Ada masa? Sameer mishra / Shutterstock

Sesiapa yang telah mengembara merentasi pelbagai zon masa dan mengalami jet lag akan memahami betapa berkuasa kami jam biologi adalah. Sebenarnya, setiap sel dalam tubuh manusia mempunyai jam molekulnya sendiri, yang mampu menghasilkan kenaikan harian dan jatuh dalam banyak protein yang dihasilkan oleh badan dalam kitaran 24-jam. Otak mengandungi jam induk yang menjaga selebihnya badan dalam segerak, menggunakan isyarat lampu dari mata untuk menjaga masa dengan alam sekitar.

Tumbuhan mempunyai irama sirkadian yang sama yang membantu mereka memberitahu masa hari, menyediakan tumbuh-tumbuhan untuk fotosintesis sebelum fajar, menghidupkan mekanisme perlindungan panas sebelum bahagian paling panas hari ini, dan menghasilkan nektar apabila pendebunga kemungkinan besar akan dikunjungi. Dan sama seperti pada manusia, setiap sel dalam tumbuhan kelihatan mempunyai jam sendiri.

Mata dan otak kita bergantung kepada cahaya matahari untuk menyelaraskan aktiviti dalam tubuh mengikut masa. Yomogi1 / Shutterstock

Tetapi tidak seperti manusia, tumbuhan tidak mempunyai otak untuk memastikan jam mereka disegerakkan. Jadi bagaimana tumbuhan menyelaraskan irama selular mereka? Kami penyelidikan baru menunjukkan bahawa semua sel di dalam tumbuhan menyelaraskan sebahagiannya melalui sesuatu yang dinamakan organisasi sendiri tempatan. Ini sel-sel tumbuhan berkesan menyampaikan masa mereka dengan sel jiran, dengan cara yang sama seperti bagaimana sekolah ikan and kawanan burung menyelaraskan pergerakan mereka dengan berinteraksi dengan jiran mereka.

Penyelidikan sebelumnya mendapati bahawa masa jam berbeza di bahagian-bahagian yang berbeza dari tumbuhan. Perbezaan ini dapat dikesan dengan mengukur masa puncak harian dalam pengeluaran protein jam di organ-organ yang berbeza. Protein jam ini menjana ayunan 24-jam dalam proses biologi.

Sebagai contoh, jam protein mengaktifkan pengeluaran protein lain yang bertanggungjawab untuk fotosintesis pada daun sebelum subuh. Kami memutuskan untuk memeriksa jam di seluruh organ utama tumbuhan untuk membantu kami memahami bagaimana tumbuhan menyelaraskan masa mereka untuk memastikan keseluruhan tumbuhan berdetik dalam keharmonian.

Apa yang membuat tanaman kelihatan

Kami mendapati bahawa dalam cress thale (Arabidopsis thaliana) benih, jumlah jam protein puncak pada masa yang berlainan dalam setiap organ. Organ, seperti daun, akar dan batang, menerima isyarat berbeza dari persekitaran mikro tempatan mereka, seperti cahaya dan suhu, dan menggunakan maklumat ini untuk menetapkan kadar mereka sendiri.

Jika irama dalam organ-organ yang berbeza tidak disegerakkan, apakah tumbuhan mengalami jenis jet lag dalaman? Walaupun jam individu di puncak organ yang berbeza pada masa yang berlainan, ini tidak menyebabkan kekacauan lengkap. Secara mengejutkan, sel-sel mula membentuk corak gelombang ruang, di mana sel-sel jiran lag dalam masa sedikit di belakang satu sama lain. Ia agak seperti stadium atau gelombang "Mexico" peminat sukan berdiri selepas orang-orang di sebelah mereka membuat gerakan seperti gelombang melalui orang ramai.

Sel tumbuhan berkomunikasi antara jiran mereka untuk menyelaraskan masa. James Locke, Pengarang disediakan

Kerja kami menunjukkan bahawa gelombang ini timbul daripada perbezaan di antara organ-organ seperti sel-sel mula berkomunikasi. Apabila bilangan protein jam di puncak satu sel, sel berkomunikasi ini kepada jiran yang lebih perlahan, yang mengikuti petunjuk sel pertama dan menghasilkan lebih banyak protein jam. Sel-sel ini kemudian melakukan perkara yang sama kepada jiran-jirannya, dan sebagainya. Corak sedemikian boleh dilihat di tempat lain. Sesetengah spesis kerang membentuk corak gelombang spatial menyegerakkan kilat mereka dengan jiran mereka.

Pengambilan keputusan tempatan oleh sel, digabungkan dengan isyarat antara mereka, mungkin bagaimana tumbuhan membuat keputusan tanpa otak. Ia membolehkan sel-sel di bahagian-bahagian yang berbeza dari tumbuhan untuk membuat keputusan yang berbeza tentang bagaimana untuk berkembang. Sel-sel dalam tangkapan dan akar boleh mengoptimumkan pertumbuhan secara berasingan kepada keadaan tempatan mereka. Pucuk boleh melengkung ke arah di mana cahaya tidak terhalang dan akar dapat tumbuh ke arah air atau tanah yang kaya dengan nutrien. Ia juga boleh membenarkan tumbuhan bertahan hidup kehilangan organ melalui kerosakan atau dimakan oleh herbivora.

Ini mungkin menjelaskan bagaimana tumbuh-tumbuhan mampu menyesuaikan pertumbuhan dan perkembangan mereka secara berterusan untuk menghadapi perubahan dalam persekitaran mereka, yang mana para saintis memanggil "kepekaan". Memahami bagaimana tumbuhan membuat keputusan bukan hanya menarik, ia akan membantu saintis membiakkan pelbagai jenis tumbuhan baru yang boleh bertindak balas terhadap persekitaran yang semakin berubah dengan perubahan iklim.

Mengenai Pengarang

Mark Greenwood, Penyelidik PhD dalam Biologi Selular, Universiti Cambridge dan James Locke, Pemimpin Kumpulan Penyelidikan dalam Sistem Biologi, Universiti Cambridge

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.

ing