Hai tempo? Sameer mishra / Shutterstock

Chiunque abbia viaggiato attraverso più fusi orari e sofferto jet lag capirà quanto sia potente il nostro orologi biologici sono. In effetti, ogni cellula del corpo umano ha il suo orologio molecolare, che è in grado di generare un aumento e una diminuzione giornalieri del numero di molte proteine ​​che il corpo produce in un ciclo di 24 ore. Il cervello contiene un orologio master che mantiene sincronizzato il resto del corpo, usando segnali luminosi dagli occhi per stare al passo con l'ambiente.

Le piante hanno ritmi circadiani simili che li aiutano a dire l'ora del giorno, preparando le piante per la fotosintesi prima dell'alba, attivazione dei meccanismi di protezione dal calore prima della parte più calda della giornata e producendo nettare quando gli impollinatori hanno maggiori probabilità di visitare. E proprio come negli umani, ogni cellula della pianta sembra avere il suo orologio.

I nostri occhi e il cervello si basano sulla luce solare per coordinare l'attività nel corpo in base all'ora del giorno. Yomogi1 / Shutterstock

Ma a differenza degli umani, le piante non hanno un cervello per mantenere sincronizzati i loro orologi. Quindi, in che modo le piante coordinano i loro ritmi cellulari? Nostro nuova ricerca mostra che tutte le cellule della pianta si coordinano in parte attraverso qualcosa chiamato auto-organizzazione locale. Questo è efficacemente le cellule vegetali che comunicano i loro tempi con le cellule vicine, in modo simile a come banchi di pesci ed stormi di uccelli coordinare i loro movimenti interagendo con i loro vicini.

Ricerca precedente trovato che l'ora dell'orologio è diversa nelle diverse parti di una pianta. Queste differenze possono essere rilevate misurando i tempi dei picchi giornalieri nella produzione di proteine ​​dell'orologio nei diversi organi. Queste proteine ​​di clock generano le oscillazioni dell'ora 24 nei processi biologici.

Ad esempio, le proteine ​​dell'orologio attivano la produzione di altre proteine ​​che sono responsabili della fotosintesi nelle foglie appena prima dell'alba. Abbiamo deciso di esaminare l'orologio in tutti i principali organi della pianta per aiutarci a capire come le piante coordinano il loro tempismo per mantenere il ticchettio dell'intera pianta in armonia.

Ciò che rende le piante tick

Abbiamo scoperto che in Thale Cress (Arabidopsis thaliana) piantine, il numero di picchi di proteine ​​dell'orologio in momenti diversi in ciascun organo. Gli organi, come foglie, radici e steli, ricevono segnali diversi dal loro microambiente locale, come luce e temperatura, e usano queste informazioni per impostare autonomamente il proprio ritmo.

Se i ritmi nei diversi organi non sono sincronizzati, le piante soffrono di una sorta di jet lag interno? Mentre i singoli orologi in organi diversi raggiungono il picco in momenti diversi, ciò non ha provocato il caos completo. Sorprendentemente, le cellule hanno iniziato a formare modelli di onde spaziali, in cui le cellule vicine sono leggermente in ritardo l'una dietro l'altra. È un po 'come uno stadio o un'ondata “messicana” di appassionati di sport che si alzano in piedi dopo le persone accanto a loro per creare un movimento ondulatorio attraverso la folla.

Le cellule vegetali comunicano tra i loro vicini per coordinare il tempo. James Locke, Autore fornito

Il nostro lavoro mostra che queste onde derivano dalle differenze tra organi quando le cellule iniziano a comunicare. Quando il numero di proteine ​​di clock in una cellula raggiunge un picco, la cellula comunica questo ai suoi vicini più lenti, che seguono la guida della prima cellula e producono anche più proteine ​​di clock. Queste cellule fanno quindi lo stesso con i loro vicini e così via. Tali schemi possono essere osservati altrove in natura. Alcune specie di lucciole formano modelli d'onda spaziali mentre lo fanno sincronizza i loro flash con i loro vicini.

Il processo decisionale locale da parte delle cellule, combinato con la segnalazione tra di loro, potrebbe essere il modo in cui le piante prendono decisioni senza cervello. Permette alle cellule di diverse parti della pianta di prendere decisioni diverse su come crescere. Le cellule del germoglio e della radice possono ottimizzare separatamente la crescita alle loro condizioni locali. Il germoglio può piegarsi verso dove la luce non è ostruita e le radici possono crescere verso l'acqua o un terreno più ricco di nutrienti. Potrebbe anche consentire alle piante di sopravvivere alla perdita di organi a causa di danni o essere mangiato da un erbivoro.

Questo potrebbe spiegare come le piante sono in grado di adattare continuamente la loro crescita e sviluppo per far fronte ai cambiamenti nel loro ambiente, che gli scienziati chiamano "plasticità". Comprendere come le piante prendono decisioni non è solo interessante, aiuterà gli scienziati ad allevare nuove varietà di piante che possono rispondere al loro ambiente sempre più mutevole con i cambiamenti climatici.

Riguardo agli Autori

Mark Greenwood, PhD Ricercatore in Biologia cellulare, Università di Cambridge e James Locke, leader del gruppo di ricerca in biologia dei sistemi, Università di Cambridge

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

ING