живи части (цилиндри от картофени клубени).

Практическо приложение на биологичните ритми

За успешен контрол на плевелите трябва да знаете времето, когато плевелите са най-податливи на хербициди, както и времето, когато посевите са най-малко чувствителни към тях.

Източници: А. Борбели "Тайната на съня", Р. Сатер, А. Галстън, П. Дейвис "Животът на зелено растение" (преведено от английски под редакцията на Н. П. Воскресенская), Велика съветска енциклопедия.

Елена Клапан за проекта Сънната кантата

Положителната енергия на стайните растения. 15 описания със снимки.
Стайни растения за спалнята, които са най-полезни. 24 описания със снимки.
Интересни факти за съня: спим ли нощем, сънят е спасение от лудост, колко сън ни е необходим за дълголетие и т.н.