Фототропизм — что это такое и как происходит у растений

Вы разместили свое любимое растение на солнечном подоконнике. Вскоре стало заметно, что оно наклонилось к окну, вместо того чтобы расти прямо вверх. Что же заставляет растения расти в сторону?

Что такое фототропизм

Явление, которое вы наблюдаете, называется фототропизмом. Для лучшего понимания значения этого термина, обратите внимание, что префикс «фото» означает «свет», а суффикс «тропизм» означает «поворот». Таким образом, фототропизм — это когда растения поворачиваются или сгибаются в направлении света.

Почему происходит фототропизм

Растениям нужен свет, чтобы обеспечить производство своей энергии. Этот процесс называется фотосинтезом. Свет, создаваемый солнцем или из других источников, вместе с водой и двуокисью углерода необходим для производства сахаров, которые используются растениями в качестве энергии. В процессе фотосинтеза, также образуется кислород, и многие жизненные формы на Земле нуждаются в нем для дыхания.

Фототропизм, вероятно, является механизмом выживания растений, позволяющим получать как можно больше света. Когда листья растений направлены к свету, фотосинтез может происходить гораздо активней, позволяя генерировать больше энергии.

Как раньше ученые объяснили фототропизм

Ранние мнения о причинах фототропизма варьировались среди различных ученых. Теофраст (371 г. до н.э.-287 г. до н.э.) считал, что фототропизм вызывает уменьшение жидкости с освещаемой стороны стебля растения, а позднее Фрэнсис Бэкон (1561-1626) предположил, что фототропизм вызван увяданием.

Роберт Шаррок (1630-1684) полагал, что растения изгибаются в ответ на «свежий воздух», а Джон Рэй (1628-1705) думал, что растения склоняются к более прохладным температурам ближе к окну.

Чарльз Дарвин (1809-1882) решил провести первые соответствующие эксперименты по фототропизму. Он предположил, что кривизну вызывает вещество, вырабатываемое в верхушке растения.

Дарвин экспериментировал, накрывая верхушки некоторых растений и оставлял другие открытыми. Растения с накрытыми верхушками не сгибались к свету. Когда он накрыл нижнюю часть стеблей, но оставил открытым вверх, то растения двигались к свету.

Дарвин не знал, какое «вещество» вырабатывается в верхушках растений, а также как оно вызывает изгиб. Тем не менее, Николай Чолодный и Фриц Вент в 1926 году обнаружили, что высокие концентрации этого вещества перемещаются на затененную сторону стебля растения, приводя к его изгибу, чтобы верхушка двигалась к свету. Точный химический состав вещества, признанного первым идентифицированным растительным гормоном, не был выяснен до тех пор, пока не был выделен Кеннетом Тиманн (1904-1977), идентифицировавшим его как индол-3-уксусная кислота (ИУК) или ауксин.

Как работает фототропизм

Нынешняя мысль о механизме фототропизма заключается в следующем. Свет, на длине волны около 450 нанометров (сине-фиолетовый свет), освещает растение. Белок, называемый фоторецептором, улавливает свет, реагирует на него и вызывает ответ. Группа белков фоторецептора синего света, ответственных за фототропизм, называется фототропинами. Неясно, как именно фототропины сигнализируют о движении ауксина, но известно, что ауксин перемещается на более темную затененную сторону стебля в ответ на световое воздействие.

Ауксин стимулирует выделение ионов водорода в клетках затененной стороны стебля, что приводит к снижению рН клеток. Снижение рН активирует ферменты (называемые экспансинами), которые вызывают набухание клеток и приводят к изгибу стебля в направлении света.

Интересные факты о фототропизме

• Если у вас есть растение, испытывающее на окне фототропизм, попробуйте повернуть его в противоположном направлении, чтобы оно было отвернуто от света. Растению требуется всего около восьми часов для возвращения к свету.
• Некоторые растения растут от света, явление, называемое отрицательным фототропизмом. Это происходит из-за изгиба верхних частей корня.
• Настические движения схожи с фототропизмом, поскольку также связаны с движением растения из-за определенного раздражителя, но они осуществляются не к световому стимулу, а в заданном направлении. Движение определяется самим растением, а не светом. Примером настии является открытие и закрытие листьев или цветов из-за наличия или отсутствия света.