Фелипе Ямашита (Felipe Yamashita)

Неимитирующий лист, с тремя лопастями


Имитирующий лист, с одной лопастью на верхушке

Пластиковый лист искусственного растения продольной формы

---

Шнобелевская премия мира 2024 по ботанике

Лиана имитирует листья искусственного пластикового растения

Джейкоб Уайт (Jacob White), независимый исследователь, Магна, Юта, США, и Фелипе Ямашита (Felipe Yamashita), Институт клеточной и молекулярной ботаники, Боннский университет, Бонн, Германия, "Boquila trifoliolata имитирует листья искусственного пластикового растения-хозяина", "Сигнализация и поведение растений" (Plant Signaling and Behavior), т. 17, № 1, 2022.

После открытия того, что Boquila trifoliolata способна к гибкой мимикрии листьев, вопрос о механизме, лежащем в основе этой способности, остался без ответа. Здесь авторы демонстрируют, что зрение растений, возможно, через специфичные для растений глазки, является правдоподобной гипотезой.

Растения Boquila trifoliolata приобретены в местном магазине в Порт-Таунсенде, штат Вашингтон. Эксперимент проводился в Магне, штат Юта, США, в период с сентября 2019 года по октябрь 2020 года. Растения размещены перед большим окном, выходящим на запад. Первый образец листьев для анализа собран в декабре 2020 года, а второй образец - в июне 2021 года.

Каждому растению присвоен номер, и оно размещено на стеллаже для выращивания. Растения были выстроены рядом перед окном, через которое они получали солнечный свет, идущий с западного направления. Над горшками для растений размещены 2 непрозрачные полки (полка 1 и полка 2), чтобы нижние части были подальше от искусственной лозы и пластиковых листьев. 2 искусственные лозы White Wisteria Garland куплены в местном магазине. Искусственные лозы размещены на 28 см выше верха горшков с B. trifoliolata и не видны под полкой 1. За растениями ежедневно наблюдали, делая заметки о росте новых побегов.

Растения были разделены на 3 группы в зависимости от возраста листьев. Молодые: молодые, недавно сформированные листья. Средние: листья среднего возраста. Старые: полностью сформированные листья. Кроме того, разделили листья на 2 дополнительные группы, которые сравнивали друг с другом: группа имитаторов и группа неимитаторов. Листья анализировались на основе 4 основных геометрических характеристик. Площадь листа (A): общая площадь листа, рассчитанная в пикселях всего листа с помощью плагина LeafJ. Периметр (P): периметр листа рассчитывался путем подсчета пикселей, соответствующих краю листа. Длина (L): расстояние между 2 концами главной жилки. Ширина (W): наибольшее расстояние между 2 точками, пересекающими прямую линию длины под углом 90 градусов.

Используя 4 основных геометрических признака, определены 4 цифровых морфологических признака, используемых для анализа листьев. Соотношение сторон: определяется как отношение длины к ширине. Округлость: описывает разницу между листом и кругом. Прямоугольность: описывает сходство между листом и прямоугольником. Фактор формы: отношение ширины к длине. Свободно заканчивающиеся прожилки анализировались с использованием фотографий, сделанных с помощью бинокулярного микроскопа при увеличении 0,8x.

Фотографии анализировались, а свободно заканчивающиеся прожилки подсчитывались с помощью программного обеспечения ImageJ (плагин анализатора счетчика клеток). Для каждой группы использовалось минимум 6 листьев. Самые большие листья ветки, содержащей 3 листа, были удалены, затем эти листья сфотографированы с помощью камеры (Canon EOS 1000D) и бинокулярного микроскопа (Leica MZ FL III с Leica DFC 290). Изображения проанализированы с помощью Adobe Photoshop 2021 и Fiji ImageJ. Данные проанализированы с помощью статистического программного обеспечения GraphPad Prisma. Все данные получены из 16 биологических повторений.

Boquila trifoliolata растет в очень влажных условиях в умеренном тропическом лесу Вальдивии, Чили. Стандартные листья растений B. trifoliolata демонстрируют вариации формы листьев и количества лопастей. Большинство листьев имеют 3 лопасти с притупленными кончиками. Можно увидеть вариации количества лопастей, некоторые листья имеют несколько лопастей, а другие имеют меньше 3. Некоторые листья показали схожий рисунок с поддельными листьями в отношении вариации лопастей. В этом исследовании нижние листья использовались в качестве контрольных (не имитирующих) листьев, поскольку находились ниже линии непрозрачной полки 1, поэтому без прямого визуального контакта с ложными листьями.

По мере того, как лоза растет в сторону искусственного растения, листья B. trifoliolata принимают совершенно иную форму. Растения демонстрируют очевидные попытки мимикрии ближайшим ложным листьям модельных растений, хотя некоторые листья все еще сохраняют одну долю. Искусственное растение из-за несовершенства производства имеет листья другой формы. Однако все листья имели более продольную форму.

Наблюдали, что листья среднего возраста и старые неимитирующие листья имели значительно большую площадь листа, периметр, длину и ширину, чем листья-имитаторы. Что касается молодых листьев, наблюдали значительные различия в ширине листьев. Установив связь между этими 4 параметрами, вычислили различные переменные. Наблюдали, что листья неимитирующие имели большую прямоугольность. Независимо от возраста, формы листьев принимали более однородные прямоугольные формы. Кроме того, когда сравнивали соотношение между диаметром листа и длиной листа (фактор формы), наблюдали, что молодые листья среднего возраста и старые листья неимитирующих растений имели это соотношение выше. Однако, если сравнивали соотношение между длиной и диаметром (соотношение сторон), обнаружили, что листья-имитаторы имели более высокие значения, что означает более тонкие формы (формы).

Соотношение сторон и фактор формы показывают, что листья-имитаторы, как правило, длиннее, а не шире, что указывает на то, что они больше похожи на удлиненные пластиковые листья, которые помещены рядом с растениями Boquila в качестве модели растения-хозяина. Неимитирующие листья показали схожие значения длины, имея значения фактора формы, близкие к 1 (схожие значения ширины и длины приводят к значениям фактора формы, близким к 1), чем более схожи листья по длине и ширине. Подтверждая эти данные, получили прямоугольность, показывающую, что листья-неимитаторы имеют более округлую форму по сравнению с тонкими листьями-имитаторами.

Мимикрия началась сразу под искусственной лозой (между полками 1 и 2), и когда больше листьев было обращено к листьям-моделям, это, по-видимому, повлияло на детали мимикрии. Значит нижние листья выбирают детали листьев рядом с ними и передают полученную информацию следующему набору растущих листьев. Новые листья формируются в форме имитатора, и молодые листья вырастают больше в этой форме. Это говорит о том, что нижние листья играют некоторую роль в мимикрии листьев.

Интересный аспект обнаружен в рисунке жилкования, когда анализировали листья под бинокулярным микроскопом. Замечено, что неимитирующие листья имели больше свободно заканчивающихся прожилок, представленных крошечными прожилками, концы которых свободно заканчивались в мезофилле листа. Большее количество свободно заканчивающихся прожилок наблюдалось в неимитирующих листьях в молодых листьях, а также в листьях среднего и старого возраста. Хорошо известно, что развитие и формирование узора жилок прогрессирует в базипетальном направлении (от верхушки листа к основанию); поэтому более продвинутую стадию сетей жилкования можно обнаружить на верхушке листа, чем у его основания. По сравнению с неимитирующими стандартными листьями, имитирующие листья показывают меньшее количество свободно заканчивающихся прожилок и менее плотную сосудистую сеть. Эта особенность указывает на высокую концентрацию ауксина по краям листьев, что позволяет предположить, что эти листья, возможно, изменили модели биосинтеза ауксина и полярного транспорта ауксина. Это можно интерпретировать как попытку изменить форму листьев, имитируя пластиковые листья.

Похоже, что за эти месяцы растения B.trifoliolata значительно улучшили свою имитацию пластикового растения-хозяина. Листья-имитаторы удваивались в размере от одного анализа к другому (первый анализ декабрь 2020 г., второй анализ июнь 2021 г.), а фактор формы значительно уменьшился, приблизившись к фактору формы пластиковых листьев, имеющих тонкие формы (факторы формы близки к значению 1). Эта улучшенная способность растений B.trifoliolata имитировать формы и размеры пластиковых листьев подразумевает процессы обучения и памяти в мимикрии растений.

Попытки имитации листьев наблюдались на всех побегах, растущих вблизи искусственного модельного (хозяина) растения. Некоторые имитирующие листья не идеальны в своей имитации, подобно их попыткам создания зубчатых листьев в природе. Возможно, из-за неровных краев на искусственном растении все листья, контактирующие с искусственной лозой, имеют заметно иную форму, чем неимитирующие листья под полкой. Результаты показали, что листья B. trifoliolata имитируют искусственные листья, изменяя свою форму на более продольную форму без долей. Это идет в противоположном направлении от двух гипотез, предложенных Джианоли и Карраско-Урра в 2014 году, которые предположили, что листья Бокилы могут улавливать переносимые по воздуху химикаты, выделяемые другими деревьями, или использовать гены от своего хозяина через паразита или микроба. Наш текущий анализ отдает предпочтение зрению растений, основанному на специфичных для растений глазках листьев.

За обнаружение доказательств того, что некоторые настоящие растения имитируют формы соседних искусственных пластиковых растений Джейкоб Уайт, США, Фелипе Ямашита, Боннский университет, Германия, получают Шнобелевскую премию 2024 года по ботанике.

Комментарий:

---

Шнобелевская премия мира 2021 За проверку гипотезы о том, что люди вырастили бороды, чтобы защитить себя от ударов по лицу, публикация в журнале Интегративная биология организма, Итан Бесерис, Стивен Нэлеуэй, Дэвид Кэрриер, Университет Юты, получили Шнобелевскую премию мира 2021 года подробнее

---

Шнобелевская премия 2008 по физике Чаще образуются узлы 120 различных типов с числом пересечений достигающим 11, что наблюдалось в 3 415 испытаниях. Относительная вероятность формирования узла экспоненциально уменьшается от минимального числа пересечений и энергии Мебиуса, меры сложности подробнее

Источник - пресса