Екатерина Русакова

Немецкие биологи выяснили, как растения выбирают стратегию роста, чтобы обогнать растущих рядом конкурентов. Как сообщается в Nature Communications, они способны оценить конкурентную способность своих соседей и в соответствии с этим оптимизировать свою собственную стратегию роста.

Растения могут узнавать о присутствии растущих поблизости конкурентов по уменьшению фотосинтетически активной радиации (ФАР), которую растения используют для фотосинтеза. Также растения обнаруживают конкурентов по соотношению света красного и дальнего красного диапазонов спектра, которые инициируют работу пигмента фитохрома, необходимого для нормальной жизнедеятельности растений, а еще они могут распознавать соседей по механическому воздействию или по летучим веществам.

Конкурировать с соседями за солнечный свет растения тоже могут несколькими способами. Они могут «научиться» быстро расти вверх, избегая тени, или менять угол роста листьев, чтобы те получали больше солнечного света. Противоположный вариант — привыкание к тени; в этом случае растения увеличивают поверхность листьев, чтобы улавливать больше солнечного света, или приспосабливаются к его нехватке и довольствуются менее активным фотосинтезом. Третьей стратегией пользуются ползучие растения, которые могут расти вбок, избегая соседей.

Potentilla reptans

Olivier Pichard / Wikimedia Commons

В новом исследовании биологи под руководством Михала Грунтмана (Michal Gruntman) из Тюбингенского университета решили ответить на вопрос, могут ли растения приспосабливаться к количеству и росту соседей-конкурентов и выбирать стратегию роста в соответствии с ситуацией. В качестве подопытного растения они выбрали ползучую лапчатку, Potentilla reptans, которая может использовать все три стратегии роста. Исследователи окружили каждое растение полосками прозрачного зеленого пластика разной высоты, которые находились на разном расстоянии от растения. Расстояние между полосками пластика тоже различалось. Так авторы статьи имитировали разную высоту и количество растущих рядом конкурентов. Чтобы понять, какую стратегию предпочли растения лапчатки, ученые измеряли высоту их стеблей, размеры листьев и смотрели на наличие и длину боковых побегов.

a-f: дизайн эксперимента. Справа: растение лапчатки с описанием некоторых измеренных параметров.

Gruntman et al. / Nature Communications, 2017

Оказалось, что растения лапчатки выбирали стратегию роста в зависимости от того, какие соседи их окружали. В присутствии невысоких, густо растущих конкурентов они вытягивались вверх. Если их окружало небольшое количество высоких соседей, растения давали боковые побеги. В случае большого количества высоких конкурентов, лапчатка отращивала большие листья, которые могли улавливать больше солнечного света.

«Способность выбирать подходящую стратегию роста, каждая из которых приведет к разным результатам, особенно важна..., когда растения находятся рядом с соседями разной высоты, возраста, редко или густо растущими. Так что они должны уметь выбирать соответствующую реакцию», — говорит Грунтман.

Ранее исследователи сконструировали генномодифицированные растения табака с более эффективным фотосинтезом. Когда растения получают много солнечного света, часть энергии они рассеивают в виде тепла. Попав в тень, они какое-то время продолжают испускать тепло. Генномодифицированные растения табака быстрее обычных повышали активность фотосинтеза и не теряли продуктивности.

N+1