Японские исследователи под руководством физиолога растений Томомити Фудзиты из Университета Хоккайдо обнаружили, что мох вида Physcomitrium patens не просто выживает, но и процветает в условиях гипергравитации. Вопреки ожиданиям и результатам предыдущих исследований, этот почвенный мох продемонстрировал усиление роста и фотосинтеза при силе тяжести, в десять раз превышающей земную.
Для эксперимента учёные использовали специально созданную центрифугу, способную поддерживать условия гипергравитации в течение длительного времени. Небольшие скопления мха, размером всего 2 миллиметра, помещались в эту установку почти на восемь недель. В ходе исследования образцы подвергались воздействию гравитации, в 3, 6 и 10 раз превышающей норму.
Результаты оказались неожиданными. При гравитации 6g и 10g интенсивность фотосинтеза у мха увеличилась на 36–52%. Этот показатель измерялся по уровню поглощения CO₂, который в нормальных условиях составляет от 6 до 8 микромолей на квадратный метр поверхности растения в секунду. Данные выводы резко контрастируют с известными реакциями других растений на подобные нагрузки.
Например, исследование, проведённое в 2014 году специалистами из Университета Савитрибай Пхуле в Индии, показало совершенно иную картину. Пшеница, выращенная при гравитации в 500 раз сильнее земной, продемонстрировала резкое падение скорости фотосинтеза, что считалось стандартной реакцией для растений.
Ключом к разгадке аномальной устойчивости мха стал один-единственный ген, который команда Фудзиты выделила и назвала Issunboshi1 (IBSH1). Имя было выбрано в честь крошечного, но могущественного мальчика-героя из японского фольклора. Именно этот ген оказался главным механизмом, отвечающим за адаптацию растения к экстремальному притяжению.
Было установлено, что ген IBSH1 играет решающую роль в росте хлоропластов — клеточных органелл, где происходит фотосинтез. Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи разработали метод, позволяющий искусственно активировать ген IBSH1 у мха, находящегося в условиях нормальной земной гравитации.
Манипуляция с геном полностью воспроизвела эффект гипергравитации. Активация IBSH1 приводила к значительному увеличению размеров хлоропластов: их диаметр вырастал с 4–6 микрометров до 7–11 микрометров. Что еще более важно, интенсивность фотосинтеза при этом увеличивалась на внушительные 70%.
По словам генетика растений Цзюнь Яна из Шанхайского ботанического сада Чэньшань, это открытие представляет собой научную загадку. Растения на Земле никогда не эволюционировали в условиях столь высокой гравитации, и механизм такой адаптации остается не до конца понятным.
Результаты исследования, опубликованные 16 июля в журнале Science Advances, открывают новые перспективы. Они не только предлагают гипотезу о том, как древние растения могли адаптироваться к выходу на сушу, но и предоставляют инструмент для генной инженерии. Манипуляция геном IBSH1 может стать основой для создания более продуктивных сельскохозяйственных культур.
В настоящее время команда исследователей расширяет свою работу, переходя от гипергравитации к изучению противоположных условий — микрогравитации. В этом им помогает опыт физиолога растений Хидэюки Такахаси из Университета Тиба, который неоднократно проводил эксперименты в условиях космического полета.
Новые эксперименты уже были проведены на борту Международной космической станции (МКС). Команда Фудзиты завершила сбор данных и в настоящий момент готовит полученные результаты к публикации, что позволит глубже понять фундаментальные реакции растений на изменение гравитационных сил.
Изображение носит иллюстративный характер
Для эксперимента учёные использовали специально созданную центрифугу, способную поддерживать условия гипергравитации в течение длительного времени. Небольшие скопления мха, размером всего 2 миллиметра, помещались в эту установку почти на восемь недель. В ходе исследования образцы подвергались воздействию гравитации, в 3, 6 и 10 раз превышающей норму.
Результаты оказались неожиданными. При гравитации 6g и 10g интенсивность фотосинтеза у мха увеличилась на 36–52%. Этот показатель измерялся по уровню поглощения CO₂, который в нормальных условиях составляет от 6 до 8 микромолей на квадратный метр поверхности растения в секунду. Данные выводы резко контрастируют с известными реакциями других растений на подобные нагрузки.
Например, исследование, проведённое в 2014 году специалистами из Университета Савитрибай Пхуле в Индии, показало совершенно иную картину. Пшеница, выращенная при гравитации в 500 раз сильнее земной, продемонстрировала резкое падение скорости фотосинтеза, что считалось стандартной реакцией для растений.
Ключом к разгадке аномальной устойчивости мха стал один-единственный ген, который команда Фудзиты выделила и назвала Issunboshi1 (IBSH1). Имя было выбрано в честь крошечного, но могущественного мальчика-героя из японского фольклора. Именно этот ген оказался главным механизмом, отвечающим за адаптацию растения к экстремальному притяжению.
Было установлено, что ген IBSH1 играет решающую роль в росте хлоропластов — клеточных органелл, где происходит фотосинтез. Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи разработали метод, позволяющий искусственно активировать ген IBSH1 у мха, находящегося в условиях нормальной земной гравитации.
Манипуляция с геном полностью воспроизвела эффект гипергравитации. Активация IBSH1 приводила к значительному увеличению размеров хлоропластов: их диаметр вырастал с 4–6 микрометров до 7–11 микрометров. Что еще более важно, интенсивность фотосинтеза при этом увеличивалась на внушительные 70%.
По словам генетика растений Цзюнь Яна из Шанхайского ботанического сада Чэньшань, это открытие представляет собой научную загадку. Растения на Земле никогда не эволюционировали в условиях столь высокой гравитации, и механизм такой адаптации остается не до конца понятным.
Результаты исследования, опубликованные 16 июля в журнале Science Advances, открывают новые перспективы. Они не только предлагают гипотезу о том, как древние растения могли адаптироваться к выходу на сушу, но и предоставляют инструмент для генной инженерии. Манипуляция геном IBSH1 может стать основой для создания более продуктивных сельскохозяйственных культур.
В настоящее время команда исследователей расширяет свою работу, переходя от гипергравитации к изучению противоположных условий — микрогравитации. В этом им помогает опыт физиолога растений Хидэюки Такахаси из Университета Тиба, который неоднократно проводил эксперименты в условиях космического полета.
Новые эксперименты уже были проведены на борту Международной космической станции (МКС). Команда Фудзиты завершила сбор данных и в настоящий момент готовит полученные результаты к публикации, что позволит глубже понять фундаментальные реакции растений на изменение гравитационных сил.
