Растения способны адаптироваться к свету, даже без глаз и мозга

Растения, лишенные глаз и мозга, тем не менее, способны «заблуждаться» в определении направления света, попадая под влияние оптических иллюзий. Команда исследователей из Тель-Авивского университета проанализировала этот интересный феномен и разработала математическую модель, которая помогает объяснить его природу. Итоги работы были опубликованы в журнале PNAS.

В отличие от большинства животных, где восприятие света осуществляется специализированными органами, такими как глаза, а также центральной нервной системой, у растений световые рецепторы распределены по внешнему слою стебля. Они функционируют как единая, но децентрализованная сенсорная сеть. Каждая зона стебля самостоятельно преобразует интенсивность света в биологический сигнал, и лишь затем локальные сигналы объединяются, что позволяет определить направление роста.

В ходе эксперимента ростки подсолнечника подвергались воздействию синего света различной интенсивности, направленного с разных сторон, и их движение фиксировалось более 20 часов. Изначально ростки освещались с одной стороны — в этом случае они стремились к более яркому источнику. Однако, когда свет стал поступать с двух противоположных сторон, угол наклона не оказался прямо пропорционален разнице интенсивностей. Математическая модель, разработанная исследователями, успешно предсказывала, насколько сильно и в какую сторону наклонится росток при различных условиях освещения.

Объяснение этому явлению заключается в нелинейности восприятия: источник света с удвоенной интенсивностью не генерирует вдвое больший биологический сигнал. После объединения таких «перекодированных» сигналов итоговое направление роста может отклоняться от физически самого яркого источника света.

На следующем этапе эксперимента исследователи установили два одинаковых по силе источника света напротив друг друга, а третий, менее мощный, разместили перпендикулярно. В результате ростки тянулись именно к более слабому источнику света, поскольку два сильных источника взаимно компенсировали друг друга. Это подтверждает, что растения суммируют направленные световые сигналы, а не просто растут в сторону самого яркого освещения.

«Интересно, что растения могут интегрировать сложную информацию об окружении без наличия мозга и центральной обработки, — комментирует профессор Ясмин Мероз. — Вычисления происходят из того, как свет воспринимается и обрабатывается локально по всему стеблю. Этот принцип может быть применим не только к растениям, но и к клеткам, бактериям и другим живым системам с распределённым восприятием».

По мнению авторов исследования, описанный механизм является примером той самой «оптической иллюзии»: растение воспринимает направление самого яркого света не там, где он действительно находится. Исследователи надеются, что их работа поможет лучше понять распределенное восприятие и у других организмов.

Читайте также: