Новый способ, с помощью которого растения справляются с недостатком влаги и высокими температурами, обнаружили ботаники. Кактусы североамериканской пустыни Чиуауа погружаются в грунт, меняя размеры клеток в корнях.
Пустынные растения живут в экстремальных условиях жары и недостатка влаги, часто на пределе возможностей. Выживать им помогает особый путь фотосинтеза – САМ-путь. Благодаря тому, что устьица днем остаются закрытыми, а открываются лишь ночью, когда становится прохладнее, происходит экономия воды. Но часто одной такой адаптации недостаточно. Если температурный режим меняется, повышается вероятность того, что растения погибнут.
Спасение под землей
Ученые из Западного колледжа (Лос-Анджелес, США) под руководством доктора Гретхен Норт (Gretchen B. North) обнаружили удивительную способность кактусов ариокарпуса растрескивающегося (Ariocarpus fissuratus) спасаться от высоких температур, зарываясь в каменистый грунт.
Эти небольшие суккуленты растут в одном из самых жарких мест на Земле -- пустыне Чиуауа, расположенной на границе между Мексикой и США. Температура у поверхности почвы может достигать там 70°C.
Чтобы выяснить, как ариокарпусы справляются со столь высокой температурой, ученые провели эксперимент. Часть кактусов они поместили в контейнеры с каменистым и песчаным грунтом и поставили их на крышу одного из домов Лос-Анджелеса, где температура воздуха достигала 37°C, а остальные контейнеры использовали в качестве контроля в помещении, где температура поддерживалась на уровне не выше 24°C.
Целый год ежедневно ученые измеряли температуру в контейнерах у поверхности почвы и наблюдали за положением растений относительно поверхности грунта. Чтобы понять, происходят ли изменения в строении кактусов на клеточном уровне, они рассмотрели срезы их стеблей и корней под микроскопом.
Анатомия погружения
По словам Норт, они подсчитали, что растения, которые находились в контейнерах на крыше, погружались в грунт со скоростью от 6 до 30 мм в год. На микроскопических срезах корней ученые увидели, что такое погружение происходит благодаря сжатию клеток. «Мы обнаружили, что у растений, которые погружаются в грунт, размеры корневых клеток сокращаются за счет того, что происходит их одновременное сжимание в продольном направлении и расширение в поперечном. Чтобы произошло такое сжатие, в тканях формируются трахеиды – мертвые клетки механической ткани, по которым происходит движение питательных веществ», -- рассказывает Норт.
По ее словам, погружение в грунт для пустынных растений оказывается очень выгодным: на большей глубине увеличивается вероятность найти влагу. Кроме того, клетки в таком сжатом состоянии интенсивнее проводят воду. Наконец, это помогает растениям закрепиться в грунте и делает их незаметными для растительноядных животных.
Правда, ученые отмечают, что таким способом кактусы научились погружаться лишь в каменистый грунт. С песчаной же почвой возникают проблемы (возможно, из-за того, что она слишком нестабильная). «Мы считаем, что в условиях глобального потепления, если температура воздуха в пустынях будет повышаться, то именно участки с каменистым грунтом могут стать убежищами для многих видов кактусов», -- говорит Норт.
Статья Норт и ее коллег «Root contraction helps protect the “living rock” cactus Ariocarpus fissuratus from lethal high temperatures when growing in rocky soil», опубликована в последнем номере журнала American Journal of Botany.
