莫得脑壳的植物，也可以和人一样看日出日落？

2020年3月22日讯 /BIOON /——任何一个跨越多个时区并经历过时差的人都会明白我们的生物钟有多么强大。事实上，人体的每个细胞都有自己的生物钟，在24小时的周期内，它能够实现人体每天产生的蛋白质数量的涨落。大脑中有一个主时钟，利用眼睛发出的光信号与环境保持同步，使身体的其他部分保持同步。

植物也有类似的昼夜节律，帮助它们知道一天的时间，在黎明前为植物进行光合作用做准备，在一天最热的时候打开热保护机制，在传粉者最有可能造访的时候分泌花蜜。就像人类一样，植物中的每个细胞似乎都有自己的生物钟。

图片来源：Mark Greenwood And James Locke

但与人类不同的是，植物没有大脑来保持它们的时钟同步。那么植物是如何协调它们的细胞节律的呢？我们的新研究表明，植物中的所有细胞都部分地通过局部自组织来协调。这是植物细胞有效地与邻近细胞交流它们的时间，就像鱼群和鸟群通过与它们的邻居相互作用来协调它们的运动一样。

以前的研究发现，植物不同部位的时钟时间是不同的。这些差异可以通过测量不同器官中时钟蛋白产生的每日峰值的时间来检测。这些时钟蛋白在生命过程中产生24小时的振荡。

例如，在黎明前，时钟蛋白会激活负责叶片光合作用的其他蛋白的产生。研究人员决定检查植物所有主要器官的时钟，以帮助我们了解植物如何协调它们的时间，以保持整个植物的和谐运转。

是什么让植物生长

研究人员发现，在拟南芥幼苗中，每个器官中时钟蛋白的数量在不同的时间达到峰值。器官，如叶子、根和茎，从它们的局部微环境(如光和温度)接收不同的信号，并利用这些信息独立地设定它们自己的节奏。

如果不同器官的节奏不同步，植物是否有内部时差反应？虽然不同器官的个体生物钟在不同的时间达到峰值，但这并没有导致完全的混乱。令人惊讶的是，细胞开始形成空间波模式，相邻细胞在时间上稍微落后于彼此。这有点像体育场或球迷站在他们旁边的人后面，在人群中创造一个波浪状的运动。

研究人员的工作表明，当细胞开始交流时，这些波来自器官之间的差异。当一个细胞中时钟蛋白的数量达到峰值时，这个细胞就会将这个信息传递给它的慢速邻居，这些慢速邻居会跟随第一个细胞的领导，产生更多的时钟蛋白。然后这些细胞对它们的邻居做同样的事情，等等。这种模式可以在自然界的其他地方观察到。有些种类的萤火虫在与邻居同步闪光时形成空间波模式。

图片来源：Mark Greenwood And James Locke

细胞的局部决策，加上它们之间的信号，可能就是植物在没有大脑的情况下如何决策的方式。它允许植物不同部位的细胞对如何生长做出不同的决定。茎和根的细胞可以根据自身条件分别优化生长。芽可以向光线不受阻碍的地方弯曲，根可以向水或更富营养的土壤生长。它还能让植物在器官损伤或被食草动物吃掉后存活下来。

这也许可以解释为什么植物能够不断地适应它们的生长和发育，以应对环境的变化，科学家们称之为"可塑性"。了解植物如何决策不仅有趣，而且有助于科学家培育新的植物品种，以应对日益变化的环境和气候变化。（100医药网100yiyao.com）

参考资料：

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【2】Mark Greenwood et al. PLOS Biology. 2019. DOI： https：//doi.org/10.1371/journal.pbio.3000407

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