Όπως είναι γνωστό οι ζωντανοί οργανισμοί προσαρμόζουν το βιολογικό τους ρυθμό και τις λειτουργίες τους με βάση την εναλλαγή μέρας και νύχτας. Τα φυτά βέβαια δεν ξεφεύγουν από αυτό τον κανόνα, καθώς τα άνθη ανοίγουν κάθε πρωί τα πέταλά τους για να τα ξανακλείσουν το βράδυ ή τα φύλλα κάποιων δέντρων κλείνουν κατά τη διάρκεια της νύχτας. Αυτό που δε γνωρίζαμε μέχρι σήμερα είναι ότι και ολόκληρα τα δέντρα πηγαίνουν και αυτά… για ύπνο!
Ο Λινναίος και ο Δαρβίνος είχαν μελετήσει για πολλά χρόνια τον ημερήσιο κύκλο μικρών φυτών και είχαν παρατηρήσει ότι ακόμα και στο σκοτάδι τα άνθη των φυτών εξακολουθούσαν να ανοίγουν και να κλείνουν. Αυτές οι παρατηρήσεις ωστόσο αφορούσαν μικρά στο μέγεθος φυτά που καλλιεργούνται εύκολα στο εργαστήριο. Τι συμβαίνει όμως με τα δέντρα; Επιστήμονες από Πανεπιστήμια της Αυστρίας, της Φινλανδίας και της Ουγγαρίας χρησιμοποιούν σαρωτές laser (laser scanners) προκειμένου να μελετήσουν το βιορυθμό των δέντρων. Έτσι κατέγραψαν τις κινήσεις μεγάλων δέντρων χρησιμοποιώντας μια σειρά από σημεία καταγραφής.
Τα δέντρα ‘κρεμάνε’ τα κλαδιά τους το βράδυ
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι τα δέντρα παίρνουν μια κλίση σαν να ‘κρέμονται’ κατά τη διάρκεια της νύχτας, και αυτό μπορεί να διαπιστωθεί παρατηρώντας την κλίση που παίρνουν τα φύλλα και τα κλαδιά τους» λέει ο Eetu Puttonen, ερευνητής του Φινλανδικού ινστιτούτου Γεωχωρικής έρευνας (Finnish Geospatial Research Institute, FGI ) . «Οι αλλαγές δεν είναι τόσο μεγάλες, περίπου 10 εκατοστά για ένα δέντρο ύψους 5 μέτρων, ωστόσο ήταν συστηματικές και καταγράφηκαν με ακρίβεια από τα όργανα παρατήρησης».
Προκείμενου να απαλλαγούν οι επιστήμονες από εξωγενείς παράγοντες που θα μπορούσαν να επηρεάσουν το αποτέλεσμα –όπως ο αέρας και η τοποθεσία- κάθε πείραμα έγινε 2 φορές για 2 διαφορετικά δέντρα, ένα στην Φινλανδία και ένα στην Αυστρία, σε συνθήκες ηλιακής ισημερίας, κάτω από συνθήκες ηρεμίας χωρίς άνεμο. Τα φύλλα και τα κλαδιά φάνηκε να πέφτουν σταδιακά και να φτάνουν την κατώτερη θέση τους περίπου 2 ώρες πριν την ανατολή του ήλιου. Το επόμενο πρωί τα κλαδιά επανέρχονταν στην αρχική τους θέση μέσα σε λίγες ώρες. Δεν έχει ξεκαθαριστεί αν «ξυπνούν» λόγω του ήλιου ή αν αυτό αποτελεί χαρακτηριστικό του εσωτερικού βιορυθμού τους και θα συνέβαινε ανεξάρτητα από την παρουσία ηλιακής ακτινοβολίας.
©TU, Vienna (από sciencedaily.com)
«Στο μοριακό επίπεδο, το πεδίο της ‘Χρονοβιολογίας’ είναι πολύ καλά ανεπτυγμένο και μάλιστα το γενετικό υπόβαθρο της ημερήσιας περιοδικότητας των φυτών έχει μελετηθεί εκτενώς» τονίζει ο Andras Zlinszky από τo Κέντρο Οικολογικής έρευνας της Ουγγρικής Ακαδημίας Επιστημών .
Άλλωστε σύμφωνα με παλαιότερες έρευνες (Mc Clung 2006) ο ημερήσιος (ή κιρκαδικός) ρυθμός –τόσο στα ζώα όσο και στα φυτά- υπόκειται σε αυστηρή ρύθμιση στο επίπεδο της μεταγραφής και της μετάφρασης. Έχει πραγματοποιηθεί σε βάθος έρευνα στο είδος Arabidopsis thaliana και έχει διαμορφωθεί ένα πολύπλοκο δίκτυο αλληλεπιδράσεων που εν τέλει ρυθμίζουν την ημερήσια περιοδικότητα πολλών από τις λειτουργίες του φυτού, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Παρόμοια δίκτυα αλληλεπιδράσεων mRNA και πρωτεϊνών μπορεί να ελέγχουν και τις περιοδικές κινήσεις των κλαδιών των δέντρων, ωστόσο κάτι τέτοιο δεν είναι εύκολο να μελετηθεί καθώς ένα δέντρο –για προφανείς λόγους- παρουσιάζει μεγαλύτερη πολυπλοκότητα και είναι δύσκολο να απομονωθεί από το περιβάλλον του.
©Mc Clung, 2006. Δίκτυο αλληλεπιδράσεων γονιδίων, mRNA και πρωτεϊνών που καθορίζουν τον κιρκαδικό ρυθμό –κατά τη διάρκεια μέρας και νύχτας- στο φυτό Arabidopsis thaliana.
Ο Zlinszky συμπληρώνει πως «η κίνηση των φυτών συνδέεται πάντα στενά με την ισορροπία των μορίων νερού μέσα στα κύτταρα τους –η οποία επηρεάζεται από τη διαθεσιμότητα του φωτός κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Οι αλλαγές όμως στο σχήμα του φυτού συνολικά είναι δύσκολο να παρατηρηθούν με κλασσική φωτογράφιση καθώς αυτή χρησιμοποιεί το φυσικό φως το οποίο αλληλεπιδρά με την κίνηση του δέντρου». Αντίθετα με τη χρήση των σαρωτών laser επιτυγχάνουμε την ελάχιστη δυνατή επίδραση στο φυτό. Οι σαρωτές λειτουργούν με υπέρυθρη ακτινοβολία, η οποία αντανακλάται από τα φύλλα. Συγκεκριμένα σημεία πάνω στο φυτό ακτινοβολούνται για κλάσματα του δευτερολέπτου. Επομένως με αυτή την τεχνική ένα ολόκληρο δέντρο μπορεί να χαρτογραφηθεί αυτόματα μέσα σε λίγα λεπτά με μεγάλη ανάλυση.
«Πιστεύουμε ότι με τη μέθοδο αυτή θα καταφέρουμε να κατανοήσουμε βαθύτερα τα ‘πρότυπα ύπνου’ των φυτών καθώς και να επεκτείνουμε τη μελέτη μας σε συστάδες δέντρων ή και δάση» λέει ο Norbert Pfeifer από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης . «Το επόμενο βήμα της ομάδας είναι να συλλέξει καταγραφές από διάφορα σημεία στα δέντρα και να τις συγκρίνει με μετρήσεις της ισορροπίας του νερού κατά τη διάρκεια της μέρας και της νύχτας» αναφέρει ο Eetu Puttonen και συμπληρώνει ότι κάτι τέτοιο θα μας επιτρέψει να έχουμε μια εικόνα της ποσότητας νερού που καταναλώνει το φυτό ημερησίως καθώς και την επίδραση που αυτό ασκεί στο τοπικό κλίμα.
Για όσους ενδιαφέρονται να μάθουν περισσότερα:
Eetu Puttonen, Christian Briese, Gottfried Mandlburger, Martin Wieser, Martin Pfennigbauer, András Zlinszky, Norbert Pfeifer. Quantification of Overnight Movement of Birch (Betula pendula) Branches and Foliage with Short Interval Terrestrial Laser Scanning. Frontiers in Plant Science, 2016; 7 DOI: 10.3389/fpls.2016.00222
