Чтобы поддерживать свое состояние при недостатке света, растения вычисляют уравнения с дробями на протяжении ночи, чтобы вычислить свои запасы крахмала, до момента, пока не взойдет солнце.
Вычисляя количество крахмала, и деля его на количество часов, оставшихся до утра, они убеждаются, что не останутся без крахмала до наступления рассвета и могут даже подгонять свои вычисления на протяжении ночи.
Это открытие – первый пример природы сложной арифметики, которая вычисляется на базовом уровне, в противоположность работе клеток мозга, которые работают у животных или людей, утверждают ученые. Вычисления играют огромную роль в выживании растений, которые зависят от крахмала, производимого при помощи углекислоты и солнечного света на протяжении дня, чтобы давать им энергию ночью.
Если они обнаруживают себя без крахмала в ночное время, они очень быстро начинают голодать, что приводит к задержке развития и для растений требуется несколько часов, чтобы восстановится даже после наступления дня.
«Возможность делать арифметические вычисления, жизненно необходимы для роста и производительности растения», утверждает метаболический биолог, профессор Алисон Смит, который сделал это открытие. «Вычисления очень точны, так как предотвращают голод, но также позволяют растениям наиболее эффективно использовать запасы еды. Если запас крахмала слишком быстро используется, растения начнут голодать и перестанут расти на протяжении ночи. Если запас будет расходоваться слишком медленно, часть его пропадет».
Уже было ясно, что у растений имеется механизм который регулирует расход крахмала на протяжении ночи, однако ученые перед этим не имели понятия как он устроен. Исследователи в Центре Джона Иннеса в Норвиче открыли скрытые возможности после изучения Arabidopsis – небольшого цветущего растения семейства горчичных. Они обнаружили, что растения используют свой крахмал в стабильном темпе на протяжении ночи, и таким образом около 95 процентов их запасов используются до наступления рассвета следующего дня.
Когда исследователи поменяли световые условия, чтобы сделать наступление ночи неожиданно ранним или поздним, растения адаптировались, ускоряя или замедляя использование крахмала, чтобы убедиться, что запасов хватит до рассвета. Это показывает, что они произвели новые вычисления, основанные на их внутренних часах, которые знали количество времени, оставшееся до рассвета, объяснил профессор Смит.
Когда время нахождения растений под солнцем сократилось, что привело к тому, что им оставалось меньшее количество запаса крахмала, они потребляли его медленнее, демонстрируя, что уравнение также может измениться, основываясь на размере их запаса.
Ученые даже пытались обмануть растения, подавая свет во время ночи, однако те всякий раз были способны отрегулировать потребление крахмала соответственно, демонстрируя то, что баланс был аккуратно вычислен на протяжении ночи.
Исследователи предположили, что информация про размер запасов крахмала в растениях должна быть основана на уровнях двух типов молекул, помеченных как «К» для крахмала и «В» для времени. «Мы предположили, что существует молекула, называемая К, которая следит за уровнем крахмала в растении, и молекула, называемая В, которая отслеживает время до рассвета», объяснил профессор Смит. «Чем ближе к рассвету, тем меньше остается молекул К и В».
Если молекула «К» предполагает расход крахмала, а «В» предотвращает его, тогда деление молекул «К» на «В» будет давать растению возможность использовать его запасы с постоянным темпом, и расходоваться до рассвета, объяснил он.
Профессор Мартин Ховард, который и предложил уравнение, говорит, что исследование дает «Первый надежный пример в биологии такого сложного арифметического вычисления» на фундаментальном биологическом уровне. Однако другие уравнения могут отвечать за другие натуральные феномены, когда для периодов без еды делаются запасы наперед, которые расходуются как раз за период поста.
Маленькие мигрирующие кулики добираются до своих арктических гнездовий, проходя расстояние в 5000 км., а жировые запасы к этому моменту настолько малы, что они не проживают еще 14 часов, как написано в журнале eLife. Схожий пример – за четырехмесячный период, за который они откладывают яйца, у самцов королевского пингвина уровень жира достигает критической отметки как раз к тому моменту, когда их партнер должен возвратиться.
Ваше мнение