Когда они воспроизвели отснятый материал со скоростью 15 кадров в секунду, сжав 100 часов роста до менее чем минуты, они увидели, что рисовые корни используют трюк, чтобы закрепиться в почве: их кончики роста совершают движения, похожие на штопор, покачиваясь. и намотка по винтовой траектории.
Используя замедленную съемку вместе с роботом, похожим на корень, для проверки идей, исследователи получили новое представление о том, как и почему кончики корней растений вращаются во время роста.
Первой подсказкой стало то, что команда заметила: некоторые корни не могут танцевать штопор. Они обнаружили, что виной всему является мутация в гене HK1, которая заставляет их расти прямо вниз, а не кружиться и извиваться, как это делают другие корни.
Команда также отметила, что корни мутантов росли вдвое глубже обычных. В связи с этим возник вопрос: «Что делает для растения более типичный спиралевидный рост кончика??"сказал Исайя Тейлор, научный сотрудник лаборатории Бенфея в Дьюке.
Извилистые движения растений были «феноменом, который очаровал Чарльза Дарвина» даже 150 лет назад, сказал Бенфей.
В случае со съемками есть очевидная полезность: скручивание и кружение облегчают захват, когда они поднимаются к солнечному свету. Но как и почему это происходит в корнях, было больше загадкой.
Исследователи говорят, что проращивание семян – проблема. Если они хотят выжить, первый появляющийся крошечный корень должен закрепить растение и зондировать его вниз, чтобы всосать воду и питательные вещества, необходимые для роста растения.
Это заставило их задуматься: возможно, в корнях этот спиральный рост и есть стратегия поиска – способ найти лучший путь вперед, сказал Тейлор.
В экспериментах, проведенных в лаборатории профессора физики Дэниела Голдмана в Технологическом институте Джорджии, наблюдения за нормальными и мутантными корнями риса, растущими над перфорированной пластиковой пластиной, показали, что нормальные спиралевидные корни в три раза чаще находят отверстие и прорастают на другую сторону.
Сотрудники Технологического института Джорджии и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре построили мягкого податливого робота, который разворачивается на кончике, как корень, и отпускает его на полосе препятствий, состоящей из неравномерно расположенных колышков.
Для создания робота команда взяла две надувные пластиковые трубы и вложила их друг в друга. При изменении давления воздуха мягкая внутренняя трубка выталкивалась изнутри наружу, в результате чего робот удлинялся от кончика. Сжатие противоположных пар искусственных «мускулов» заставляло кончик робота изгибаться из стороны в сторону по мере того, как он рос.
Даже без сложных датчиков или элементов управления роботизированный корень все еще мог преодолевать препятствия и находить путь через колышки.
Но когда изгибание из стороны в сторону прекратилось, робот быстро застрял в колышке.
Наконец, команда вырастила нормальные и мутантные семена риса в грунтовой смеси, используемой для бейсбольных полей, чтобы проверить их на препятствиях, с которыми корень может столкнуться в почве. Конечно, в то время как у мутантов были проблемы с зацепкой, нормальные корни со спиралевидными кончиками могли проходить сквозь них.
Рост штопора на кончике корня координируется растительным гормоном ауксином, ростовым веществом, которое, по мнению исследователей, может перемещаться по кончику растущего корня волнообразно. Накопление ауксина на одной стороне корня заставляет эти клетки удлиняться меньше, чем на другой стороне, и кончик корня изгибается в этом направлении.
Ученые обнаружили, что растения, несущие мутацию HK1, не могут танцевать из-за дефекта в том, как ауксин переносится от клетки к клетке. Блокируйте этот гормон, и корни теряют способность вращаться.
Работа помогает ученым понять, как корни растут в твердой, уплотненной почве.
Видео: https: // www.YouTube.com / watch?v = uXwYKymTiQg & feature = emb_logo
Эта работа была поддержана грантом Национального научного фонда (PHY-1915445, 1237975, GRFP-2015184268), Медицинского института Говарда Хьюза, Фонда Гордона и Бетти Мур (GBMF3405), Фонда продовольственных и сельскохозяйственных исследований (534683). , Национальные институты здравоохранения (GM122968) и профессора семьи Данн.