Растения покрывают нашу планету миллионами крошечных «ртов» — устьиц, которые позволяют им «дышать». Эти микроскопические поры, расположенные на поверхности листьев, выполняют жизненно важную функцию: выпускают воду, поглощенную из почвы, и одновременно поглощают углекислый газ для фотосинтеза. Каждое устьице окружено парой «замыкающих клеток», которые функционируют как клапаны, регулируемые давлением — набухают, чтобы открыть пору, и сжимаются, чтобы закрыть её.
Значение устьиц для жизни на Земле трудно переоценить. Они не только контролируют продуктивность растений и их чувствительность к засухе, но и влияют на глобальные циклы углерода и воды. Растениям необходимо точно регулировать работу устьиц, чтобы оптимизировать рост, минимизируя при этом риск высыхания.
Новаторское исследование, опубликованное в журнале PNAS, представляет революционный метод изучения устьиц с использованием микроскопически направленной лазерной технологии, разработанной Крейгом Бродерсеном из Йельского университета. Эта технология создает микроскопические пузырьки внутри клеток устьиц, позволяя ученым отслеживать размер пузырьков и скорость их схлопывания для определения давления в клетках. Исследование проводилось в сотрудничестве с экспертом по пузырькам Филиппом Мармоттаном из CNRS в Гренобле во время научной стажировки Бродерсена в Университете Тасмании.
Результаты исследования впечатляют: за несколько месяцев ученые произвели почти 500 измерений динамики давления в устьицах, что значительно превышает количество подобных измерений, проведенных за предыдущие 45 лет (менее 30). Исследование показало, что бриофиты (антоцеротовые и мхи) лишены базовых световых реакций, присущих другим наземным растениям, что подтверждает гипотезу о том, что самые ранние устьица, появившиеся 450 миллионов лет назад, были простыми клапанами.
Эволюционная история устьиц охватывает более 400 миллионов лет. Бриофиты, появившиеся около 450 миллионов лет назад, имели простые клапаноподобные устьица без сложных поведенческих механизмов. Папоротники и плауновидные представляют собой предковое состояние с пассивным контролем. В то же время современные хвойные и цветковые растения развили более активные гормональные механизмы контроля.
Различные группы растений демонстрируют отчетливо разное поведение устьиц. Это открытие имеет важное значение для понимания того, как растения адаптировались к различным экологическим условиям на протяжении эволюции. Поведение устьиц существенно эволюционировало со временем, что позволило растениям колонизировать разнообразные среды обитания на Земле.
Практическое применение этих открытий обширно. Они могут помочь предсказать, как различные группы растений будут реагировать на изменение климата. В сельском хозяйстве эти знания могут быть использованы для выявления сортов сельскохозяйственных культур с более эффективным использованием воды. Селекционеры растений могут разрабатывать сорта, лучше приспособленные к непредсказуемым водным ресурсам.
Понимание эволюции и функционирования устьиц также поможет лучше прогнозировать производительность лесов и сельскохозяйственных культур в будущих климатических условиях. Это особенно важно в контексте глобального изменения климата, когда многие регионы сталкиваются с изменяющимися режимами осадков и повышением температуры.
Изображение носит иллюстративный характер
Значение устьиц для жизни на Земле трудно переоценить. Они не только контролируют продуктивность растений и их чувствительность к засухе, но и влияют на глобальные циклы углерода и воды. Растениям необходимо точно регулировать работу устьиц, чтобы оптимизировать рост, минимизируя при этом риск высыхания.
Новаторское исследование, опубликованное в журнале PNAS, представляет революционный метод изучения устьиц с использованием микроскопически направленной лазерной технологии, разработанной Крейгом Бродерсеном из Йельского университета. Эта технология создает микроскопические пузырьки внутри клеток устьиц, позволяя ученым отслеживать размер пузырьков и скорость их схлопывания для определения давления в клетках. Исследование проводилось в сотрудничестве с экспертом по пузырькам Филиппом Мармоттаном из CNRS в Гренобле во время научной стажировки Бродерсена в Университете Тасмании.
Результаты исследования впечатляют: за несколько месяцев ученые произвели почти 500 измерений динамики давления в устьицах, что значительно превышает количество подобных измерений, проведенных за предыдущие 45 лет (менее 30). Исследование показало, что бриофиты (антоцеротовые и мхи) лишены базовых световых реакций, присущих другим наземным растениям, что подтверждает гипотезу о том, что самые ранние устьица, появившиеся 450 миллионов лет назад, были простыми клапанами.
Эволюционная история устьиц охватывает более 400 миллионов лет. Бриофиты, появившиеся около 450 миллионов лет назад, имели простые клапаноподобные устьица без сложных поведенческих механизмов. Папоротники и плауновидные представляют собой предковое состояние с пассивным контролем. В то же время современные хвойные и цветковые растения развили более активные гормональные механизмы контроля.
Различные группы растений демонстрируют отчетливо разное поведение устьиц. Это открытие имеет важное значение для понимания того, как растения адаптировались к различным экологическим условиям на протяжении эволюции. Поведение устьиц существенно эволюционировало со временем, что позволило растениям колонизировать разнообразные среды обитания на Земле.
Практическое применение этих открытий обширно. Они могут помочь предсказать, как различные группы растений будут реагировать на изменение климата. В сельском хозяйстве эти знания могут быть использованы для выявления сортов сельскохозяйственных культур с более эффективным использованием воды. Селекционеры растений могут разрабатывать сорта, лучше приспособленные к непредсказуемым водным ресурсам.
Понимание эволюции и функционирования устьиц также поможет лучше прогнозировать производительность лесов и сельскохозяйственных культур в будущих климатических условиях. Это особенно важно в контексте глобального изменения климата, когда многие регионы сталкиваются с изменяющимися режимами осадков и повышением температуры.
