Har du tid? Samma mishra / Shutterstock

Alla som har rest över flera tidszoner och lidit jetlag kommer att förstå hur kraftfull vår biologiska klockor är. Faktum är att varje cell i människokroppen har sin egen molekylklocka, som kan generera en daglig ökning och minskning av antalet många proteiner som kroppen producerar under en 24-timmars cykel. Hjärnan innehåller en masterklocka som håller resten av kroppen synkroniserad, med hjälp av ljussignaler från ögonen för att hålla i tid med miljön.

Växter har liknande cirkadiska rytmer som hjälper dem att berätta tiden på dagen och förbereda växter för fotosyntes före gryningen, aktivera värmeskyddsmekanismer före den hetaste delen av dagen, och att producera nektar när pollinatorerna troligen kommer att besöka. Och precis som hos människor verkar varje cell i växten ha sin egen klocka.

Våra ögon och hjärnor förlitar sig på solljus för att koordinera aktivitet i kroppen beroende på tid på dagen. Yomogi1 / Shutterstock

Men till skillnad från människor, har växter inte en hjärna för att hålla sina klockor synkroniserade. Så hur koordinerar växter sina cellrytmer? Vår ny forskning visar att alla celler i anläggningen delvis samordnas genom något som kallas lokal självorganisation. Detta är effektivt de växtceller som kommunicerar sin tidpunkt med angränsande celler, på liknande sätt som hur fiskskolor och flockar av fåglar samordna sina rörelser genom att interagera med sina grannar.

Tidigare forskning fann att klockans tid är olika i olika delar av en anläggning. Dessa skillnader kan detekteras genom att mäta tidpunkten för de dagliga topparna i produktionen av klockproteiner i de olika organen. Dessa klockproteiner genererar 24-timmars svängningar i biologiska processer.

Till exempel aktiverar klockproteiner produktionen av andra proteiner som är ansvariga för fotosyntes i blad strax före gryningen. Vi bestämde oss för att undersöka klockan över alla växtens stora organ för att hjälpa oss förstå hur växter samordnar deras tidpunkt för att hålla hela anläggningen tickande i harmoni.

Vad gör att växter kryssar

Vi fann att i thale cress (Arabidopsis thaliana) plantor, antalet klockproteiner toppar vid olika tidpunkter i varje organ. Organ, såsom löv, rötter och stjälkar, får olika signaler från sin lokala mikromiljö, såsom ljus och temperatur, och använder denna information för att självständigt ställa in sin egen takt.

Om rytmer i olika organ inte synkroniseras, lider växter av ett slags inre jetlag? Medan de enskilda klockorna i olika organ toppar vid olika tidpunkter resulterade detta inte i fullständigt kaos. Överraskande började celler att bilda rumsliga vågmönster, där grannceller släpar i tiden något efter varandra. Det är lite som en stadion eller "mexikansk" våg av sportfans som står upp efter folket bredvid dem för att skapa en vågliknande rörelse genom publiken.

Växtceller kommunicerar mellan sina grannar för att koordinera tiden. James Locke, författare tillhandahålls

Vårt arbete visar att dessa vågor beror på skillnaderna mellan organ när celler börjar kommunicera. När antalet klockproteiner i en cell toppar, kommunicerar cellen detta till sina långsammare grannar, som följer den första cellens bly och producerar fler klockproteiner också. Dessa celler gör sedan samma sak mot sina grannar, och så vidare. Sådana mönster kan observeras någon annanstans i naturen. Vissa eldflugtyper bildar rumsliga vågmönster som de synkronisera deras blinkningar med sina grannar.

Lokalt beslutsfattande av celler, i kombination med signalering mellan dem, kan vara hur växter fattar beslut utan hjärna. Det gör att celler i olika delar av växten kan fatta olika beslut om hur de ska växa. Celler i skott och rot kan optimera tillväxten separat till sina lokala förhållanden. Skjutningen kan böja sig mot det där ljuset är obehindrat och rötterna kan växa mot vatten eller mer näringsrik jord. Det kan också tillåta växter att överleva förlusten av organ genom skador eller ätas av en växtätare.

Detta kan förklara hur växter kontinuerligt kan anpassa sin tillväxt och utveckling för att hantera förändringar i sin miljö, som forskare kallar ”plastisitet”. Att förstå hur växter fattar beslut är inte bara intressant, det kommer att hjälpa forskare att avla nya växtsorter som kan reagera på deras allt mer föränderliga miljö med klimatförändringar.

Om Författarna

Mark Greenwood, doktorander i cellulärbiologi, University of Cambridge och James Locke, forskargruppsledare i systembiologi, University of Cambridge

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

användning