Все растения Земли не стали смертельно ядовитыми для вредителей из-за того, что производство токсинов крайне негативно влияет на скорость роста и размножения, заявляют генетики в статье, опубликованной в журнале PNAS.

Обычная омела, символ католического Рождества, оказалась уникальным представителем царства растений, который не умеет расщеплять сахара при помощи кислорода и использовать их энергию для производства клеточной "энерговалюты", заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

Обыкновенная омела"Наши коллеги недавно выяснили, что у омел отсутствуют гены, связанные с кислородным дыханием в митохондриях. Мы думали, что они "переехали" в какую-то другую часть генома, и  были поражены, когда поняли, что омела полностью избавилась от этой части метаболической машины клетки. Она считалась обязательной частью клеток всех многоклеточных существ", — заявил Эндрю Маклин (Andrew McLean) из Центра Джона Иннеса в Норидже (Великобритания).

Палеонтологи из Великобритании нашли свидетельства того, что первые сухопутные растения на Земле появились примерно 500 миллионов назад, то есть на сто миллионов лет раньше, чем давали предыдущие расчеты, говорится в статье, опубликованной в журнале PNAS.

"Появление растений на поверхности Земли радикально изменило ее климат и облик, многократно ускорив эрозию почвы и горных пород и резко уменьшив количество парниковых газов в атмосфере, что привело к похолоданию климата и прочим изменениям. Мы показали, что это произошло в середине кембрийского периода, в то же время, когда появились первые сухопутные животные", — рассказывает Дженнифер Моррис (Jennifer Morris) из Бристольского университета (Великобритания).

Первые многоклеточные растения могли появиться на Земле уже 1,6 миллиарда лет назад. Об этом говорит отпечаток древнейшей водоросли, найденный в залежах осадочных пород в Индии, сообщается в статье, опубликованной в журнале PLOS Biology.

Микрофотография окаменелости древнейшей многоклеточной водоросли"В подобном выводе нельзя быть на 100 процентов уверенным, так как в отпечатках растений не сохраняется ДНК, но форма, размеры и структура этой окаменелости очень похожи на то, как устроены современные бурые водоросли. Похоже, что фанерозой, эпоха "заметной глазу жизни", началась на Земле гораздо раньше, чем мы предполагали", — заявил Стефан Бенгтсон (Stefan Bengtson) из Национального музея естественной истории в Стокгольме (Швеция).

Первые живые организмы появились на Земле в архейскую эру, и пока не существует общепринятой точки зрения насчет того, как и когда зародилась жизнь. На сегодняшний день есть несколько ископаемых свидетельств того, что микробы уже существовали в первичном океане Земли примерно 3,4 миллиарда лет назад, однако многие ученые считают, что жизнь могла зародиться гораздо раньше — четыре или даже 4,2 миллиарда лет назад.

Многоклеточные существа, в том числе растения, появились гораздо позже – около 600-800 миллионов лет назад, незадолго до наступления эпохи так называемого "кембрийского взрыва" – короткого отрезка времени 550 миллионов лет назад, когда возникли все современные типы животных и предки растений и грибов. Многие ученые предполагают, что многоклеточные растения могли появиться гораздо раньше, однако следов этого пока не удавалось находить.

Бенгтсон и его коллеги обнаружили, что первые многоклеточные растения могли появиться почти на миллиард лет раньше "кембрийского взрыва", изучая породы, сформировавшиеся примерно 1,6 миллиарда лет назад на территории центральной Индии, в окрестностях города Читракута в штате Мадхья-Прадеш.

Эта часть полуострова Индостан, как объясняют ученые, представляла собой мелководье у берегов первичного океана Земли, на дне которого в данном месте росли своеобразные "одеяла" из бактерий. Кислород в воде вокруг этих колоний микробов почти полностью отсутствовал, благодаря чему их отпечатки дошли до нас почти в первозданном виде.

Изучая эти "одеяла", ученые заметили нечто необычное: они нашли несколько десятков фрагментов пород, в которых отпечатались не только следы бактерий, но и странные нитеобразные структуры. Просветив их при помощи ускорителя частиц, ученые поняли, что им удалось найти несколько видов древнейших многоклеточных водорослей.

В пользу этого говорит то, что клетки предполагаемых водорослей заметно крупнее, чем окружающие их микробы, и что внутри них имеются некие обособленные структуры, похожие на ядро – ключевой признак, отличающий многоклеточные организмы от микробов, чей генетический материал свободно "плавает" по всей клетке. Вдобавок к этому, ученым удалось увидеть хлоропласты внутри окаменевших клеток, что подтвердило их растительное происхождение.

Два вида этих водорослей, в чьем растительном происхождении ученые не сомневаются, получили имена Rafatazmia chitrakootensis и Ramathallus lobatus. "Стебли" первых похожи на нити современных бурых водорослей, которые можно найти у берегов любого моря и океана Земли, а вторые – похожи на микроскопические листья кувшинок, состоящие из особых дольчатых клеток.

Как надеются ученые, изучение этих водорослей, а также загадочных существ Denaricion mendax, организмов пока непонятного происхождения, которые могут быть как водорослями, так и бактериями, поможет понять, когда и как возникли первые многоклеточные существа и почему они начали доминировать на Земле лишь через сотни миллионов лет после их возникновения в водах первичного океана планеты.

Источник: РИА Новости

Ученые нашли у мхов ген, который помогает справляться с высыханием, а у высших сосудистых растений стал основой для выработки древесины, необходимых для жизни на суше.

Результаты исследования, проведенного специалистами из Франции и США, опубликованы в журнале Nature Communications.

Первые наземные растения произошли от зеленых водорослей около 450 млн лет назад. Для выхода на сушу им пришлось «изобрести» три новых типа полимеров: кутин (воскоподобное вещество, защищающее поверхность растения от потери влаги), суберин (он нужен для транспорта воды в корнях) и лигнин (выполняет вместе с целлюлозой опорную функцию в составе древесины).

В частности, без лигнина растения никогда бы не смогли достигнуть больших размеров – если в море растительные органы поддерживает вода, то на воздухе им нужно опереться на что-то более прочное. Вот почему мхи, у которых нет лигнина, никогда не вырастают в высоту более, чем на несколько сантиметров. Тем не менее, авторы статьи выяснили, что у мхов всё же имеются некоторые гены, необходимые для синтеза этого вещества.

Ученые работали с мхом Physcomitrella, который часто выступает в роли модельного объекта в лабораторных исследованиях. Ученые отключили у него ген фермента P450, и обнаружили, что у мха перестали дифференцироваться ткани и, главное, пропала защитная кутикула, богатая фенолами. Тем не менее, этот дефект можно было компенсировать, подкармливая мох кофеиновой кислотой, которая фигурирует и в метаболических путях высших растений, лежащих в основе синтеза лигнина.

Получается, предки мхов, защищаясь от пересыхания при помощи кутикулы, тем самым подготовили «изобретение» лигнина - другого механизма, нужного для жизни на суше. То есть на генетическом уровне адаптации для наземного образа жизни возникали в связке. Интересно, что кутикула мхов отчасти напоминает суберин высших растений. Получается, для его синтеза впоследствии также могли пригодиться метаболические пути, понадобившиеся мхам для другой цели.

Источник: infox.ru

Новое доисторическое насекомое, названное в честь Чарльза Дарвина, поставило под сомнение представление о том, что появление цветковых растений в конце эры динозавров привело к появлению первых опылителей, говорится в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

"Открытие этого опылителя голосеменных растений крайне важно для нас, так как оно говорит о наличии четырех типов опылителей, существовавших задолго до начала эпохи доминирования цветковых растений. Все эти типы существуют сегодня, хотя их первые представители вымерли. Более того, потомки этих жуков существуют до сих пор, только они теперь опыляют цветковые растения", — рассказывает Конрад Лабандейра (Conrad Labandeira) из Смитсоновского музея естественной истории в Нью-Йорке (США).

Традиционно считается, что первые цветковые растения, появившиеся на Земле около 100 миллионов лет назад, в начале мелового периода, произвели революцию в мире флоры и растительноядных существ. Их главным оружием в конкурентной борьбе с папоротниками и прочими голосеменными растениями стало то, что они заручились поддержкой новых союзников — насекомых и прочих опылителей.

Насекомое Дарвина, уничтожившее миф о связи цветочных растений и опылителейОпыление цветков при помощи насекомых в обмен на порции нектара и другой пищи помогло современным растениям быстро вытеснить саговники, папоротники и другие голосеменные растения, опиравшиеся на ветер в опылении и разносе своих семян. Их сверхбыстрое распространение в середине и конце мелового периода, как считают сегодня некоторые ученые, могло даже послужить причиной или ускорить вымирание динозавров, не способных есть жесткие листья и ветви цветковых растений.

Лабандейра и его коллеги сделали открытие, которое заставляет усомниться в ведущей роли насекомых в этом процессе. Изучая кусочки янтаря, найденные в Испании в отложениях середины Юрского периода, ученые нашли в одном из них жука, похожего по своей анатомии и размерам на современных жуков-узкокрылок, питающихся пыльцой растений.

На этом сходства между ними не заканчивались- жук, получивший имя Darwinylus marcosi, был со всех сторон облеплен зернами пыльцы, чье общее количество, по подсчетам ученых, превышало сотню. Эта пыльца, как показывает возраст кусочка янтаря и форма ее зерен, принадлежала не раннему цветочному растению, а какому-то вымершему виду саговников.

Как считает Лабандейра, это открытие говорит о том, что традиция опылять свои соцветия при помощи насекомых  была "изобретена" не цветочными растениями, а их предшественниками, которые наладили "партнерские" отношения с беспозвоночными как минимум за 35 миллионов лет до появления цветочных растений, в то время, когда жили Darwinylus marcosi.

По словам палеонтолога, его коллеги уже находили других насекомых, предположительно опылявших голосеменные растения, однако узкокрылки Darwinylus marcosi стал первыми существами, о ком это можно сказать однозначно.

То, что современные узкокрылки перешли на питание пыльцой современных растений, говорит о том, что их предыдущие партнеры по каким-то причинам не выдержали конкуренции с цветковыми растениями, и это вынудило узкокрылок "перепрофилироваться" и занять новую экологическую нишу.

Почему это произошло, и почему цветы победили папоротники, саговники, гингко и хвойные растения в этой борьбе, ученые пока не знают.  Возможно, что новые янтарные находки прольют свет на этот вопрос.

Источник: РИА Новости

Любое насекомое, приземлившееся на листья Австралийской саррацении, моментально втягивается в «кувшинчик», где специальный коктейль из ферментов переваривает жертву. Изучая геном сарацении и сравнивая ее жидкости с другими насекомоядными растениями, исследователи из Университета Нью-Йорка (США) обнаружили, что плотоядные растения во всем мире имеют один и тот же смертельный молекулярный рецепт, даже если они отделены друг от друга миллионами лет эволюции. Об этом пишет журнал Nature.

Хищные растения«Мы действительно видим классический случай конвергентной эволюции, — сказал Виктор Альберт (Victor Albert) из Университета Нью-Йорка (США), соавтор исследования. — Подобное изменение говорит о том, что, вероятно, питательные вещества в почвах были скудны, поэтому эволюция заставила эти растения таким образом захватывать азот и фосфор».

Секвенировав геном подобных видов хищных растений, ученые пришли к выводу, что существуют гены, которые активируются по-разному у разных видов листьев — хищных и неплотоядных. К числу нехищных относятся гены, участвующие в создании нектара, приманивающего насекомых, а также гены, производящие восковые вещества, которые мешают насекомым вырваться из «кувшина».

Альберт и его коллеги обнаружили, что плотоядные гены в подобных растениях имеют общее эволюционное происхождение. Более того, некоторые из этих генов, независимо друг от друга развивались одинаково, чтобы изменить форму ферментов. Исследователи пока не нашли доказательств, но предполагают, генные мутации могли стабилизировать ферменты, когда они присутствуют вместе в пищеварительной жидкости.

Источник: Научная Россия

Ученые рассказали о тропических муравьях, которые расселяют и выращивают растения, чтобы затем обустроить в них себе жилье. Ранее считалось, что столь плотные симбиотические отношения у муравьев есть только с грибами.

Philidris nagasauРезультаты исследования, проведенного немецкими специалистами из Мюнхенского университета, опубликованы в журнале Nature Plants.

Муравьи заслуженно пользуются репутацией прекрасных садоводов. Например, муравьи-листорезы выращивают в своих гнездах грибные плантации – грибы и их хозяева столь тесно связаны, что не могут существовать друг без друга. Авторы статьи показали, что похожими отношениями муравьи связали себя также с тропическим растением Squamellaria.

Это растение относится к эпифитам, то есть оно произрастает не за земле, а на стволах других деревьев. Ученые обнаружили на острове Фиджи шесть видов Squamellaria, клубни которых всегда заселены муравьями вида Philidris nagasau. Клубни пронизаны сложной системой ходов и предоставляют муравьям надежное убежище и сладковатые выделения. В ответ муравьи удобряют растения своими испражнениями – они служат для Squamellaria важным источником азота, с дефицитом которого сталкиваются все эпифиты.

Исследователи выяснили, что муравьи вытаскивают семена Squamellaria из плодов до их полного созревания, когда те становятся лакомой пищей для птиц. Муравьи разносят эти семена по стволу дерева и затем засовывают их в трещины коры. Когда семена прорастают, муравьи навещают их, удобряя своими экскрементами. Получается, что муравьи не только расселяют растение, но и культивируют его.

Интересно, что данный вид муравьев может занимать сразу несколько индивидуальных Squamellaria, расположенных на одном дереве или даже на нескольких соседних деревьях, соприкасающихся ветками. Одно из этих растений служит штаб-квартирой для матки, а в других обитают рабочие и муравьиный расплод. Отдельные дома связаны между собой феромонными дорожками.

Источник: infox.ru

Исследовательская группа из Техасского университета A&M доказала редкий случай передачи ДНК между растениями и животными. В их работе показано, что около 340 миллионов лет назад предшественники сосен, елей и прочих современных хвойных деревьев получили некоторые ДНК-последовательности от насекомых. Статья опубликована в журнале Genome Biology and Evolution, кратко об исследовании сообщается на портале Phys.org.

«Мы назвали эти последовательности ДНК сосны “дриадами” в честь греческих мифических существ, селившихся на деревьях. Дриады — одна из многих групп повторяющихся ДНК-последовательностей», — пояснил руководитель исследования Клаудио Касола (Claudio Casola). Эти последовательности могут составлять до половины генома растения, в том числе сосны, и, как известно, из предыдущих исследований, во многом влияют на характеристики растения.

Ученые называют такие последовательности «геномными паразитами»: они проникают в новые для себя геномы, как вирусы распространяются между людьми. Возникают такие «геномные инфекции» редко, но однажды возникнув, существуют миллионами лет.

До того, как были описаны дриады, подобные элементы ученые находили только у животных. Исследователи предположили, что эти последовательности когда-то и были взяты деревьями от животных. Чтобы подтвердить это, они проанализировали последовательности 1029 видов, не относящихся ни к животным, ни к соснам, но не нашли подобных элементов. Много исследований было проведено и чтобы показать, что дриады — не артефакты, а действительно когда-то были переданы от насекомых и аналогичны ретроэлементам Penelope, имеющимся у них.

Поясним, что ретроэлементы, известные также как ретротраспозоны, — это подкласс траспозонов, а эти последние, в свою очередь определяются как участки ДНК, которые могут перемещаться и размножаться, но в пределах генома (еще их называют «прыгающие гены»).

Источник: Научная Россия

Больше века во всех учебниках по ботанике и палеонтологии морские водоросли назывались предками наземных растений, которые внезапно "выпрыгнули" из воды на сушу и буйно там зазеленели. Новая гипотеза датских ученых переворачивает эту схему с ног на голову, предполагая, что водоросли довольно долго эволюционировали на суше, прежде чем смогли породить высшие растения.

 Автором концепции водного происхождения наземных растений считается британский ботаник Фредерик Бауэр (Frederick Orpen Bower). Вероятно, потому, что в изданной в 1908 году книге The Origin of a Land Flora он писал об "изобретении" ранними наземными растениями альтернативного жизненного цикла, в котором спорофит становится платформой для разнообразных эволюционных и экологических адаптаций. С тех пор водное происхождение наземной флоры прочно угнездилось в учебниках и научной литературе.

Первые сомнения появились у палеонтологов в 1980-х годах, но тогда ученым было недостаточно аргументов – окаменелости растений тех далеких времен представлены главным образом спорами, по которым довольно сложно судить о строении самих растений. Однако теперь Джеспер Харольт (Jesper Harholt) из датской Carlsberg Laboratory, Эйвинд Моструп (Ojvind Moestrup) и Питер Ульвсков (Peter Ulvskov) из университета Копенгагена нашли новые доказательства, поддерживающие позицию скептиков.

Все началось с того, что Харольт и Ульсков изучали эволюцию клеточной стенки растений, считающуюся одним из ключевых приспособлений к жизни на суше. Именно твердые и прочные клеточные стенки создают силовой каркас, поддерживающий растение в вертикальном положении и позволяющий ему использовать все преимущества трехмерной геометрии.

"Мы поняли, что некоторые водоросли обладают столь же сложными клеточными стенками, что и наземные растения. Это показалось нам довольно необычным для древних водорослей, которые якобы росли в воде, – рассказал Харольт. – Тогда мы начали искать другие факты, которые поддерживали бы идею о том, что водоросли сперва освоили сушу, и лишь затем превратились в наземные растения".

К своей работе они привлекли известного эксперта по водорослям Мострупа, после чего обнаружили у водорослей структуры (или точнее – их отсутствие), которые трудно объяснить жизнью в воде. В частности, некоторые зеленые водоросли начисто утратили жгутик – орган, обеспечивавший их подвижность в жидких средах. А практически все водоросли, приходящиеся ближайшими родственниками наземным растениям, потеряли еще и глазок, помогавший определять наиболее хорошо освещенные участки.

Более того, опубликованный в 2014 году анализ генотипа растения Klebsormidium показал, что эта зеленая водоросль обладает генами наземной флоры, ответственными за переносимость яркого света и засушливых условий среды. При этом гены однозначно указывают, что эти качества были получены по наследству, а не выработаны конвергентно.

"Благодаря всем этим генетическим и морфологическим данным становится очень трудно объяснить с эволюционной точки зрения, как водоросли прошли весь путь к наземным растениям, все время оставаясь в воде? – отметил Ульвсков. – Мы должны перевернуть старую гипотезу вверх ногами, и сегодня у нас есть все необходимые для этого доказательства".

Правда, новая гипотеза пока весьма уязвима для критики. Согласно тому же генетическому анализу, для формирования надежно функционирующей в сухопутных условиях клеточной стенки растению нужно порядка 250 новых генов. Как оказавшиеся в достаточно экстремальных условиях организмы за не слишком долгий срок смогли ими обзавестись? Датские исследователи полагают, что процесс происходил на прибрежных песчаных пляжах, где рыхлый субстрат после регулярных дождей служил источником необходимой нежным водорослям влажности.

"Странным для меня является то, что если эти зеленые водоросли были фактически наземные на протяжении длительного времени, как получилось, что их так мало вокруг нас? – называет следующее слабое место гипотезы Моструп. – Может быть, их постоянно вытесняют одноклеточные конкуренты, или, возможно, в один прекрасный день мы все же найдем больше зеленых водорослей этой эволюционной линии".

Источник: PaleoNews

Тихоходки, единственные на Земле многоклеточные, способные жить и даже размножаться в открытом космосе, вероятно, приобрели эту способность, позаимствовав примерно 18% своей ДНК у архей, бактерий, растений и даже грибков, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Тихиходка Hypsibius dujardini"У нас и понятия не было, что геном какого-то животного может содержать так много чужой ДНК. Мы знали, что многие животные часто заимствуют гены у других существ, но мы совсем не ожидали того, что это может происходить в столь промышленных масштабах", — заявил Боб Гольдштейн (Bob Goldstein) из университета Северной Каролины в Чапел-Хилле (США).

В 2007 году ученые совершили удивительное открытие, анализируя данные, собранные российским биоспутником "Фотон-М3": оказалось, что тихододки, небольшие беспозвоночные, дальние родичи раков и насекомых, способны выживать очень долгое время в открытом космосе и даже размножаться в условиях полной невесомости и отсутствия пищи и воды.

Эти необычные качества, как рассказывает Гольдштейн, привлекли внимание многих биологов, генетиков и планетологов, и они решили расшифровать и проанализировать геном этих необычных беспозвоночных, избрав в качестве подопытных тихоходок вида Hypsibius dujardini, побывавших в космосе на борту зонда.

Геном у этих существ относительно большой для их размеров и положения на древе эволюции – он содержит в себе около 215 миллионов "букв"-нуклеотидов, что примерно в два раза больше, чем у червей-нематод, которых ученые используют для экспериментов с беспозвоночными.

Когда ученые начали подсчитывать и изучать гены, их ожидал большой сюрприз – свыше 6,5 тысяч участков ДНК из 38 тысяч генов были "позаимствованы" у других организмов. Большая часть из них была получена от бактерий-экстремофилов, но при этом в геноме тихоходок так же присутствуют гены растений, грибов и архей.

Как данному беспозвоночному удалось "экспроприировать" все эти шесть тысяч генов? По мнению Гольдштейна и его коллег, причиной этого является невероятная способность этого существа к выживанию.

Тихоходки, как объясняют генетики, способны переносить экстремальные формы обезвоживания, когда доля воды в их организме падает до 1-2% от нормы. Когда их тело высушивается, ДНК Hypsibius dujardini, скорее всего, распадается на крупные фрагменты. В тот момент, когда период экстремальных условий заканчивается, их тело заново наполняется водой, и особые белки "сшивают" и восстанавливают поврежденную ДНК.

В этот момент в клетки, благодаря расширенным порам, могут попадать фрагменты чужой ДНК, которые "вшиваются" в геном и остаются в нем, если их появление не приводит к фатальным последствиям для тихоходки и помогает ей выживать. Благодаря этому ДНК тихоходок стало мозаикой из множества своих и чужих участков за 550 миллионов лет эволюции этих существ.

Учитывая то, что многие из этих генов отвечают за реакцию на стресс, починку ДНК и противодействие различным экстремальным факторам, вполне возможно, что данные существа приобрели способность выживать в космосе благодаря позаимствованным генам.

Как считают Гольдштейн и его коллеги, их открытие говорит о том, что так называемый вертикальный обмен генами – заимствование их у других организмов, дирижирует не только эволюцией микробов, среди которых он распространен, но и многоклеточных существ.

Источник: РИА Новости

Палеоботаники пришли к выводу, что водные растения мелового периода, найденные в Испании, являются одними из древнейших цветковых на Земле. Находка доказывает, что водная среда могла сыграть важную роль в ранней эволюции данной группы.

Montsechia vidaliiСтатья с описанием открытия, сделанного испанскими учеными из Университета Барселоны, опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

До настоящего времени древнейшим представителем группы цветковых (покрытосеменных) на Земле считался Archaefructus, небольшое водное растение, найденное в отложениях нижнего мела Китая возрастом около 125 млн лет. Авторы статьи показали, что на территории современной Испании в это время, 125-130 млн лет назад, существовало еще одно цветковое растение, также являющееся водным.

Это растение, носящееся имя Montsechia vidalii, было известно специалистам более ста лет. Montsechia происходит из двух испанских местонахождений (одно из них - знаменитый Лас Ойес, где найдены многочисленные динозавры, крокодилы и ископаемые насекомые). Систематическую принадлежность Montsechia долго не удавалось установить - ученые предполагали, что оно может относится к хвойным, хвощам или даже печеночным мхам.

Авторы статьи проанализировали более 1000 отпечатков Montsechia. Судя по строению кутикулы, побегов и семян, Montsechia очень похоже на роголистник, современное цветковое растение, которое живет в пресных водоемах по всему миру. Так же, как и у роголистника, у Montsechia нет корней, а цветки являются очень мелкими и редуцированными (мужских цветков палеонтологам обнаружить не удалось). Подобно пыльце роголистнику, пыльца Montsechia разносилась водой.

В наши дни только 2% видов покрытосеменных обитают в воде. Тот факт, что древнейшие представители данной группы, Montsechia и Archaefructus, произрастали в водоемах, доказывает, что когда-то водная стихия была для цветковых растений более важна, чем сегодня. Впрочем, нельзя исключать, что первые водные цветковые просто имели больше шансов попасть в палеонтологическую летопись.

Источник: infox.ru

Важную роль в поглощении растениями воды из воздуха играют волоски, которыми усеяна поверхность их листьев, Во влажном воздухе они набухают, впитывая воду, а в сухом — отдают ее растению, утончаясь и сгибаясь. Авторы этого открытия, ученые из университета Синсю и Института индустриальной технологии Симанэ (Япония), рассказали о нем в своей статье в журнале Applied Physics Letters.

Мухоловка Сиболда (Lychnis sieboldii)Рассмотреть подробно весь процесс можно на видеозаписи, созданной с помощью электронного микроскопа и приложенной к пресс-релизу Американского института физики. На ней хорошо видно, как набухшие от впитанной из воздуха воды конические волоски сначала становятся тоньше и сгибаются под углом в 90%, отдавая влагу своему растению. Когда воздух вокруг растения из сухого снова становится влажным, волоски совершают обратную эволюцию.

Результаты исследования показывают, что способность как впитывать воду, так и отдавать ее, волоскам придают находящиеся внутри них особые микроскопические волокна. Они же отвечают за сгибание волосков на 90% — по-видимому, с целью увеличения их механической прочности, ведь сухие волоски могут стать ломкими.

Модельным растением в этом исследовании выступала мухоловка Сиболда (Lychnis sieboldii). Однако исследователи считают, что аналогичный механизм присутствует и у других растений с «волосатыми» листьями.

Это открытие может иметь прикладное значение. «Эти растения дают нам отличную идею для копирования, — сказал профессор Сигеру Яманака (Shigeru Yamanaka), один из авторов исследования. — С помощью современных технологий можно разработать аналогичные волокна, а на их основе — устройства, которые смогут собирать воду из воздуха в засушливых районах планеты».

Источник: Научная Россия

Семена норвежской ели (Pinus sylvestris) и шотландской сосны (Picea abies) доставили во Всемирное семенохранилище (Svalbard Global Seed Vault) на Шпицбергене, созданное для консервации генетического растительного наследия планеты. Это первые семена лесных деревьев, которые поступили в депозитарий. С их помощью ученые собираются следить за долгосрочными генетическими изменениями в лесах планеты, сообщает BBC News.

Хранилище семян в ШпицбергенеПо словам Мари Русанен (Mari Rusanen) из Института природных ресурсов Финляндии, которые приводятся в сообщении агентства, хранилище семян в вечной мерзлоте наряду с лесными заповедниками служит сохранению генофонда растений для будущих поколений и для исследований.

План хранилища семян в ШпицбергенеСемена деревьев, доставленные на Шпицберген, собраны в лесах Норвегии и Финляндии. Эти виды имеют большое экономическое, экологическое и социальное значение для северных народов, почему их выбрали первыми для размещения в депозитарии.

Вместе с семенами деревьев в хранилище поступили соевые бобы, ячмень, чечевица, сорго и пшеница из сельскохозяйственного департамента США и еще около 2500 образцов риса из Африки.

Всемирное семехранилище на одном из островов архипелага Шпицберген создано в 2008 году. Оно представляет собой тоннель в горах. Хранилище принадлежит Норвегии, а управляет им Трастовый фонд глобального разнообразия урожая (Global Crop Diversity Trust), штаб-квартира которого расположена в Бонне, в Германии. Во Всемирном семехранилище собраны образцы из национальных коллекций культурных растений со всего мира. Предполагается, что вечная мерзлота и горы защитят генетический фонд растений планеты от катастроф.

Семена лесных деревьев из северных стран поступили сюда первыми, но ожидаются поступления образцов семян деревьев и из других частей мира. Кроме того, на этой неделе в хранилище доставят семена 14 видов диких томатов, включая пять видов с Галапагосских островов.

Источинк: Научная Россия

Исследователи из Готенбургского университета в Швеции изучили остатки древних растений и пришли к выводу об их невероятной устойчивости перед лицом мировых катастроф. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале New Phytologist.

Растения выживают лучше животных во всемирных катастрофахМировые катастрофы обрушивались на Землю уже несколько раз за время ее существования. Самой знаменитой из них, пожалуй, является падение огромного астероида около 66 миллионов лет назад, которое, предположительно, привело к исчезновению динозавров. А вот на растения эта катастрофа не оказала столь тяжелого воздействия. Группа исследователей во главе с Даниэлем Сильвестро (Daniele Silvestro) изучила более 20 тысяч окаменелых растений, пытаясь выявить воздействие вымираний на разнообразие флоры. Оказалось, что негативная диверсификация (при которой больше видов исчезает, чем возникает) всегда продолжалась лишь короткое время. В основном растения продолжали размножаться и диверсифицироваться.

На падение гигантского астероида хуже отреагировали голосемянные растения, т.е. хвойные деревья. Что же касается покрытосемянных, то они, напротив, вскоре после катастрофы начали усиленно размножаться, и сегодня являются самой крупной группой растений на всей земле.

Ученые считают, что, изучая реакцию растений на катастрофы былых времен, они смогут понять, как поддержать и сохранить сегодняшнее природное разнообразие.

Молекулярные биологи модифицировали один из генов растений таким образом, что они начали воспринимать молекулы одного из противогрибковых средств в качестве сигнала наступления засухи, что позволяет в прямом смысле управлять их чувствительностью к отсутствию воды, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Слева - арабидопсис из контрольной группы, справа - устойчивый к засухе трансгенный вариантШон Катлер (Sean Cutler) из университета Калифорнии в Риверсайде (США) и его коллеги на протяжении многих лет работали над созданием синтетического аналога абсцизовой кислоты (ABA) — особого фитогормона, который управляет реакцией растения на засуху. Клетки флоры начинают выделять молекулы этого вещества при нехватке воды, что заставляет листья, стебель, соцветия и другие части растения закрывать поры, замедлять рост и тем самым уменьшать потери воды.

Как отмечают исследователи, абсцизовая кислота, несмотря на ее относительно простую структуру, оказалась крайне несговорчивым союзником для биохимиков. Ее относительно дорого синтезировать, она меняет свою структуру под действием лучей света и быстро распадается внутри самих растений. Все это не позволяет использовать данный фитогормон в условиях ферм и домашних хозяйств. Многочисленные попытки создать синтетический аналог ABA, которые ученые предпринимали в последнее десятилетие, закончились неудачно.

По этой причине группа Катлера решила пойти другим путем — они не стали пытаться подобрать замену абсцизовой кислоте, а просто «перепрограммировали» тот клеточный рецептор, который управляет реакцией на засуху. Они просто заменили ту его часть, которая непосредственно отвечала за распознавание молекул ABA, на синтетическую белковую цепочку, реагирующую на молекулы мандипропамида, популярного среди фермеров средства для борьбы с грибками.

Эту версию гена они вставили в клетки сразу двух растений — обычных садовых помидоров и арабидопсиса, растительного аналога лабораторных мышей. Такие генно-модифицированные растения спокойно переживали даже очень сильные засухи, если в их ограниченный водный рацион добавлялась доза фунгицида. С другой стороны, при достаточном количестве воды они росли не хуже, чем обычные растения, что выгодно отличает их от стойких к засухе сортов, обладающих низкой урожайностью.

«Нам успешно удалось перепрофилировать фунгицид и заставить его исполнять новую роль, создав новый химический рецептор, что ранее никому не удавалось сделать. Мы ожидаем, что стратегия «перепрограммирования» реакции растения на разные стимулы при помощи инструментов синтетической биологии поможет нам использовать другие агрохимикаты для управления прочими полезными чертами растений — к примеру, устойчивостью к болезням или скоростью роста», — заключает Катлер.

Источник: РИА Новости

Граф Дракула оценил бы, как действует повилика Cuscuta pentagona, считают ученые: растение обвивается вокруг своей жертвы, прокалывает его стебель и постепенно высасывает из него все жизненные соки. Распространенный сорняк не просто забирает воду и питательные вещества у сельскохозяйственных культур, но и воздействует на них на генетическом уровне. Таковы данные исследования, опубликованного сегодня в журнале Science.

Ученые отслеживали движение матричной (информационной) РНК, мРНК, выполняющей роль переносчика информации от ДНК к белку, которая у растений таким образом влияет, например, на развитие листьев и корней. «Мы обнаружили развитое двунаправленное движение РНК между паразитом и его хозяином. Как хакер получает доступ к внутренней переписке корпорации, так повилика перехватывает «сообщения» о росте и развитии растения, на котором она паразитирует»,  — рассказал руководитель исследования Джеймс Вествуд (James Westwood), специалист по патологиям растений из Политехнического универитета Виргинии (США).

Благодаря этому растение-вампир делает растение-жертву более восприимчивой к своему воздействию. Выявив этот механизм, ученые надеются найти более эффективные способы бороться с паразитами, мешающими сельскому хозяйству.

Источник: Научная Россия

Ученые из университета Хельсинки (Финляндия) и их голландские коллеги под руководством Ари Пекка Мякёнена (Ari Pekka Mähönen) разбирались в том, что регулирует и определяет рост корней. Свое исследование они опубликовали в журнале Nature.

В процессе роста растения формируются три зоны: меристема (где происходит деление клеток), роста и дифференциации. Одновременно растения могут быстро изменить направление роста, приспосабливаясь к условиям окружающей среды, например, когда им приходится огибать препятствие. Проблема состоит в том, что для того, чтобы корень смог развернуться, его клеткам приходится изменять свои функции. И до сих пор было непонятно, как это происходит.

 «В клетках корня содержатся специальные гормоны роста ауксины и транскрипционные факторы PLETHORA. Последние обеспечивают деление клеток в меристеме. Больше всего белков PLETHORA находится в стволовых клетках. Мы знали, что они вместе обеспечивают рост корней», — объясняет Ари Мякёнен. А вот в других клетках количество этого белка уменьшается вдвое при каждом делении. В конце концов в клетках выше корня его остается так мало, что клетки перестают делиться вовсе, и тогда они начинают растягиваться и дифференцироваться. Эта внутренняя структура остается неизменной, даже если направление роста резко меняется.

Ауксин, в свою очередь, участвует в процессе роста корня. Пока белка PLETHORA много, этот гормон влияет на деление клеток, когда мало — на рост и дифференциацию. Кроме того, он влияет на деятельность клеток косвенным образом, способствуя транскрипции вышеупомянутого белка. Взятые вместе, эти воздействия стабилизируют структуру и рост корня.

Так вот, как рассказал Мякёнен, «гравитация и другие внешние воздействия могут изменить содержание ауксина в клетках, причем в короткое время. Это, в свою очередь, повлияет на направление роста корня. И растеням важно поддерживать внутреннюю структуру, направляя корни к потенциальным источникам воды и пищи». В результате нынешнего исследования установлено, что как раз уровень PLETHORA обеспечивает, какого типа клетки и какая зона корня будет находится в данном месте. То есть изменение уровня этого фактора предшествует тому, что корень изменит свое направление.

Источник: Научная Россия

У растений, как известно, есть собственная транспортная система, которую можно до какой-то степени уподобить кровеносной системе животных. Вода и нужные вещества из земли распространяются от корней по всему телу растения с помощью ксилемы, сосуды которой сложены из мёртвых клеток. Сахара, получающиеся в результате фотосинтеза в листьях, транспортируются живыми сосудами флоэмы. 

«Живые электроды» помогли узнать о чувствах растений. (Фото Pam Morris / National Geographic My Shot.) В 1980-х учёные обнаружили, что одним лишь транспортом функция флоэмы не исчерпывается: её живые клетки выполняли ещё и роль нервной системы, передавая друг другу электрические импульсы. Как и у животных, эти электрические импульсы, разбегающиеся по всему телу, могут сообщать растениям о каких-то воздействиях внешней среды — к примеру, о том, что пришло некое травоядное и отъело у растения кусок. Правда, в случае растений импульсы не сбегаются в мозг, а отправляются в другую часть тела. И тогда растение может как-то отреагировать и защитить свои неповреждённые части от нападения травоядного (скажем, быстро выделить какое-нибудь едкое или резко пахнущее вещество).

Однако некоторые животные (например, гусеницы), «нападая» на растение, не причиняют ему сразу таких уж сильных повреждений. И может показаться, что в этом случае животное как бы обманывает растение: электрические импульсы ни о чём серьёзном не сигнализируют, и гусеница может продолжать спокойно питаться. Но, как показали исследования специалистов Лозаннского университета (Швейцария), даже при небольших повреждениях, наносимых гусеницами, растения всё равно их чувствуют и могут отреагировать. 

Однако куда более любопытно тут то, что биологи обнаружили это с помощью тлей.

Тли питаются растительным соком, вводя свои хоботки во флоэму, при этом целостность флоэмы они не нарушают. То есть они подключаются к сосудистой системе, становясь как бы её частью. И вот Эдварду Фармеру (Edward E. Farmer) и его коллегам пришло в голову, что тлей можно использовать подобно... электродам, вводимым в нервные клетки: как электроды чувствуют электрический импульс, бегущий по нервной цепочке, так и тля может быть естественным датчиком, демонстрирующим движения электрических сигналов по флоэме растения. 

Оставалось лишь посадить на растение с тлями гусениц и наблюдать, какие электрические сигналы приходят к тлям.

В журнале New Phytologist исследователи сообщают, что, несмотря на ничтожность повреждений, растения реагировали на «пощипывания» гусеницы, и реакция эта была подобна той, которая возникает в ответ на более серьёзный вред (только в случае гусеницы ответ был заметно слабее). Электрические сигналы распространялись по растению волнами, и быстрее всего они приходили к листьям, находившимся рядом с тем участком, на котором кормилась гусеница. При этом сам лист с гусеницей сигналов тревоги не чувствовал. 

Что же до молекулярного механизма, лежащего в основе этих сигналов, то, по словам исследователей, тут у животных и растений дело опять-таки обстоит похожим образом: у клеток есть ионные каналы, благодаря которым в нужный момент случается перераспределение ионов по обе стороны мембраны, и за счёт этого рождается электрохимический импульс. Когда во флоэме отключали канал для ионов кальция, никакой реакции на гусеницу не было, растение не чувствовало повреждений. (Стоит подчеркнуть, что, хотя система передачи электрического импульса у растений в чём-то сильно похожа на то, как это происходит у животных, совсем уж уподоблять это специализированной нервной системе животных нельзя.) 

Учёные надеются, что с помощью этой необычной уловки — использования тлей для того, чтобы подслушивать внутренние сигналы растений, — можно будет ещё многое узнать о том, как растения реагируют на внешнюю среду. Возможно, у растений есть и некие сенсорные системы, предназначенные специально для тлей: всё-таки эти насекомые достаточно долго живут вместе с растениями, чтобы те научились их чувствовать.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА