Co dokážou rostliny?

„Zakořenil“ – takto mluvíme o někom, kdo se pevně usadil na jednom místě na dlouhou dobu nebo navždy. Jsme zvyklí, že rostliny jsou obvykle nehybné: svými kořeny se „drží“ u země a přijímají z ní živiny. Na naší planetě však existují zástupci flóry, pro kterou je život v pohybu samozřejmostí. Na území Ruska je mnoho mobilních závodů. Docent, profesor katedry botaniky, výběru a semenářství zahradních rostlin RSAU – Moskevské zemědělské akademie pojmenované po K.A. v rozhovoru pro portál nauka.rf hovořil o tom, co je nutí k pohybu a jak si hledají své místo na slunci. Timiryazeva Ivan Alekseevič Savinov.

– V naší mysli jsou rostliny obvykle považovány za nehybné organismy. Jak moc je to pravda?

– Ve škole dostáváme informaci, že rostliny jako zástupci samostatné říše živé přírody jsou nehybné. Ale to je jen ve srovnání se zvířaty. Nezapomeňte, že pohyb je vlastnost všeho živého a rostliny nejsou výjimkou. Jde jen o to, že ve světě rostlin má pohyb své vlastní, zvláštní formy. A samozřejmě ne vždy je to našim očím vidět. I když mnozí o tumbleweeds v nekonečných otevřených stepích pravděpodobně slyšeli nebo si dokážou představit plovoucí vodní rostliny na řece, jezírku či akváriu a také voda je faktorem pohybu organismů v prostoru.

– Proč se u rostlin během evoluce vyvinula nehybnost? Jaké jsou jeho výhody?

– Jak víte, rostliny jsou schopné fotosyntézy. To znamená, že samy syntetizují organické látky (sacharidy) pod vlivem slunečního záření. To znamená, že potřebují „chytit“ světelná kvanta. A rychlost, kterou se sluneční paprsek pohybuje po povrchu planety, je působivá. Proč „spěchat“ po planetě, když můžete růst na jednom místě a čekat na svou „část“ Slunce. Rostliny přitom vyvíjejí velkou boční plochu – ve skutečnosti jsou to listy, které zachycují světelná kvanta.

– Proč tedy rostliny potřebují mobilitu?

– Zkrátka – na rozmnožování, usazování ve vesmíru, zabírání nových území. Dalším důvodem je vyhnout se konkurenci, protože mnoho rostlinných druhů roste společně na stejné ploše. A získat své místo na slunci je důležité pro každého. To je jeden z důvodů, který povzbuzuje rostliny k pohybu v prostoru. Zvyšuje se tak ekologická stabilita rostlin, díky čemuž naplno využívají prostředí pohybem svých orgánů a struktur (tzv. „hledací“ činnost).

– Co způsobuje schopnost pohybu?

– Obecně platí, že formy mobility u rostlin úzce souvisejí s jejich schopností růst a vyvíjet se. Ve skutečnosti jsou to všechno různé aspekty jediného života rostlinného organismu. Všechny tyto procesy jsou založeny na aktivním dělení rostlinných buněk. A to je zase regulováno rostlinnými hormony (fytohormony) – nízkomolekulárními organickými sloučeninami spojenými se všemi fyziologickými procesy.

Rostliny často používají části svého vlastního těla k pohybu, ale mohou se pohybovat zcela v prostoru. Kromě toho mohou být pro pohyb „užitečné“ jak vegetativní orgány (výhonky, kořeny), tak reprodukční orgány (spory, semena, plody).

– Které rostliny potřebují především mobilitu? Mohou vzhled této schopnosti ovlivnit nějaké vnější podmínky (klima, zvířata žijící v této oblasti)?

– Všechny rostliny potřebují mobilitu, ale to je užitečné zejména ve výjimečných případech. Pohyb orgánů pasti u masožravých rostlin je také pohyblivost. Ovlivňují to i klimatické faktory. Živočichové mohou sloužit jako důležitý faktor při přenosu částí rostlin (výtrusy, plody, semena, vegetativní diaspory) v prostoru.

– Jak různé rostliny využívají mobilitu?

– Fyziologové rozlišují u rostlin tři hlavní formy pohybu – tropismus, nastia a nutace. Tropismy jsou zvláštním druhem motorické aktivity spojené s růstovými procesy a průzkumem vesmíru. Za prvé je to reakce rostlin na světlo a gravitaci. Jednostranné působení faktoru způsobuje ohýbání výhonku nebo kořene. Nastia jsou rychlejší periodické ospalé pohyby spojené s difúzním vlivem faktorů. Nastické pohyby jsou různé. Jde o skládání listů jako u stydlivé mimózy, pohyb průduchů, otevírání a zavírání květu u leknínu, což závisí i na povětrnostních podmínkách, loveckém aparátu rosnatek a mucholapek.

Rostliny mají dokonce speciální motorické buňky. V takových případech se jedná o speciální kontraktilní buněčné proteiny a samotný mechanismus je blízký svalové kontrakci. Nutace jsou kruhové oscilační pohyby spojené s nerovnoměrnou distribucí a redistribucí fytohormonů (především auxinu) na špičce výhonku. Známé jsou z lián – popínavých a popínavých rostlin. Takové spirálové pohyby jsou možné jak ve směru hodinových ručiček (u zimolezu, chmelu), tak proti směru hodinových ručiček (u svlačec, dekorativních fazolí, dekorativních dřevin).

– Pohybují se všechny rostliny stejným způsobem? Které orgány a části těla se podílejí na poskytování různých forem mobility?

– Rostou zde zcela nepohyblivé rostliny, například mnoho stromů a jednoděložných rostlin. Existují také rostliny přisedlé. Ale obecně platí, že v průběhu evoluce u rostlin se schopnost různých forem mobility pokročila.

– Pohybují se v prostoru i stromy a keře? jak to dělají?

– Ano, ale jsou spíše výjimkou. Bylinky se pohybují mnohem lépe a rychleji. K dřevinám uvedu, že pohyblivosti jsou schopné jejich skřítčí formy – plazivé rostliny, které vyvíjejí výhony přiléhající k zemi. Patří mezi ně formy rašící kořeny a odnože. Jedná se o mnoho druhů euonymu a také velmi dekorativní strom z Dálného východu – samet amurský.

– A co bylinky? Vyšší výtrusné rostliny (mechy, kapradiny)? Mohou se také pohybovat? Jak a proč to dělají?

– Některé trávy jsou zcela nehybné, jako naše jarní efemeroidy (vytrvalé byliny s krátkou, většinou časně jarní dobou květu) – corydalis a bramboříky. Jiné jsou naopak v tomto ohledu velmi aktivní: oddenkové druhy cibule, mnoho drnových trav a ostřic tvořících humno, trsovité rostliny, jako je bahenní tráva. Existuje také mnoho bylin s dlouhým oddenkem, mezi které patří přesličky a mnoho našich kapradin. U mechů dochází k vegetativní pohyblivosti šířením malé nitkovité struktury, protonemy, která se vyvíjí ze spor. Ten je mimochodem často schopen dlouhodobé existence (následně se z něj vyvine dospělý mech). Význam je zde stejný – osídlení v prostoru, obsazení nových území.

Konečně mezi bylinami vyniká zvláštní skupina suchozemských plazivých bylin, u kterých se vyvíjejí specializované výhonky. Vzpomeňme na „kníry“ jahod a lesních jahod.

– Co můžete říci o rekordmanech ve světě rostlin v rozsahu pohybu? Mohou být tumbleweeds klasifikovány jako takové?

– Mezi rekordmany můžeme jmenovat skupinu tzv. stolotvorných rostlin: některé pryskyřníky, osiky, mochyně, jahodníky, lomikámen, šťovík, brambory. Patří sem také mnoho vodních rostlin: šíp, vallisneria, akvarel; a také některé kapradiny – pštros obecný. Cibulovité rostliny jsou někdy nápadné v rychlosti pohybu dceřiných cibulí na podzemních stolonech, jako je Biebersteinův tulipán. Podzemní stolon je upravený výhonek s omezenou životností, jedna sezóna.

Zde lze hovořit o vzdálenostech od desítek centimetrů až po několik metrů od původní mateřské rostliny.

Ale samozřejmě zvláštním rekordmanem je zde tumbleweed. Jedná se o zvláštní životní formu rostlin z různých systematických skupin, u kterých se celý systém nadzemních výhonů (včetně květenství) po odkvětu ve fázi plodu mění v kompaktní, vysoce rozvětvenou „kouli“, je odtržen při základna ze země a je přepravována na značné vzdálenosti. Patří sem druhy gulylav, kachim, kermek, chrpa, eryngium atd. Vzdálenosti, na které se takové rostliny přepravují, lze měřit ve stovkách metrů a ještě více to velmi závisí na rychlosti a směru větru ve volné přírodě prostor stepí a pouští.

– Mohou se některé rostliny pohybovat ne zcela, ale pouze v některých částech? Jaké jsou výhody tohoto způsobu dopravy? Které rostliny pohybují jen částí svého těla a proč?

– Část odpovědi jsme již uvedli. „Vrcholem“ evoluce všech forem a způsobů pohybu rostlin v prostoru je tzv. vegetativní diaspora, kdy se vegetativní primordia (cibulky, plodové pupeny, uzliny) dokážou rozptýlit jako plody a semena. To lze pozorovat u některých lomikámen, živorodé kapradiny asplenium, některých obilnin nebo známých pokojových rostlin – Kalanchoe, bryophyllum.

– Ukazuje se, že rostliny se mohou chovat jako zvířata a lidé?

– Ano, i když fráze „chování rostlin“ zní pro mnohé nezvykle. Obvykle si myslíme: chování je funkcí nervového systému, mozku. Ale prvky chování jsou možné již na úrovni jednotlivých živých buněk. Cytofyziologie je základem všech forem pohybu rostlin. Reakce na vnější vlivy jsou vlastností dráždivosti, projevuje se již na úrovni membrán živých buněk a v konečném důsledku vede ke změně polohy jednotlivých částí nebo celého těla v prostoru.

– Jaké jsou hlavní směry výzkumu ruských botaniků v oblasti studia motility rostlin?

– Zde potřebujeme krátký historický exkurz. Faktem je, že v Sovětském svazu a Rusku se vyvinuly velké vědecké školy v oblasti studia životních forem rostlin – biomorfologie. Navíc v naší době molekulárně biologického výzkumu a světa DNA zůstává Rusko jednou z mála zemí, kde se tato oblast stále aktivně rozvíjí a se zapojením mladých vědeckých pracovníků.

Základ pro to všechno položila průkopnická práce školy Ivana a Taťány Serebryakovových ve 40.–80. XX století. Taktovku brzy převzal výzkum Zoji Artyushenko a Mariny Baranova (Botanický ústav V.L. Komarova Ruské akademie věd v Petrohradě) na amaryllis a cibulovitých rostlinách; Mai Mazurenko a Andrey Khokhryakov (Moskva) o fenoménu vegetativní motility v různých skupinách rostlin; Evgeniy Lyubarsky (Kazan) pro vegetativní mobilitu obecně; Olga Smirnova (Pushchino) o struktuře travního pokryvu listnatých lesů a klasifikaci rostlinných klonů; práce Niny Shorinové (Moskva) o cibulovinách a kapradinách; Natalia Savinykh (Kirov) o vodních bylinách; Vera Cheryomushkina (Novosibirsk) v lukách. Nakonec je třeba zmínit práci Olega Korovkina z Ruské státní agrární univerzity – Moskevské zemědělské akademie pojmenované po. K.A. Timiryazev na stolonotvorných bylinných polykarpikách (vytrvalé, opakovaně kvetoucí a plodící byliny, které produkují stolony).

Zbývá dodat, že nauka o životních formách rostlin (v podstatě organizace jejich těl) úzce souvisí s problémem jejich pohyblivosti, o kterém uvažujeme.

– Jaké jsou podle vás nejzajímavější a nejdůležitější objevy v této oblasti, které byly v posledních letech učiněny?

– V posledních letech se pomocí molekulárně genetických metod a přístupů aktivně rozvíjí fyziologický základ různých forem motility rostlin. Je pro nás důležité pochopit, co přesně se děje v rostlinných buňkách, když dojde k mechanickému dotyku lidské ruky, nebo když hmyz nebo jiné zvíře přistane na loveckém aparátu dravé rostliny. Jaký je důvod tak rychlé reakce? Jaká je role genů a kontraktilních proteinů při implementaci takových mechanismů? Budoucnost tohoto vědního oboru slibuje být nesmírně zajímavá!

– Proč potřebujete studovat tuto oblast botaniky? Jaké praktické výhody může tento výzkum přinést?

– Tato oblast, která obohacuje naše znalosti v oblasti biologie rostlin, je nejen teoreticky zajímavá pro základní botaniku. Aplikovaným aspektem zvažovaného problému je jeho použití v okrasném zahradnictví a květinářství při množení rostlin, řešení problému biologických invazí (jedná se o aktivní šíření cizích druhů rostlin na nových územích, jako je nechvalně známý bolševník Sosnovského ve středním Rusku: co přispívá k jejímu úspěchu, který je pro člověka tak nežádoucí?) , studium a využití nejdůležitější potravinářské plodiny – brambor s jejími podzemními hlízami a stolony a také velké množství vodních rostlin. rostliny v akváriu.

• DALŠÍ NOVINKY