Растения по всему миру зацветают раньше в течение года, и эта тенденция объясняется изменением климата. Есть и другой, до сих пор упускаемый из виду, фактор.
Ученые из Китайской академии наук предполагают, что причиной могут быть капли утренней росы, как объясняется в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследователи хотели изучить, что происходит, когда вода попадает на лист. У них было предположение, что крошечные капельки росы, которые мы видим каждое утро, запускают сложную реакцию. Они собрали данные о цветении модельного растений резуховидки Таля, Arabidopsis thaliana (сорняк из семейства крестоцветных) в дикой природе с марта по май 2021 и 2022 годов в регионе Утрехта (Нидерланды), сопоставили с метеорологическими данными и проанализировали. Оказалось, что арабидопсис имеет тенденцию цвести вскоре после образования росы. Чтобы выяснить, является ли роса триггером, они перешли в лабораторию для проведения ряда экспериментов.
«Важно отметить, что в случае с арабидопсисом, ограничив наблюдения периодом с марта по май, мы усреднили относительно постоянный фотопериод, чтобы выявить дополнительные факторы, влияющие на цветение, которые часто маскируются доминирующим сезонным эффектом. Хотя средняя температура воздуха незначительно колебалась в течение периодов наблюдений, одной только температуры было мало, что она могла бы объяснить наблюдаемую динамику цветения. Чтобы оценить, распространяется ли эта взаимосвязь за пределы местных условий и отдельных лет, мы расширили наш анализ, включив в него общенациональные данные о фенологии цветения Arabidopsis thaliana и метеорологические данные за период с 2004 по 2023 год. Примечательно, что 50,4% всех задокументированных случаев цветения произошли в течение 1 недели после периода конденсации росы. Эта временная связь между росой и началом цветения подтверждает гипотезу о том, что роса может служить ранее недооцененным экологическим сигналом для цветения, что поднимает вопрос о том, может ли химия микрокапель, обусловленная конденсацией, играть функциональную роль в развитии растений», рассказали авторы.
Исследователи поместили капли росы на волоски листьев растения в контролируемой камере и использовали специальные красители, чтобы наблюдать за происходящим под лазером. Когда вода соприкасалась с листом, она спонтанно создавала активные формы кислорода (высокореактивные химические вещества), в частности, гидроксильные радикалы. Считается, что они реагируют с азотсодержащими соединениями на листе, образуя оксид азота, который, вероятно, проникает через поры растения (устьица) и перемещается в разные клетки, запуская каскад реакций, приводящих к цветению.
Команда также изучила происходящее на молекулярном уровне. Они обнаружили, что оксид азота химически модифицирует белок HDA19, который подавляет гены, участвующие в производстве абсцизовой кислоты. Это вещество обычно препятствует преждевременному цветению растения, но, подавляя эти гены, роса эффективно запускает цветение.
Помимо лабораторных исследований, ученые проанализировали более 12 миллионов записей о цветущих растениях семейства крестоцветных (включая горчицу, капусту и брокколи), собранных в период с 1990 по 2023 год. Они также изучили метеорологические условия. Как и ожидалось, традиционные факторы, такие как температура и солнечный свет, оказались важными, но не менее важна и точка росы. Это температура, при которой образуется роса.
«Наши результаты выявляют ранее неизвестную роль микрокапель росы на поверхности растений как временных, но мощных биохимических микрореакторов, способных запускать системные переходы в развитии», — отметила группа исследователей в своей статье.
Авторы считают, что их выводы помогут ученым создать более совершенные модели для прогнозирования поведения экосистем и сельскохозяйственных культур при изменении влажности и погодных условий. Это особенно важно для продовольственных культур, поскольку изменение характера выпадения росы может привести к несоответствию между временем цветения и пробуждением насекомых-опылителей.
Источник: Phys.org. Автор: Пол Арнольд.
На графике: (А) Схематическое изображение микрокапли росы на трихомах. (B) Типичное оптическое изображение микрокапли росы на трихомах. (C) Соответствующее изображение микрокапли росы, полученное с помощью флуоресцентной микроскопии и флуоресцентного зонда, чтобы выявить образование оксида азота.