Придет ли то время, когда мы будем сеять пшеницу на другой планете? Возможно! Ученые проводили исследования, которые основывались на поведении растений в космосе. Как ведут себя растения, когда на них влияет гравитация? Растения, как и животные, обладают поведением, они чувствительны к изменениям окружающей среды, например, температуры, света, силы тяжести. Растения могут определять свое положение в пространстве!

Гравитация: растению маленький шаг, а ученому открытие

Гравитацией называется взаимодействие между телами как живыми, так и неодушевленными. Гравитация благотворно влияет на развитие растений. Благодаря ей растения могут определять свое положение в окружающем пространстве и использовать поляризованный свет, чтобы изменить свое положение. Естественная реакция на гравитацию у растений называется «гравитропизм» - рост органов направлен относительно вектора гравитации. У стеблей растений отрицательный гравитропизм, они растут вверх, преодолевая силу тяжести, а у корней положительный, так как они растут к центру Земли.

                     Опытное растение Arabidopsisthaliana, которое растет в вертикальном положении (А), при гравистимуляции (Б).

Что происходит с корнями? Растениям намного проще удерживать положение, закрепляясь в грунте, а не в воде или в воздухе. Почва является для них богатой питательной средой. Корни растения всегда стремятся к источнику воды. Поэтому возникает положительный гравитропизм. Но существует другой вид гравитропизма, он менее известный, но интересный для проведения исследований. Другой вид – способность формировать изгибы в ответ на изменение положения в пространстве. Иначе такое явление называется – гравиотропические изгибы.

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета под руководством Григория Пожванова проводили опыты над арабидопсисом или резуховидкой Таля. Растение было выращено в специальной прозрачной емкости, чтобы за поведением корня можно было наблюдать. Молодое растение в горшке положили горизонтально и, уже через 6-7 часов корешок стал стремиться вниз, а стебель изгибаться и тянуться вверх.

Достижения арабидопсиса в космосе

Когда корень растения под землей встречает препятствие, например, камень или твердую породу, то корень огибает препятствие и снова растет вниз. Это называется процессом углового смещения. Так ведет себя корень растения на Земле, но исследователям из Флориды посчастливилось наблюдать за поведением растения в космосе.

На орбите Земли сила притяжения не действует. Молодые растения арабидопсиса посадили в специальные емкости и установили за ними видео и фотонаблюдение. На протяжении 15 дней каждые шесть часов камера делала снимок. Полученные данные предавались в Центр космических исследований на Землю, где молодые арабсидопсисы проходили такое же испытание, но только под действием земной гравитации.

Арабидопсис хорошо приспособился к состоянию невесомости, молодые побеги почти ничем не отличались от земных. Корень продолжал расти вниз! Как? Ответ прост, молодое растение использовало свет для определения своего положения в пространстве, там, где светло – верх, а где темно – низ. Корни также огибали препятствия, но у космических арабсидопсисов отклонения корня были сильнее. Получается, что гравитация никак не влияет на завивание корней растений.

                                                                                   Арабидопсис на Земле и в космосе

Растения арабидопсиса, которые росли на Земле (А), на борту космической станции (В). Обратите внимание на бóльшее отклонение корней у «космических» проростков, в остальном растения похожи. Кстати, арабидопсис — это самое первое растение, проявившее себя не только в опытах по влиянию гравитации на рост, но также прошло полный цикл своего развития в космосе.

Органы чувств растений

Корневой статоцит (вертикальное положение). А — проксимальная часть клетки (расположена ближе к центру). В — дистальная часть клетки (находится на периферии). 1 — клеточная стенка, 2 — эндоплазматический ретикулум, 3 — плазмодесма, 4 — ядро, 5 — митохондрия, 6 — цитоплазма, 7 — статолит, 8 — корень, 9 — корневой чехлик, 10 — статоцит.

Как растение определяет верх и низ? Человеку просто. Но природа не обошла растения стороной и дала специальные группы-клеток – статоциты. Статоциты содержат определенные тяжелые структуры, которые быстро оседают под действием силы притяжения. Образования называются статолитами. Если растение пригнуть к земле, то статолиты осаждаются под воздействием силы притяжения, и появляются новые низ и верх. Низ будет там, где расположились статолиты. Затем начинаются химические реакции, которые преобразовывают осаждение статолитов в биохимический процесс, он, в свою очередь, дает гравиотропический ответ.