Ātrās augu kustības: definīcija, mehānismi un slavenie piemēri
Atklāj ātrās augu kustības: definīcija, fizioloģiskie mehānismi un slavenie piemēri — Venēras mušķērājs, Morus alba, Impatiens un Mimosa pudica.
Ātra augu kustība parasti apzīmē augu strukturālas kustības, kas notiek ļoti īsā laikā — parasti mazāk nekā viena sekunde. Šādas kustības nereti balstās nevis uz lēnu šūnu augšanu, bet uz ātrām hidrauliskām izmaiņām, elektrisku signālu pārnešanu vai uzkrātas elastīgas enerģijas strauju atbrīvošanu.
Tipiski piemēri parāda kustību ļoti atšķirīgos laikmēros un mehānismos: Venēras mušķērājs var aizvērt lamatas aptuveni 100 milisekundēs, kamēr dažos ziedos putekšņu atbrīvošanās notiek mikrosekunžu skalā.
- Galvenie mehānismi:
- Turgora spiediena izmaiņas: ātra jonus transportējošo kanālu darbība maina ūdens sadalījumu starp šūnām un izmaina lapas vai žokļu formas (piem., Mimosa pudica, lapiņu aizvēršanās).
- Elektriskie signāli un darbības potenciāli: mehāniskā stimulācija var izraisīt elektriskus impulsus, kas ātri tiek izplatīti pa audu šūnām un aktivizē turgora vai mehāniskos pārslēgšanos (piem., Venēras mušķērājs).
- Elastīgās enerģijas akumulācija un strauja atbrīvošana: audu deformācijas vai piestiepšanas laikā uzkrātā elastīgā enerģija tiek atbrīvota ļoti īsā laikā (snap‑buckling vai "katapultēšana").
- Kavitācija un vakuuma efektu izmantošana: daži mehānismi strauji pārvieto šķidrumu vai gaisu, radot strauju kustību vai izsviestu materiālu (piem., putekšņu izšaušana).
- Explodējoša sēklu atbrīvošana (dehisence): uzkrātais mehāniskais spriegums sēklu kapsulā tiek izlaists pēkšņi, izšaujot sēklas tālu prom (piem., Impatiens sugas).
- Atšķirība no tropismiem: tropismi (gaisma, gravitācija u. c.) ir lēnākas, augšanas balstītas kustības, ko parasti dēvē par tropismiem un kas norisinās stundās vai dienās.
Konkrēti piemēri un to īpatnības:
Venēras mušķērājs (Dionaea muscipula) slēdz savas "lamatas" ļoti ātri, pateicoties jutīgām matiņš‑signalizētājām šūnām, darbības potenciāliem un lamatu elastīgam "snap‑buckling". Šī reakcija notiek aptuveni 100 milisekundēs, ļaujot sagūstīt pārvietojošos kukaiņus.
Daži citi plēsīgie augi, piemēram, pūslīši, izmanto vakuuma principu vai ātru vārstu darbību, lai iesūkātu vai notvertu upuri, nodrošinot ļoti strauju iekšējo kustību.
Dzegužpirkstītes (Cornus canadensis) zieds var atvērt ziedlapiņas un izšaut putekšņus mazāk nekā 0,5 milisekundēs — tas ir paraugs par ļoti ātru ziedu mehānismu, kas nodrošina efektīvu putekšņu izplatīšanu.
Pašlaik rekorda īpašniece ir baltā zīdkoka Morus alba, kura lapas izmanto zīdtārpiņu audzēšanai. Tā ir ievērojama arī ar ātru ziedputekšņu izdalīšanos: putekšņi tiek palaisti ar ļoti lielu ātrumu, pateicoties zieda struktūru kā katapultām, atbrīvojot uzkrāto elastīgo enerģiju tikai 25 mikrosekundēs — šī kustība tiek raksturota kā viena no līdz šim bioloģijā novērotajām visātrākajām un tuvojoties fizikālajām robežām, kādas augu materiāli spēj sasniegt.
Ļoti plaši izplatītās Impatiens ģints sugas ir pazīstamas ar to, ka nobriedušas sēklu kapsulas "eksplodē" pie mazākās mehāniskas stimulācijas — no turienes cēlies arī nosaukums "touch-me-not" cēlies" — sēklas var tikt izšautas vairāku metru attālumā, nodrošinot plašu disemināciju.
Salīdzinoši lēnāk kustīgais, bet labi zināmais piemērs ir Mimosa pudica, kuras lapiņas aizveras graciozā secībā pēc pieskāriena; šajā procesā svarīga ir turgora un jonkanālu mijiedarbība, kas maina šūnu tilpumu.
Vēsturiski un zinātniski nozīmīgs darbs šajā jomā bija Čārlzam Darvinam, kurš 1880. gadā publicēja savu pēdējo darbu pirms nāves "The Power of Movement in Plants", analizējot augu kustību mehānismus un to nozīmi ekoloģijā un evolūcijā.
Kā tiek pētītas šīs kustības? Mūsdienu pētījumi izmanto augstas ātrums kameras, elektrofizioloģijas ierīces (lai mērītu darbības potenciālus), mikro‑CT un materiālu mehānikas metodes, lai saprastu enerģijas uzkrāšanos un atbrīvošanu, kā arī molekulāros mehānismus, kas kontrolē jonkanālus un šūnu ūdens plūsmu.
Praktiskā nozīme: ātrās augu kustības pētījumi sniedz ieskatu par evolūcijas risinājumiem sēklu diseminācijai, apputeksnēšanai un plēsēju notveršanai. Tos izmanto arī biomimetikā — inženieri iedvesmojas no šiem mehānismiem, lai izstrādātu ātras un efektīvas mehāniskas sistēmas un sensorus.
Veneras mušķērājs ir viens no nelielas augu grupas, kas spēj strauji pārvietoties.
Mimosa pudica lapiņu locīšana uz iekšu
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
J: Kāds ir straujas augu kustības piemērs?
A: Ātras augu kustības piemērs ir Veneras mušķērājs, kas aizver lamatas aptuveni 100 milisekundēs.
J: Kāda veida augiem ir ātra reakcija uz kukaiņiem?
A: Gaļēdājiem augiem, piemēram, pūšļpurvālēm, ir ātra reakcija uz kukaiņiem.
J: Kāds ir līdz šim bioloģijā novērotās visātrākās kustības rekords?
A: Līdz šim bioloģijā novērotās visātrākās kustības rekords pieder baltajai zīdkoksnei Morus alba, kuras putekšņi tiek palaisti ar vairāk nekā pusi no skaņas ātruma un tikai 25 mikrosekundēs atbrīvo uzkrāto elastīgo enerģiju.
J: No kā cēlies Impatiens sugas nosaukums?
A: Impatiens sugas nosaukums "touch-me-not" (pieskāriens-nepieskāriens) cēlies no tās sēklu kapsulām, kuras, tām pieskarasot, "eksplodē", izšaujot sēklas vairāku metru attālumā.
J: Kā kustas Mimosa pudica lapiņas?
A: Mimosa pudica lapiņas aizveras graciozā secībā.
J: Kas pirms nāves publicēja darbu par augu kustībām?
A: Čārlzs Darvins 1880. gadā publicēja savu pēdējo darbu pirms nāves "The Power of Movement in Plants" ("Augu kustību spēks").
J: Kas ir tropismi?
A: Tropismi ir lēni augošu augu augšanas kustības.
Meklēt