มีเวลา? Sameer Mishra/Shutterstock

ใครก็ตามที่เดินทางข้ามเขตเวลาหลายเขตและได้รับความเดือดร้อน jet lag จะเข้าใจว่าเราแข็งแกร่งเพียงใด นาฬิกาชีวภาพคือ. อันที่จริง ทุกเซลล์ในร่างกายมนุษย์มีนาฬิกาโมเลกุลของตัวเอง ซึ่งสามารถสร้างโปรตีนจำนวนมากขึ้นและลดลงในแต่ละวันที่ร่างกายผลิตได้ตลอดวงจร 24 ชั่วโมง สมองมีนาฬิกาหลักที่ช่วยให้ส่วนอื่นๆ ของร่างกายประสานกันโดยใช้ สัญญาณไฟ จากดวงตาเพื่อให้ทันกับสิ่งแวดล้อม

พืชมีจังหวะชีวิตที่คล้ายคลึงกันซึ่งช่วยบอกเวลาของวัน โดยเตรียมพืชสำหรับการสังเคราะห์แสงก่อนรุ่งสาง เปิดกลไกป้องกันความร้อน ก่อนช่วงที่ร้อนที่สุดของวันและผลิตน้ำหวานเมื่อแมลงผสมเกสรมักจะไปเยี่ยม และเช่นเดียวกับในมนุษย์ ทุกเซลล์ในพืชมีนาฬิกาของตัวเอง

ดวงตาและสมองของเราอาศัยแสงแดดเพื่อประสานกิจกรรมในร่างกายตามเวลาของวัน โยโมกิ1/Shutterstock

แต่ต่างจากมนุษย์ พืชไม่มีสมองที่จะคอยซิงโครไนซ์นาฬิกา แล้วพืชจะประสานจังหวะของเซลล์ได้อย่างไร? ของเรา การวิจัยใหม่ แสดงให้เห็นว่าเซลล์ทั้งหมดในพืชประสานกันบางส่วนผ่านสิ่งที่เรียกว่าการจัดระเบียบตนเองในท้องถิ่น นี่เป็นวิธีที่เซลล์พืชสามารถสื่อสารเวลากับเซลล์ข้างเคียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในลักษณะเดียวกันกับวิธีการ in ฝูงปลา และ ฝูงนก ประสานการเคลื่อนไหวโดยโต้ตอบกับเพื่อนบ้าน

งานวิจัยก่อนหน้านี้ พบว่าเวลาของนาฬิกาแตกต่างกันไปตามส่วนต่างๆ ของพืช ความแตกต่างเหล่านี้สามารถตรวจพบได้โดยการวัดเวลาของยอดรายวันในการผลิตโปรตีนนาฬิกาในอวัยวะต่างๆ โปรตีนนาฬิกาเหล่านี้สร้างการสั่นตลอด 24 ชั่วโมงในกระบวนการทางชีววิทยา

ตัวอย่างเช่น โปรตีนนาฬิกากระตุ้นการผลิตโปรตีนอื่นๆ ที่มีหน้าที่ในการสังเคราะห์แสงในใบไม้ก่อนรุ่งสาง เราตัดสินใจตรวจสอบนาฬิกาในอวัยวะสำคัญๆ ของพืชเพื่อช่วยให้เราเข้าใจว่าพืชประสานเวลาอย่างไรเพื่อให้พืชทั้งหมดทำงานอย่างกลมกลืน

อะไรทำให้พืชเห็บ

เราพบว่าในท้องทะเลเครส (อะราบิดอปซิส ทาเลียนา) ต้นกล้า จำนวนโปรตีนนาฬิกาจะสูงสุดในช่วงเวลาที่ต่างกันในแต่ละอวัยวะ อวัยวะต่างๆ เช่น ใบ ราก และลำต้น รับสัญญาณที่แตกต่างจากสภาพแวดล้อมจุลภาคในท้องถิ่น เช่น แสงและอุณหภูมิ และใช้ข้อมูลนี้เพื่อกำหนดจังหวะของตนเองอย่างอิสระ

หากจังหวะในอวัยวะต่าง ๆ ไม่ตรงกัน พืชมีอาการเจ็ทแล็กภายในหรือไม่? แม้ว่านาฬิกาแต่ละเรือนในอวัยวะต่างๆ จะสูงสุดในช่วงเวลาที่ต่างกัน แต่ก็ไม่ได้ทำให้เกิดความสับสนวุ่นวายอย่างสมบูรณ์ น่าแปลกที่เซลล์เริ่มสร้างรูปแบบคลื่นเชิงพื้นที่ โดยที่เซลล์เพื่อนบ้านจะล้าหลังกันเล็กน้อย มันเหมือนกับสนามกีฬาหรือ "เม็กซิกัน" ของแฟนกีฬาที่ยืนขึ้นหลังจากคนที่อยู่ข้างๆพวกเขาเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวเหมือนคลื่นผ่านฝูงชน

เซลล์พืชสื่อสารระหว่างเพื่อนบ้านเพื่อประสานเวลา James Locke ผู้เขียนจัดให้

งานของเราแสดงให้เห็นว่าคลื่นเหล่านี้เกิดจากความแตกต่างระหว่างอวัยวะต่างๆ เมื่อเซลล์เริ่มสื่อสารกัน เมื่อจำนวนโปรตีนนาฬิกาในเซลล์หนึ่งถึงจุดสูงสุด เซลล์จะสื่อสารสิ่งนี้กับเพื่อนบ้านที่ช้ากว่า ซึ่งเป็นไปตามตะกั่วของเซลล์แรกและผลิตโปรตีนนาฬิกามากขึ้นด้วย เซลล์เหล่านี้ก็ทำแบบเดียวกันกับเพื่อนบ้านเป็นต้น รูปแบบดังกล่าวสามารถสังเกตได้จากที่อื่นในธรรมชาติ หิ่งห้อยบางชนิดก่อรูปคลื่นตามพื้นที่ as ประสานแสงแฟลชของพวกเขา flash กับเพื่อนบ้านของพวกเขา

การตัดสินใจในท้องถิ่นโดยเซลล์ รวมกับการส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ อาจเป็นวิธีที่พืชตัดสินใจโดยไม่ต้องใช้สมอง ช่วยให้เซลล์ในส่วนต่าง ๆ ของพืชสามารถตัดสินใจได้ว่าจะเติบโตอย่างไร เซลล์ในหน่อและรากสามารถแยกการเจริญเติบโตที่เหมาะสมกับสภาพท้องถิ่นได้ หน่อสามารถโค้งงอไปยังที่ที่ไม่มีแสงมาขวางกั้น และรากสามารถเติบโตเข้าหาน้ำหรือดินที่อุดมด้วยสารอาหารมากขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยให้พืชสามารถ รอดตายจากการสูญเสียอวัยวะ โดยความเสียหายหรือถูกกินโดยสัตว์กินพืช

สิ่งนี้อาจอธิบายได้ว่าพืชสามารถปรับการเจริญเติบโตและการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมได้อย่างไร ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "ความเป็นพลาสติก" การทำความเข้าใจว่าพืชตัดสินใจอย่างไรนั้นไม่เพียงแต่น่าสนใจ แต่ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเพาะพันธุ์พืชชนิดใหม่ๆ ที่สามารถตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงได้มากขึ้นด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

เกี่ยวกับผู้แต่ง

มาร์ค กรีนวูด นักวิจัยระดับปริญญาเอกด้านชีววิทยาเซลล์ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ และ James Locke หัวหน้ากลุ่มวิจัยด้านชีววิทยาระบบ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

ไอเอ็นจี