Ученые засняли, как пробиваются корни растений, в режиме таймлапс

Исследователи из США выяснили, что корни саженцев зарываются в почву по спирали. Они установили камеру на прорастающих в прозрачном геле семенах риса и делали снимки каждые 15 минут в течение нескольких дней после прорастания.

Исследователи из Университета Дьюка (США) выяснили, что корни саженцев зарываются в почву по спирали. Они установили камеру перед прорастающими в прозрачном геле семенами риса и делали снимки каждые 15 минут в течение нескольких дней после прорастания. Так ученые смогли увидеть процесс, который обычно происходит очень медленно, сообщает пресс-служба университета. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Когда ученые воспроизвели отснятый материал со скоростью 15 кадров в секунду, сократив 100 часов роста до менее чем минуты, они увидели, что рисовые корни используют трюк, чтобы закрепиться в почве: их кончики закручиваются в землю по спирали, как штопор.

После этого ученые посмотрели, как двигается робот, похожий на корень, чтобы понять, как и почему кончики корней растений вращаются во время роста.

Первая подсказка: некоторые корни не могут вкручиваться по спирали. Ученые обнаружили, что виной всему является мутация в гене HK1, которая заставляет корни расти прямо вниз, а не кружиться и извиваться, как это делают другие корни. Команда также отметила, что корни с мутацией в гене уходили под землю в два раза глубже, чем нормальные корни.

Наблюдения за нормальными и мутантными корнями риса, растущими над перфорированной пластиковой пластиной, показали, что нормальные спиралевидные корни в три раза чаще находят отверстие в земле и вырастают на другую сторону.

Для создания робота команда взяла две надувные пластиковые трубы и вложила их друг в друга. При изменении давления воздуха мягкая внутренняя трубка выталкивалась изнутри наружу, в результате чего робот удлинялся от кончика. Сжатие противоположных пар искусственных «мускулов» заставляло кончик робота изгибаться из стороны в сторону по мере роста.

Даже без сложных датчиков или элементов управления роботизированный корень все еще мог преодолевать препятствия и находить путь через колышки. Но когда изгибание из стороны в сторону прекратилось, робот быстро застрял в колышке.

Наконец, команда вырастила обычные и мутантные семена риса в грунтовой смеси, используемой для бейсбольных полей, чтобы проверить их на препятствиях, с которыми корень действительно может столкнуться в почве. Конечно, в то время как у мутантов были проблемы с зацепом, нормальные корни со спиралевидными кончиками могли проходить сквозь них.

Рост «штопора» на кончике корня координируется растительным гормоном ауксином – веществом роста, которое, по мнению исследователей, может перемещаться по кончику растущего корня волнообразно. Накопление ауксина на одной стороне корня приводит к тому, что эти клетки удлиняются меньше, чем клетки на другой стороне, и кончик корня изгибается в этом направлении.

Исследователи обнаружили, что растения, несущие мутацию HK1, не могут закручиваться из-за дефекта в том, как ауксин переносится от клетки к клетке. Если блокируется этот гормон – корни теряют способность вращаться. Работа помогает ученым понять, как корни растений растут в твердой, уплотненной почве.