Коротко:
- Деревья «знают» форму собственного ствола и выпрямляют его даже без подсказок гравитации и света.
- Рабочий инструмент — тянущая древесина, которая ведет себя как мышца, причем у нее есть «мышца-антагонист» на противоположной стороне.
- Открытие может пригодиться лесоводам и селекционерам зерновых, но пока проверено только на молодых тополях в лаборатории.
Тополь, который положили на бок, сначала изгибается вверх, а потом сам «доводит» ствол до прямой, причем делает это, даже когда не чувствует, где верх, а где низ. Французские ботаники показали, что у деревьев есть настоящая сенсомоторная петля: ощущение собственной формы напрямую управляет тем, где и какая древесина будет расти.
Работа опубликована в журнале New Phytologist, ее авторы — команда объединенного подразделения PIAF Национального института сельскохозяйственных, пищевых и экологических исследований Франции (INRAE) и Университета Клермон-Овернь. Подробности институт изложил в пресс-релизе INRAE, а 31 октября историю подхватил ScienceDaily.
Что открыли?
Что растения ощущают положение своего тела, известно с 2012 года: тогда группа с участием INRAE описала у них проприоцепцию в журнале PNAS. Непонятно было другое — как это «чувство» превращается в движение у дерева, ствол которого одет в жесткую древесину и согнуться как стебель травы не может.
Ответ — тянущая древесина. У лиственных деревьев она обычно образуется на верхней стороне наклоненного ствола и, созревая, сокращается, подтягивая ствол вверх. Считалось, что работает она только так, «одним бицепсом». Новое исследование показало: когда ствол перегибается, такая же древесина начинает расти и на противоположной стороне, тянет в обратную сторону и постепенно спрямляет изгиб. Иначе говоря, у дерева есть мышцы-антагонисты, как сгибатели и разгибатели у человека.
Кто и как это проверил?
Главная трудность — отделить реакцию на собственную форму от реакции на гравитацию и свет. Для этого собрали клиностат: горизонтальную платформу, которая вращается вокруг своей оси внутри сферы, равномерно освещенной со всех сторон. Дерево на ней не может понять, где «низ», и откуда светит солнце.
| Этап эксперимента | Что происходило |
|---|---|
| Подготовка | Молодые тополя укладывали горизонтально примерно на 10 дней |
| Реакция | Стволы заметно изгибались вверх |
| Клиностат | Деревья вращали в равномерно освещенной сфере |
| Результат | За несколько недель изогнутые стволы выпрямлялись |
| Анализ | Исследовали древесину, выросшую во время выпрямления |
Выяснилось, что тянущая древесина на исходно верхней стороне переставала формироваться почти сразу после включения установки, а ее «двойник» начинал расти напротив. Раз внешних подсказок не было, единственный сигнал, по которому дерево могло ориентироваться, — собственная кривизна ствола.
Руководитель исследований INRAE Бруно Мулья назвал находку «настоящей сенсомоторной петлей» в древесных тканях деревьев. Инженер-исследователь Феликс Хартман отдельно подчеркнул, что такие междисциплинарные работы требуют времени и упорства.
Зачем это лесам и полям?
Почему это важно. Деревья, наклоненные бурей или оползнем, могут сами возвращать себе устойчивую позу, и с ростом числа экстремальных погодных событий эта способность становится вопросом выживания лесов. А для лесного хозяйства есть и практическая сторона: плохо скоординированная работа тянущей древесины создает лишние внутренние напряжения, которые, по оценке авторов, могут ухудшать качество древесины.
Отсюда и прикладные идеи, которые в INRAE пока формулируют как перспективы, а не как готовый результат:
- отбирать сорта деревьев с более «точной» проприоцепцией, чтобы получать ровные стволы и лучшую древесину;
- использовать те же знания в селекции зерновых, чтобы уменьшить полегание — когда стебли ложатся до уборки и урожай теряется;
- учитывать способность к «самокоррекции» при восстановлении лесов после штормов.
Какие есть ограничения?
Опыт поставлен на молодых тополях и в искусственных лабораторных условиях. Число деревьев в открытых материалах не указано, а переносить выводы на другие породы и на взрослые деревья в настоящем лесу пока рано. Тем более что хвойные решают ту же задачу иначе: у них на нижней стороне наклоненного ствола растет так называемая древесина сжатия, которая не тянет, а толкает.
Что дальше?
Следующий логичный шаг — понять, какие клетки и сигналы отвечают за «переключение» мышцы с одной стороны ствола на другую. В пресс-релизе подчеркивается, что процесс контролируется на клеточном уровне, но детальный механизм еще предстоит описать. Исследование финансировали французское космическое агентство CNES и программа I-SITE CAP20-25.
Факт для разговора: если тополь положить на бок, он заметно изогнется вверх примерно за 10 дней — а потом, лишенный ощущения верха и низа, сам выпрямит ствол за несколько недель.
Природа вообще любит неочевидные «мышцы» и рекорды — вспомните хотя бы гигантский гриб D-rex весом 2,2 кг. А о том, почему настоящие мышцы у людей с годами слабеют, мы рассказывали в материале о мышечной слабости и возрасте.
Фото: спил ствола тополя, архивное фото. Bärbel Miemietz / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, commons.wikimedia.org.
