นักชีววิทยาพืชได้ค้นพบว่าดอกทานตะวันใช้นาฬิกา circadian ภายในของพวกเขาทำหน้าที่เกี่ยวกับฮอร์โมนการเจริญเติบโตเพื่อติดตามดวงอาทิตย์ในระหว่างวันที่พวกเขาเติบโต

Stacey Harmer ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาพืชแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส และผู้เขียนอาวุโสของบทความในวารสารกล่าวว่า "นี่เป็นตัวอย่างแรกของนาฬิกาของพืชที่ปรับการเจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ และมีผลกระทบต่อพืชอย่างแท้จริง" วิทยาศาสตร์.

Harmer เป็นนักชีววิทยาระดับโมเลกุลที่ศึกษานาฬิกาชีวิตปกติในห้องปฏิบัติการ in Arabidopsisซึ่งมีขนาดเล็กกว่าดอกทานตะวันอย่างเห็นได้ชัด ก่อนหน้านี้ ห้องทดลองของ Harmer ได้ค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างยีน "นาฬิกา" กับฮอร์โมนพืชออกซิน ซึ่งควบคุมการเจริญเติบโต แต่นักวิจัยต้องการตัวอย่างเพื่อดำเนินการ และพวกเขาพบมันในดอกทานตะวัน

หันหน้าผิดทาง

ดอกทานตะวันที่กำลังเติบโตเริ่มต้นวันใหม่โดยหันหัวไปทางทิศตะวันออก แกว่งไปทางตะวันตกตลอดวัน และหันกลับไปทางทิศตะวันออกในตอนกลางคืน

“โรงงานคาดการณ์เวลาและทิศทางของรุ่งอรุณ และสำหรับฉันนั่นดูเหมือนเป็นเหตุผลที่ต้องมีการเชื่อมโยงระหว่างนาฬิกากับเส้นทางการเติบโต” Harmer กล่าว นักวิทยาศาสตร์ย้อนหลังไปถึงปี พ.ศ. 1898 ได้บรรยายถึงพฤติกรรมของดอกทานตะวันนี้ แต่ก่อนหน้านี้ไม่มีใครเคยคิดว่าจะเชื่อมโยงมันกับจังหวะชีวิต

Hagop Atamian นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องทดลองของ Harmer โดยร่วมมือกับห้องทดลองของ Benjamin Blackman ที่มหาวิทยาลัยเวอร์จิเนีย (ปัจจุบันอยู่ที่ UC Berkeley) ได้ทำการทดลองหลายชุดกับดอกทานตะวันในทุ่งนา ในกระถางกลางแจ้ง และในห้องปลูกในร่ม .

โดยการปักหลักต้นไม้เพื่อไม่ให้เคลื่อนไหว หรือเปลี่ยนกระถางต้นไม้ทุกวันเพื่อให้พวกเขาหันไปทางที่ผิด Atamian แสดงให้เห็นว่าเขาสามารถขัดขวางความสามารถในการติดตามดวงอาทิตย์ได้ การติดตามแสงแดดช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตให้กับพืช นักวิจัยพบว่าดอกทานตะวันที่ปักหลักเพื่อไม่ให้เคลื่อนที่ได้ทำให้ชีวมวลลดลงและพื้นที่ใบน้อยกว่าที่ทำ

เมื่อพืชถูกย้ายเข้าไปในห้องปลูกในร่มที่มีแสงเหนือศีรษะที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ พวกมันยังคงแกว่งไปมาเป็นเวลาสองสามวัน นั่นคือพฤติกรรมที่คุณคาดหวังจากกลไกที่ขับเคลื่อนด้วยนาฬิกาภายใน Harmer กล่าว

ในที่สุด พืชในร่มก็เริ่มติดตาม "ดวงอาทิตย์" อีกครั้งเมื่อแหล่งกำเนิดแสงที่มองเห็นได้เคลื่อนผ่านห้องปลูกโดยการเปิดและปิดไฟที่อยู่ติดกันในระหว่างวัน พืชสามารถติดตามการเคลื่อนไหวได้อย่างน่าเชื่อถือและกลับมาในเวลากลางคืนเมื่อวันเทียมใกล้เคียงกับวัฏจักร 24 ชั่วโมง แต่ไม่ใช่เมื่อใกล้ถึง 30 ชั่วโมง

ตะวันออกและตะวันตก

แล้วพืชจะขยับลำต้นในระหว่างวันได้อย่างไร? Atamian วางจุดหมึกบนก้านและถ่ายด้วยกล้องวิดีโอ ในวิดีโอเหลื่อมเวลา เขาสามารถวัดระยะห่างระหว่างจุดต่างๆ ที่เปลี่ยนไปได้

เมื่อพืชไล่ตามดวงอาทิตย์ เขาพบว่าด้านตะวันออกของลำต้นโตเร็วกว่าฝั่งตะวันตก ในตอนกลางคืน ฝั่งตะวันตกโตเร็วขึ้นเมื่อก้านเหวี่ยงไปทางอื่น ทีมวิจัยได้ระบุยีนจำนวนหนึ่งซึ่งแสดงออกมาในระดับที่สูงกว่าทางฝั่งดวงอาทิตย์ของพืชในตอนกลางวัน หรืออีกด้านหนึ่งในตอนกลางคืน

Harmer กล่าวว่ามีกลไกการเจริญเติบโตสองอย่างที่ทำงานในก้านดอกทานตะวัน ขั้นแรกกำหนดอัตราการเจริญเติบโตขั้นพื้นฐานสำหรับพืชโดยพิจารณาจากแสงที่มีอยู่ อย่างที่สอง ซึ่งควบคุมโดยนาฬิกาชีวิตและได้รับอิทธิพลจากทิศทางของแสง ทำให้ก้านโตข้างหนึ่งมากกว่าอีกข้างหนึ่ง ดังนั้นจึงแกว่งไปทางตะวันออกไปตะวันตกในตอนกลางวัน

เมื่อดอกทานตะวันเติบโตเต็มที่และดอกบาน การเจริญเติบโตโดยรวมก็ช้าลง และพืชหยุดเคลื่อนไหวในระหว่างวันและปักหลักโดยหันหน้าไปทางทิศตะวันออก อาจเป็นเพราะเมื่อการเจริญเติบโตโดยรวมช้าลง นาฬิกาชีวิตช่วยให้พืชตอบสนองต่อแสงได้แรงกว่าในตอนบ่ายหรือตอนเย็น ดังนั้นพืชจึงค่อยๆ หยุดเคลื่อนที่ไปทางทิศตะวันตกในระหว่างวัน

'ผึ้งชอบดอกไม้อบอุ่น'

ทำไมดอกทานตะวันที่โตแล้วหันไปทางทิศตะวันออกล่ะ? นักวิจัยได้ปลูกทานตะวันในกระถางในทุ่ง และหมุนบางส่วนไปทางทิศตะวันตก โดยการวัดดอกไม้ด้วยกล้องอินฟราเรด พวกเขาพบว่าดอกทานตะวันที่หันไปทางทิศตะวันออกร้อนขึ้นเร็วขึ้นในตอนเช้า และยังดึงดูดแมลงผสมเกสรถึงห้าเท่า การให้ความร้อนกับดอกไม้ที่หันไปทางทิศตะวันตกด้วยเครื่องทำความร้อนแบบพกพาทำให้แมลงผสมเกสรกลับมาที่ดอกไม้มากขึ้น

“ผึ้งเหมือนดอกไม้ที่อบอุ่น” Harmer กล่าว

แอน ซิลเวสเตอร์ ผู้อำนวยการโครงการกล่าวว่า “เช่นเดียวกับมนุษย์ พืชอาศัยจังหวะในแต่ละวันของกลางวันและกลางคืน” “ดอกทานตะวันก็เหมือนแผงโซลาร์เซลล์ที่ตามดวงอาทิตย์จากตะวันออกไปตะวันตก นักวิจัยเหล่านี้ใช้ข้อมูลในจีโนมของดอกทานตะวันเพื่อทำความเข้าใจว่าดอกทานตะวันติดตามดวงอาทิตย์ได้อย่างไรและทำไม”

ผู้เขียนร่วมเพิ่มเติมของบทความนี้ ได้แก่ Nicky Creux ที่ UC Davis และ Evan Brown และ Austin Garner จาก University of Virginia โครงการวิจัยจีโนมพืชของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสนับสนุนงานนี้

ที่มา: เดวิส UC

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน