Березы ложатся спать и ночью наклоняются на 10 см — к такому выводу пришли ботаники, опубликовавшие статью в Frontiers in Plant Science. Они впервые не только описали изменения положения веток дерева в течение ночи, но и показали возможности наземного лазерного 3D-сканирования.
Ученые из Финляндии и Австрии исследовали ночные движения ветвей березы повислой. Они проводили свои измерения раздельно в каждой из этих стран в одно и то же время года и при примерно одинаковой погоде. Ночное время было выбрано из-за того, что днем на движения ветвей сильно влияет ветер.
Ночная жизнь растений: цветы, поклоны и «потягушки»
Как и у людей, у растений существуют свои циркадные ритмы — режимы активности в зависимости от смены дня и ночи. Реагируют они не только на изменение уровня освещения, но и влажности, температуры и других параметров.
Изучение дневных и ночных циклов растений опубликованы еще Чарльзом Дарвином, который назвал их сном.
Цветы, распускающиеся по утрам и закрывающиеся на ночь (или, наоборот, как популярные у садоводов мирабилис, ночная красавица, и маттиола, ночная фиалка), — в прямом смысле самый яркий пример циркадных ритмов у представителей растительного царства. Однако даже если изменения не так заметны человеку, они все же важны растению.
Понять, что интенсивность освещения меняется, растениям помогают фоторецепторы фитохромы — пигменты сине-зеленого цвета, которые существуют в двух формах и меняют форму при возбуждении светом. Вечером в спектре солнечного света много красных лучей с большой длиной волны (именно поэтому мы видим закат красным). Эти лучи активизируют фитохром А, и растение начинает готовиться к приближению ночи.
Что стоишь, качаясь?
Данные с точностью до миллиметров были получены благодаря наземному лазерному сканированию. Этот метод развивается очень динамично в последние десять лет.
НЛС позволяет строить объемные модели объектов в виде облака точек со скоростью до миллиона точек в секунду.
Также с помощью лазерного наземного сканирования можно определить реальный цвет каждой из точек. Лазерное наземное сканирование широко применяется в строительных и геодезических работах, но с его помощью уже проводилось изучение изменений в росте растений и масштабных сезонных изменений полога леса.
Однако дневные и ночные циклы растений раньше обычно определяли дендрографом — прибором, измеряющим изменения обхвата ствола или ветки. Были также изучены молекулярные механизмы «засыпания» и «пробуждения» растений. В том числе ботаники установили, что вызывает раскрытие цветка у арабидопсиса или резуховидки Таля, одного из самых любимых учеными модельных организмов, первого растения, прошедшего весь жизненный цикл на орбите в советской станции «Салют-7» в 1982 году и принадлежащего к семейству капустных (сформированному вместо упраздненного после новых генетических исследований семейства крестоцветных).
Для изучения реакции растений на свет их помещали в темные условия, измеряли колебания уровня растительных гормонов, но это нельзя было проделывать слишком часто, с интервалом в несколько часов. Чаще всего полученные такими способами данные отражали картину только какой-либо части растения, и сложно было получить данные обо всем организме целиком.
И тут на помощь пришло наземное лазерное сканирование. Ученые решили проверить, насколько точно можно определить, куда и как березы никнут и вытягивают ветки, при работе с двумя независимыми сканерами такого типа.
В Финляндии было произведено 14 сканирований между рассветом и закатом, чтобы оценить вертикальные движения кроны целиком, поскольку плотность кроны выбранного дерева была не очень большой. В Австрии ученые вручную выбрали точки, на которые прибор ориентировался, и отсканировали их 77 раз.
Сканеры устанавливали под тентом, чтобы их не повредил возможный дождь и изморось, а для калибровки лазера во время эксперимента использовали дополнительные шарики из пенопласта, чтобы показать, на какую область прибор должен настроиться. Березе из Австрии повезло больше: в качестве маркеров движения к ее ветвям прикрепили четыре цветных шарика из пенопласта, правда, не чтобы дать ей почувствовать себя в роли рождественского дерева. Дело в том, что прибор для ЛНС способен определять цвет объектов, поэтому он легко отличал раскрашенные шарики и использовал их как ориентиры.
«Изменения не столь велики — до 10 см для деревьев высотой больше 5 м, — но они систематические и вполне измеримые нашими инструментами», — пояснил автор работы Еэту Путтонен.