Деревья известны своей большой, но не безграничной высотой и диаметром ствола. Они эволюционировали, чтобы развить тяжелую надземную биомассу, но эта неотъемлемая особенность ставит под сомнение устойчивость ствола.
Несмотря на очевидную важность, принцип, по которому стебли растений реагируют на увеличение веса, остается неизвестным. Чтобы ответить на этот вопрос, была разработана теория «вертикальной проприоцепции», механизма, который уравновешивает радиальный рост стебля с увеличением веса.
Чтобы изучить теорию, исследователи из Хельсинкского университета, Кембриджского университета и Института природных ресурсов Финляндии манипулировали воздушным весом пушистой березы (Betula pubescens).
Исследователи заметили, что дерево действительно могло регулировать свой радиальный рост ствола в ответ на добавленный вес, и сила этой реакции варьировалась по длине ствола. Кроме того, для этой реакции требовалось определенное боковое движение ствола: статичные деревья не росли так густо, как свободно движущиеся.
«Несмотря на то, что идея о том, что растения чувствуют собственный вес и соответственно утолщают свой стебель, кажется интуитивной, наше исследование - первое, в котором этот вопрос рассматривается на деревьях», - говорит Хуан Алонсо-Серра из Факультета биологических и экологических исследований. наук, Хельсинкский университет.
Один из подходов к пониманию того, как работает этот механизм измерения веса, заключается в сравнении обычных растений с растениями, лишенными этой способности. Исследователи воспользовались преимуществом встречающегося в природе березового мутанта по имени элимяки. Это исключительное дерево растет прямо в течение трех месяцев, после чего его ствол внезапно сгибается у самого основания, и все дерево рушится.
Исследователи показали, что, в отличие от обычных деревьев, деревья элимяки не могут должным образом приспособить свою ширину к своему увеличивающемуся весу, что делает их механически менее стабильными. Отсутствие должной реакции у деревьев элимяки связано с одной позицией (локусом) в геноме березы, что позволяет в будущем идентифицировать мутировавший ген.
Использование деревьев-мутантов было ключевой частью проекта. В большинстве моделей растений, таких как арабидопсис, генетические исследования осуществимы, потому что новое поколение может быть получено в течение нескольких месяцев, тогда как то же самое обычно занимает десятилетия с деревьями.
Тем не менее, березы являются исключением, поскольку они являются одними из немногих видов деревьев, цветение которых можно вызвать уже в шестимесячном возрасте. Это дает уникальную возможность обратиться к фундаментальным и прикладным вопросам жизни и развития деревьев.