Har du tid? Sameer mishra / Shutterstock

Alle som har reist over flere tidssoner og lidd jet lag vil forstå hvor kraftig vår biologiske klokker er. Faktisk har hver celle i menneskekroppen sin egen molekylære klokke, som er i stand til å generere en daglig økning og fall i antall mange proteiner kroppen produserer over en 24-timers syklus. Hjernen inneholder en mesterklokke som holder resten av kroppen synkronisert, bruker lys signaler fra øynene for å følge med miljøet.

Planter har lignende døgnrytmer som hjelper dem å fortelle tidspunktet på dagen, og forberede planter for fotosyntese før daggry, slå på varmebeskyttelsesmekanismer før den varmeste delen av dagen, og produserer nektar når bestøvere mest sannsynlig vil besøke. Og akkurat som hos mennesker ser det ut til at hver celle i planten har sin egen klokke.

Øynene og hjernen vår er avhengige av sollys for å koordinere aktivitet i kroppen i henhold til tidspunktet på døgnet. Yomogi1 / Shutterstock

Men i motsetning til mennesker, har planter ikke en hjerne som holder klokkene synkroniserte. Så hvordan koordinerer planter deres cellulære rytmer? Våre ny forskning viser at alle cellene i planten delvis koordineres gjennom noe som kalles lokal selvorganisering. Dette er effektivt plantecellene som kommuniserer timingen deres med naboceller, på en lignende måte som hvordan skoler av fisk og flokker av fugler koordinere bevegelsene sine ved å samhandle med naboene.

Tidligere forskning fant ut at klokkeslettet er forskjellig i forskjellige deler av en plante. Disse forskjellene kan oppdages ved å måle tidspunktet for de daglige toppene i ureproteinproduksjon i de forskjellige organene. Disse klokkeproteinene genererer 24-timers svingninger i biologiske prosesser.

For eksempel aktiverer urproteiner produksjonen av andre proteiner som er ansvarlige for fotosyntese i blader rett før daggry. Vi bestemte oss for å undersøke klokken på tvers av alle de viktigste organene i planten for å hjelpe oss med å forstå hvordan planter koordinerer timingen deres for å holde hele planten tikker i harmoni.

Hva får planter til å tikke

Vi fant det i thale cress (Arabidopsis thaliana) frøplanter, antall klokkeproteiner topper seg til forskjellige tider i hvert organ. Organer, som blader, røtter og stengler, mottar forskjellige signaler fra sitt lokale mikromiljø, som lys og temperatur, og bruker denne informasjonen til å sette sitt eget tempo uavhengig.

Hvis rytmer i forskjellige organer ikke synkroniseres, lider planter av en slags intern jetlag? Mens de enkelte klokkene i forskjellige organer topper seg til forskjellige tider, resulterte dette ikke i fullstendig kaos. Overraskende begynte celler å danne romlige bølgemønstre, der nabocellene henger etter hvert litt etter hverandre. Det er litt som et stadion eller en "meksikansk" bølge av sportsfans som stiller opp etter menneskene ved siden av dem for å skape en bølgelignende bevegelse gjennom mengden.

Plante celler kommuniserer mellom naboene for å koordinere tiden. James Locke, forfatter gitt

Arbeidet vårt viser at disse bølgene stammer fra forskjellene mellom organer når celler begynner å kommunisere. Når antall klokkeproteiner i en celle topper, kommuniserer cellen dette til sine tregere naboer, som følger den første cellens bly og produserer flere klokkeproteiner også. Disse cellene gjør det samme med naboene, og så videre. Slike mønstre kan observeres andre steder i naturen. Noen ildfluesarter danner romlige bølgemønstre som de synkronisere blinkene med naboene.

Lokal beslutningstaking fra celler, kombinert med signalering mellom dem, kan være hvordan planter tar beslutninger uten hjerne. Det gjør det mulig for celler i forskjellige deler av planten å ta forskjellige beslutninger om hvordan de skal vokse. Celler i skudd og rot kan separat optimalisere veksten til de lokale forholdene. Skuddet kan bøye seg mot der lyset er uhindret og røttene kan vokse mot vann eller mer næringsrik jord. Det kan også tillate planter å overleve tapet av organer gjennom skade eller blir spist av en planteetere.

Dette kan forklare hvordan planter kontinuerlig kan tilpasse vekst og utvikling for å takle endringer i miljøet, noe forskere kaller “plastisitet”. Å forstå hvordan planter tar beslutninger er ikke bare interessant, det vil hjelpe forskere å avle nye plantesorter som kan svare på deres stadig mer foranderlige omgivelser med klimaendringer.

Om forfatterne

Mark Greenwood, doktorgradsforsker i cellulær biologi, University of Cambridge og James Locke, leder for forskningsgruppen i systembiologi, University of Cambridge

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

ing