Проприоцепция — это способность, с помощью которой живые организмы воспринимают положение частей своего тела в пространстве. Долгое время считалось, что она характерна только для животных. В 2012 году исследовательская группа из Национального института агрономических исследований Франции продемонстрировала, что растения тоже обладают проприоцепцией. Именно она позволяет контролировать им свою форму и сохранять максимально прямое положение. Однако биологический механизм, лежащий в основе этой способности, оставался неизвестным.
Растения ориентируют свой рост в ответ на воспринимаемые ими факторы, в том числе силу тяжести, направление падающего света и собственную форму, то есть проприоцепцию. Чтобы исследовать проприоцепцию как таковую, необходимо исключить все остальные сенсорные сигналы. Чтобы устранить влияние силы тяжести и направления света на деревья, ученые поместили исследуемые образцы в специально сконструированную экспериментальную установку: горизонтальную платформу, вращающуюся вокруг своей оси внутри сферы, залитой светом, который поступает одновременно со всех сторон.
Сначала исследователи установили молодые тополя в горизонтальное положение. Со временем деревья изогнулись вверх, вернув верхушки в вертикальное положение. Это движение обусловлено особым типом древесины — древесиной растяжения. Она действует как мышца, которая, сокращаясь, оказывает тянущее воздействие на верхнюю часть ствола, заставляя его изгибаться вверх. Примерно через 10 дней, когда деревья достаточно изогнулись, их перенесли в экспериментальную установку. В течение следующих недель стволы постепенно выпрямлялись.
Исследователи изучили анатомию древесины, сформировавшейся в процессе выпрямления. Образование древесины растяжения на верхней стороне, из-за которой ствол изгибался вверх, прекращалось при включении устройства, в то время как на противоположной стороне формировалась идентичная во всех отношениях древесина. Последняя, по-видимому, функционирует как мышца-антагонист, создавая тянущее усилие в противоположном направлении и постепенно возвращая стволу прямую форму. Формирование древесины под напряжением — сложный биологический процесс, который регулируется на клеточном уровне и проходит несколько стадий. Этот процесс также регулируется проприоцепцией растения.
До сих пор считалось, что древесина растяжения образуется только на верхней стороне ствола, из-за чего он изгибается вверх. Это явление можно наблюдать, например, у основания деревьев, растущих на горных склонах. Это исследование показывает, что древесина растяжения может играть противоположные роли, подобно мышцам животных, которые поддерживают их осанку и обеспечивают подвижность.
Результаты показывают, что растения сочетают тонкое восприятие окружающей среды (например, света и гравитации) с собственной формой. Они интегрируют и обрабатывают эту информацию, чтобы активировать рост древесины в разных направлениях, тем самым достигая или сохраняя наиболее подходящую для себя форму. Это способствует устойчивости деревьев перед экстремальными явлениями, которые могут изменить их положение, например перед штормами или оползнями.
Полученные данные, опубликованные в журнале New Phytologist, также открывают возможности для селекции культурных растений с учетом их проприоцепции, способствуя выращиванию прямостоячих растений и, например, помогая бороться с полеганием зерновых культур.
[Фото: INRAE - Hervé Cochard]
