Семенные растения сумели завоевать мир не только благодаря эффективному способу размножения, но и из-за нового способа регулировки водного баланса.

Между растениями и атмосферой происходит постоянный газообмен, вход и выход регулируют поры на поверхности листьев – устьица. Через них растение получает кислород для дыхания и углекислый газ для фотосинтеза, через них же происходит испарение воды – транспирация. Устьица открываются и закрываются под действием внешних и внутренних факторов.

Растение с устицамиУстьица устроены просто: две замыкающие клетки бобовидной формы, между которыми находится устьичная щель. К замыкающим клеткам примыкают соседние клетки эпидермиса – вспомогательные. У всех сосудистых (высших) растений работает базовый механизм регуляции работы устьиц, основанный на принципе гидравлики. Если содержание воды в замыкающих клетках увеличивается, они напрягаются – повышается тургор, и меняют форму, открывая устьичную щель. Через отверстие происходит испарение воды. Содержани воды снижается — клетки становятся вялыми, а щель замыкается.

Но как показали австралийские ученые из Университета Тасмании в Хобарде (University of Tasmania, Hobart), регуляция работы устьиц у семенных растений и их предшественников – папортников и плаунов принципиально различается.

Гормональная регуляция лучше гидравлической

У семенных растений помимо такого пассивного механизма регуляции имеется активный, за который отвечает фитогормон абсцизовая кислота, или абсцизин. Если количество воды в клеточных тканях снижается, уровень абсцизина увеличивается. А к нему чувствительны замыкающие клетки.

В эксперименте ученые поливали раствором абсцизина растения из разных групп. Когда концентрация фитогормона достигала определенной величины, у покрытосеменных и голосеменных (хвойных) растений закрывались устьица. Папортники и плауны так на абсцизин не реагировали. То есть, у них активного механизма, регулирующего работу устьиц. Закрыть устьица у них можно другим способом – отрезать лист; тогда соседние ткани резко теряли воду.

Фитогормон абсцизин и у папортников, и у плаунов есть – у них работают гены, обеспечивающие его синтез. И хотя концентрация гормона в их тканях намного меньше, чем в тканях семенных растений, он выполняет другие присущие ему функции, например, регулирует рост и развитие. Но семенные растения научились абсцизином регулировать работу устьиц, за счет чего приобрели более тонкий механизм контроля водного баланса, так как на гормон клетки отвечают намного быстрее, чем на изменения тургора.

Секрет завоевания мира

Устьица семенных растений, в отличие от папортников и плаунов, реагируют не только на то, как меняется содержание воды, но и на концентрацию CO₂ в воздухе подустьичной полости: при снижении – открываются, при повышении – закрываются. К снижению СО₂ приводит фотосинтез в замыкающих клетках под действием света, и открытие устьиц обеспечивает приток углекислого газа из воздуха. Это позволяет регулировать жизнедеятельность в зависимости от времени суток.

Биологи пришли к заключению, что активно регулировать работу устьиц предковые формы семенных растений начали около 360 млн лет назад, когда отделились от папортников и плаунов. Именно тонкие механизмы контроля водного баланса позволили семенным растениям широко распространиться по миру и приспособиться к любому климату, в том числе к засушливому.

Статья о причинах глобального успеха семенных растений опубликована в Science.

Источник: Infox.ru

Новые виды растений биологи находят частенько, но открытие неизвестного рода — событие редкое. Удача улыбнулась Кармен Уллоа Уллоа (Carmen Ulloa Ulloa) из ботанического сада Миссури (Missouri Botanical Garden) и её коллегам из университета южного Иллинойса (SIU), лондонского музея естествознания (NHM) и дублинского колледжа (Trinity College).

Местные жители называют это растение guayabillo или guayaba de montana. Это всё варианты guayaba (гуавы): имя проистекает из внешнего сходства плодов (фото D. L. Kelly) Дерево, названное Hondurodendron urceolatum, впервые учёные заметили в ходе экспедиции 2004 года в национальном парке El Cusuco, расположенном в горах Sierra del Merendón на северо-западе Гондураса. В 2006 и 2008 годах удалось собрать дополнительные образцы таинственного растения, которое классифицировать сходу оказалось затруднительным.

Расположение плодов и листьев, а также трещиноватая кора H. urceolatum (фотографии parasiticplants.siu.edu, Jonathan Kolby, D. L. Nickrent)Понадобилось ещё два с лишним года исследований структуры этого растения и его генетических маркеров, чтобы поместить новичка на нужную ветвь филогенетического древа — в семейство Aptandraceae. Его представителей можно встретить не только в Южной Америке, но и в Африке, Азии и Индонезии. От сородичей новое дерево отличается рядом особенностей.

Высота его — более 12 метров, мужские и женские цветки необычайно мелкие (менее 2 миллиметров), появляются они, соответственно, на отдельных растениях. Двухсантиметровый плод по структуре напоминает орех. Он не сочный и для людей не съедобен, но зато мелкие млекопитающие, шастающие по веткам Hondurodendron urceolatum, лакомятся им охотно. Кстати, если первая часть названия нового растения означает "дерево из Гондураса", то вторая переводится как "имеющий форму кувшина" и отсылает как раз к облику фруктов.

Цветки H. urceolatum (проспиртованные) и их части, разрезанный плод, пыльца под электронным микроскопом (масштабная линейка – 6 микрометров). Авторы работы отмечают, что столь крошечные чашечки цветков поразительно сильно увеличиваются по мере роста плода. Они не только закрывают его полностью, но часто выступают за его пределы (фотографии parasiticplants.siu.edu, D. L. Nickrent) Дерево Hondurodendron urceolatum представлено несколькими разрозненными популяциями в пределах одного горного хребта. Между тем местные леса окружены сельскохозяйственными угодьями и страдают от лесозаготовки и выпаса скота. Потому ботаники объявили, что данный вид (а значит, и род) находится под угрозой исчезновения.

Детали открытия раскрывают пресс-релиз (PDF-документ) ботанического сада и статья в Annals of the Missouri Botanical Garden (в открытом доступе она выложена в PDF-документе). 

Источник: MEMBRANA