Čudesna biologija proleća

Proleće samo što nije stiglo na severnoj hemisferi: zadivljujuća lepota prirode sa širokim spektrom intenzivnih boja. Život buja na sve strane, insekti zuje, ptice cvrkuću, širi se slatki miris cveća. Gotovo neophodan čulni užitak posle duge, hladne i sive zime.

U Evropi počinju da cvetaju stabla trešnje, pretvarajući se u prelepe ogormne ružičaste cvetove. Tu su lale sa svojom neverovatnom raznolikošću boja u Holandiji, čuveni divlji plavi zumbili po šumama u Engleskoj, prvi cvetovi badema u španskoj Andaluziji ili polja maka u Toskani.

Ali nešto što možda još više fascinira od te lepote je nauka koja stoji iza ovog šarenog cveća.

Buđenje iz dugog sna

Niske temperature mogu zaustaviti ili značajno smanjiti biološke procese, a stvaranje leda lako može da ubije biljne ćelije. Dakle, pre proleća, biljke moraju sve to da prežive i za to su razvile mnoge trikove.

Neko drveće – koje se naziva listopadnim, poput javora, odbacuje svoje lišće tokom jeseni nakon što je iz njega usisalo vodu i hranljive materije – da bi ih u svojim debljim, dobro izolovanim stablima sačuvalo za toplija vremena. Lišće bi ionako umrlo na niskim temperaturama, tako da to ima smisla.

Ovo usisavanje hranljivih materija iz lišća u stablo je ono što nam pruža nostalgično lepe crvene, narandžaste i žute boje jeseni. Nakon toga drveće ulazi u stanje mirovanja, gde se rast zaustavlja.

Ostalo drveće - koje se naziva zimzeleno, poput bora, odlučilo se za drugačiji pristup. Ono ima veoma tanke igličaste listove prekrivene voštanim slojem, što ih čini veoma otpornim na hladnoću, i omogućava im da ostanu živi tokom zime. Ali, to nisu cvetne biljke, njihovo seme je otkriveno ili „golo“ po kojem su i dobile naučno ime Gimnosperms – golo seme.

Postoje i biljke koje su se kroz druge mehanizme, poput proizvodnje antifirza - materija otpornih na mraz, veoma dobro prilagodile ekstremnoj hladnoći i lako prežive zimu.

Kako se proleće približava, zbog nagnute ose rotacije Zemlje, dani počinju da postaju duži, a sunčeva svetlost dolazi direktnije, čineći ga sve toplijim i toplijim do junskog solsticija - najdužeg dana na severnoj hemisferi.

Kada cvetati?

Cvetanje je veoma složen proces koji varira od vrste do vrste, jer svaka biljka, korov, žbun ili drvo ima svoje posebne potrebe i načine cvetanja.

Cvetanje takođe zavisi od toga kako biljka širi svoja zrna polena - to se naziva oprašivanje. Postoje mnoge strategije oprašivanja, bilo vazdušnim putem, pčelama, leptirima ili pticama, i takođe je povezano sa načinom na koji biljka cveta i kada biljka cveta, pa čak i sa strukturom samih cvetova.

Ako biljku oprašuju pčele, poput stabala trešnje, verovatno bi trebalo da proizvodi cveće kada su pčele najaktivnije, zar ne?

Neke biljke počinju da cvetaju u zavisnosti od trajanja dnevne svetlosti, na osnovu temperature ili drugih faktora, poput zrelosti.

Postoje biljke koji reaguju na dnevnu svetlost, tačnije na dužinu noći – to je kasnije otkriveno – i dele se na dve vrste: dugnoćne biljke, koje cvetaju kada dužina noći pređe određenu minimalnu dužinu i koje mogu da cvetaju rano u proleće, poput stabala trešnje. Kratkonoćne biljke, cvetaju samo kada je noć kraća od određene dužine, često počinju da cvetaju tokom leta, poput zelene salate i spanaća.

Sve zavisi od toga šta je za njih najbolje. Ali praćenje dnevne svetlosti zahteva najmanje dve stvari - nešto što može da oseti svetlost i neku vrstu unutrašnjeg časovnika za sinhronizaciju sa okruženjem tokom ciklusa noć-dan.

„Oči“ i „časovnici“ biljaka

Da bi pratili tok dana i varijacije dnevnog svetla, biljke imaju proteine osetljive na svetlost zvane fitohrom.

Fitohrom postoji u dva oblika - deaktivirani oblik koji se zove Pr i aktivni oblik koji se zove Pfr. Tokom dana, Pr apsorbuje crvenu svetlost Sunca i transformiše se u aktivni Pfr oblik. Kada se približi noć, i kako se količina Sunčeve svetlosti, a samim tim i crvene svetlosti polako smanjuje, Pfr se ponovo pretvara u neaktivni Pr oblik.

Ovaj mehanizam je neverovatno sličan tome kako funkcionišu ljudske fotoreceptorske ćelije u mrežnjači oka. Tu imamo dve glavne vrste ćelija, štapiće i čunjeve - štapići su uglavnom uključeni za noćni vid, a čunjići za dnevni vid. A način na koji rade je takođe sličan - sa proteinima osetljivim na svetlost koji menjaju svoj oblik kada prime svetlost, baš kao i fitokrom: za naše ćelije štapića zove se rodopsin, a za čunjiće - fotopsin.

Da se ​​vratimo biljkama. Fitohrom omogućava biljkama da posmatrajući trajanje dnevne svetlosti - prate promene godišnjih doba. Dugi dani znače leto, kratki dani - zimu i sve ono između…

Fitohrom je ono što u jesen, kako dani postaju kraći, listopadnom drveću poručuje da se pripremi za zimu, odbaci lišće i spremi što više hrane i vode za proleće.

Ovaj protein je takođe onaj koji stalno podešava unutrašnji sat biljaka kako bi se prilagodio godišnjim promenama. Ovaj unutrašnji sat se zove cirkadijalni sat ili oscilator - ili biološki časovnik. Kontroliše ono što je poznato kao cirkadijalni ritmovi, koji se ponavljaju otprilike svaka 24 sata. Proteini koji pomažu u podešavanju ovih bioloških satova zovu se cajtgeberi – što na nemačkom bukvalno znači „davaoci vremena".

Ovi biološki ritmovi konstatovani su kod životinja, biljaka i gljiva i upravljaju mnogim biološkim procesima, na primer, čineći da spavamo noću i budemo budni danju, ili imamo „džetleg" kada putujemo u drugu vremensku zonu.

Biološki sat u biljkama kontroliše mnoge procese kao što su „ponašanje" lišća, cvetanje, klijanje, rast, pa čak i proizvodnju mirisa.

Dakle, kada fitohromi kažu biljci da dani postaju sve duži i duži – što znači da dolazi proleće – ona pokreće gomilu različitih procesa kao što je izlazak iz stanja mirovanja, reaktivacija svega, vraćanje vode i hrane u pupoljke i posebno, aktiviranje cvetanja u pravo vreme.

Signal cveća

Za cvetanje je potrebno veoma mnogo energije. Biljke moraju da koriste hranljive materije koje se inače koriste za rast i stvaranje novih grana i listova.

Biljke proizovde dve vrste delova, vegetativne i reproduktivne. Vegetativno je sve što nije uključeno u reprodukciju – stabljike, koreni i listovi, a cvetovi su reproduktivni delovi. Stvari postaju još interesantnije jer oba oblika potiču iz istog dela, pupoljka.

Pupoljci se obično razvijaju u vegetativne oblike – listove ili grane – to je neka vrsta osnovnog stanja.

Dakle, šta čini da se pupoljak iznenada promeni i transformiše u šareni cvet?

Pre skoro 100 godina, vršeni su ovakvi eksperimenti: jedan list biljke je stimulisan odgovarajućom količinom noći odnosno tame, a zatim je odmah uklonjen sa biljke - biljka nije cvetala. Ali ako bi indukovani list ostao na biljci nekoliko sati – biljka je cvetala.

To sugeriše da se u listu proizvodilo nešto kao odgovor na precizan noćni period, a zatim je putovalo od lista do pupoljka - da bi proizvelo lepo cveće.

Ova misteriozna supstanca se u to vreme zvala „florigen". Hemijska priroda supstance je razjašnjena tek u protekloj deceniji - proučavanjem biljke Arabidopsis - koja se za proučavanje biljaka koristi kao miševi za pročavanje sisara. Supstanca sada nosi ime FT (Flowering Locus T, mesto cvetanja).

FT se proizvodi u listovima kada je trajanje noći tačno za tu određenu biljku, tako da je vezan za biološki sat i fitohrom.

Na primer, kod kratkonoćne biljke, pošto su noći kraće od dana, ima više aktivirane verzije fitohroma Pfr nego deaktiviranog Pr. Niski nivoi Pr tada pokreću proizvodnju FT koji potom izaziva cvetanje.

Sve ranije cvetanje?

Temperatura takođe igra ulogu u tome kako biljke prate godišnja doba.

Više temperature ubrzavaju sazrevanje biljaka: hemijske reakcije i metabolizam postaju brži i rezerve hrane uskladištene kao skrob se razlažu na šećere. To je kao da polako uključujete izuzetno složenu fabriku.

Dokazi prikupljeni širom sveta tokom proteklih decenija pokazuju da cvetanje počinje sve ranije i ranije - kako se prosečna temperatura povećava.

Studija objavljena prošlog meseca pokazala je da biljke u Velikoj Britaniji cvetaju u proseku skoro mesec dana ranije, a prošle godine su stabla trešnje u Japanu procvetala ranije nego ikada.

Možda je to zbog činjenice da mnoge biljke mogu da cvetaju samo na određenoj temperaturi, rekli su istraživači u studiji iz 2015. Kako se klima zagreva, i biljke cvetaju ranije.

„Izgleda da biljke ne cvetaju u određeno doba godine, već kada se približava za njih genetski određena optimalna temperatura“, navodi se u studiji.

Tokom proleća, dok gledate cveće, pomislite ponekad i na sve ove procese, stimuluse i proteine koji su omogućili tu lepotu. A i na to koliko je sve povezano i srodno i organizovano prirodi – čiji smo i mi deo.

Pratite nas i na Fejsbuku, preko Tvitera, na Jutjubu, kao i na našem nalogu na Instagramu.