С приближением праздничного сезона вечнозеленые хвойные деревья, такие как ель и сосна, украшают дома по всему миру. Но хотя рождественские елки, как называют праздничные хвойные, привносят в нашу жизнь тепло и радость, они выдерживают одни из самых суровых условий на Земле в своей естественной среде обитания. Как им это удается, выяснили ученые.
Мы считаем само собой разумеющимся, что хвоя у рождественских елок остается пышной и зеленой даже в морозные зимы в яркий солнечный день, а вот что говорят исследователи из Университета Умео в Швеции, которые изучают основы выживания хвойных деревьев в зимнее время. Свои выводы они опубликовали в журнале Trends in Plant Science.
Процесс фотосинтеза большинства зеленых растений в высокой степени консервативен; он функционирует в целом одинаково у зеленых водорослей, тюльпанов и секвойи. Тем не менее, сущест мсвуют различия, и ученые постепенно узнают больше как об этих различиях, так и об общих чертах.
У хвойных деревьев есть необычные стратегии выживания зимой, причем, ряд из них был открыт лишь недавно.
Одно из двух основных открытий, в оба из которых внесла свой вклад эта группа исследователей, заключается в том, что хвойные деревья изменяют структуру своих тилакоидных мембран, где происходит фотосинтез, в результате чего фотосистема I (англ. Photosystem, PSI) и фотосистема II (PSII), которые в противном случае в основном остаются разделенными, зимой сближаются друг с другом и работают вместе особым образом, называемым перетоком.
«Это помогает им безопасно рассеивать излишки энергии и избегать повреждений от слишком большого количества солнечного света на холоде», - говорит Стефан Янссон, профессор Центра ботанических наук при Университете Умео.
Ранее другие, не понимая механизма, называли этот процесс «устойчивым тушением фоносинтеза», поскольку он мог привести фотосинтез в режим блокировки на несколько дней.
Вторая стратегия, действующая параллельно с перетоком, заключается в том, что хвойные деревья используют особые пути для перемещения электронов в процессе фотосинтеза. Эти пути, известные как альтернативный поток электронов, включают белки флаводирон и помогают поддерживать сбалансированный процесс фотосинтеза. Это также предотвращает перегрузку системы при слишком большом количестве света и низких температурах.
Кроме того, фотосинтетический аппарат хвойных отличается от фотосинтетического аппарата цветковых растений (покрытосеменных) еще несколькими характеристиками. У них отсутствуют, например, некоторые так называемые светособирающие белки, которые есть у других растений.
«В совокупности это может объяснить, почему хвойные деревья являются доминирующим видом в бореальных лесах, процветая там, где мало кто другой может, возможно, за счет своих преимуществ», — говорит Пушан Баг, ведущий автор, который во время своей докторской диссертации в Центре растениеводства Умео изучал эти явления.
Понимание этих механизмов может также способствовать сохранению и прогнозированию реакции лесов на изменение климата, а в долгосрочной перспективе поспособствует в разработке стратегий селекции культур, устойчивых к экстремальным погодным условиям.
Соавтор Александр Иванов добавляет: «В этой статье рассматриваются сложные адаптации хвойных деревьев к экстремальным зимним условиям. Объединяя структурные, молекулярные и эволюционные идеи, она расширяет наше понимание того, как эти деревья стали доминировать в некоторых из самых суровых экосистем на Земле».
Источник: Umea University.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.