• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Badania dostarczają informacji o wewnętrznych zegarach roślin

    25.11.2010. 17:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy, których prace są finansowane ze środków unijnych, odkryli sposób, w jaki zegary biologiczne roślin pomagają im reagować na zmiany w porach świtu i zmierzchu oraz w długości dnia. Odkrycia rzucają nowe światło na sposób, w jaki żywe organizmy reagują na zmieniające się schematy światła dziennego i pomogą nam lepiej zrozumieć skutki zmęczenia spowodowanego zmianą strefy czasowej czy pracą w systemie zmianowym.

    Odkrycia, dokonane przez naukowców z Węgier i Wlk. Brytanii, zostały opisane w czasopiśmie Molecular Systems Biology. Źródłem unijnego dofinansowania był projekt EUCLOCK (Regulacja zegara dobowego), który otrzymał 12,3 mln EUR z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR).

    Wiele żywych organizmów posiada zegar dobowy, który dba o to, by rozmaite aspekty metabolizmu, fizjologii i zachowania następowały o optymalnej porze cyklu dziennego. Wyniki badań pokazały, że niektóre geny wykazują większą aktywność w określonych porach dnia, a aktywność genów powiązanych funkcyjnie jest często regulowana na tę samą porę. Zegary biologiczne, które kontrolują te procesy są "ustawiane" przez takie wskazówki jak światło dzienne.

    Pomagają one roślinom optymalizować metabolizm węgla. W ciągu dnia rośliny wykorzystują energię czerpaną ze Słońca do przekształcania dwutlenku węgla i wody na cukry i tlen. Odbywa się to w komorach zwanych chloroplastami. Niektóre cukry są magazynowane w chloroplastach jako "przejściowa skrobia".

    "Podlega ona rozkładowi, aby służyć za źródło cukrów przez całą noc, zapobiegając zahamowaniu wzrostu rośliny indukowanego głodem" - piszą naukowcy. "Kilka genów biorących udział w metabolizmie skrobi podlega rytmicznej regulacji" - dodają.

    W ramach tych badań naukowcy przetestowali różne modele matematyczne i przeprowadzili rozmaite eksperymenty, aby ustalić złożoność procesów kontrolujących zegar dobowy Arabidopsis thaliana. Interesowało ich również określenie sposobu, w jaki zegar utrzymuje wystarczającą elastyczność, by radzić sobie ze zmianami sezonowymi w długości dnia oraz w porach świtu i zmierzchu.

    Przeprowadzone badania wykazały, że model matematyczny obejmujący trzy pętle sprzężenia zwrotnego lepiej przewidywał wyniki doświadczeń praktycznych niż modele uwzględniające zaledwie jedną lub dwie takie pętle.

    "Wykazaliśmy, że zwiększona złożoność modelu umożliwiła dobowej fazie komponentów modelu elastyczną zmianę w reakcji na fotoperiod regulujący cykl LD [światło/ciemność]" - stwierdzają naukowcy.

    Zdaniem naukowców "zachowanie modelu można podzielić koncepcyjnie na skutki dopływu światła - dzienne oddziaływanie porannej pętli na geny o ekspresji wieczornej oraz nocne oddziaływanie wieczornej pętli na geny o ekspresji porannej."

    Naukowcy są przekonani, że ich odkrycia mogą okazać się przydatne w naukach rolniczych. "Prawidłowa synchronizacja rytmicznych procesów, takich jak rozkład skrobi, ma kluczowe znaczenie dla wzrostu, zatem bardzo prawdopodobne jest to, że ta czasowa regulacja fizjologii wegetatywnej stanowi przedmiot naturalnej selekcji i może przyczyniać się do poprawy plonów" - podkreślają.

    Odkrycia mogą mieć również znaczenie dla medycyny. Senność, temperatura ciała, ciśnienie krwi i tężyzna fizyczna człowieka podlegają wahaniom w 24-godzinnym rytmie.

    "Nasze wyniki dostarczają cennych informacji na temat sposobu, w jaki rośliny - i ludzie - reagują na zmieniającą się długość dnia" - zauważa profesor Andrew Millar z Uniwersytetu w Edynburgu, Wlk. Brytania, kierownik badań. "Mogą prowadzić do nowej interpretacji sposobu radzenia sobie z zaburzeniem w dziennym rytmie światła i ciemności."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Fotoperiodyzm ─ fizjologiczna reakcja organizmu na zmianę czasu trwania okresów ciemności i światła w rytmie okołodobowym związana z działaniem zegara biologicznego. U podstaw fotoperiodyzmu leżą zjawiska fotoindukcji (zaprogramowana genetycznie odpowiedź organizmu na skracanie się lub wydłużanie dnia) i fotorefrakcyjności (zachodząca stopniowo adaptacja organizmu do skracającego się lub wydłużającego dnia). Okres indukcji świetlnej nazywany jest fotoperiodem, a graniczna wartość czasu trwania dnia lub nocy, uruchamiająca procesy fizjologiczne i behawioralne to fotoperiod krytyczny. Znajomość zjawisk związanych z fotoperiodyzmem jest wykorzystywana w hodowli roślin i zwierząt gospodarskich. Rytm okołodobowy, rytmika okołodobowa, rytmika circadialna – dobowy cykl zmian zachowania się zwierząt oraz zmian w fizjologii roślin tłumaczony istnieniem zegara biologicznego, tj. czynników wewnętrznych regulujących cykliczny charakter procesów wzrostu i rozwoju, aktywności, snu czy odżywiania się. Światłowodowa siatka Bragga (światłowodowy filtr Bragga lub filtr Bragga) to segment światłowodu o długości 1-10 mm, który odbija (zawraca) światło o określonej długości fali. Światło o innych długościach fali jest całkowicie przepuszczane. Takie selektywne odbicie zachodzi dzięki wykonanej w rdzeniu światłowodu strukturze będącej okresową zmianą współczynnika załamania światła. Siatka taka może działać jako filtr optyczny, który blokuje światło o jednej długości fali, oraz jako selektywne zwierciadło..

    Perspektywizm – teoria filozoficzna, w myśl której nie jest możliwe poznanie obiektywne – wszystko jest subiektywną interpretacją podmiotu, który doświadcza i poznaje ze swojej konkretnej perspektywy. Prawda jest więc zrelatywizowana do jednostkowego punktu widzenia, który jest zależne od wielu czynników, takich jak kontekst historyczny, doświadczenia podmiotu czy w końcu poznanie zmysłowe. Perspektywizm znalazł też zastosowanie na gruncie antropologii gdzie odnosi się do wizji świata amazońskich Indian, zgodnie z którą sposób w jaki człowiek widzi zwierzęta, rośliny, duchy, zjawiska meteorologiczne oraz wszystkie inne fenomeny oraz byty występujące w kosmosie, różni się diametralnie od sposobu w jaki one same postrzegają i siebie i człowieka. W ten sposób zwierzęta mogą postrzegać siebie nawzajem jako ludzi, natomiast ludzi widzą pod postacią zwierząt. Rośliny światłolubne, heliofity (mniej prawidłowo zwane też heliofilami), rośliny światłożądne – rośliny wymagające do swojego rozwoju dużej ilości światła. Rośliny te mogą się prawidłowo rozwijać tylko w środowisku o pełnym nasłonecznieniu. W zacienionych miejscach rozwijają się słabo, lub giną.

    Geny homeotyczne, geny homeoboksowe (ang. homeobox genes, z gr. ηομεος = podobny) – grupa genów kontrolujących rozwój morfologiczny poszczególnych części ciała w początkowych stadiach rozwoju zarodkowego, zarówno u bezkręgowców jak i kręgowców. Mutacje w obrębie tych genów zazwyczaj nie wpływają negatywnie na układ segmentów ciała, ale prowadzą do stanu określanego mianem homeosis, w którym określony segment zostaje zastąpiony przez inny. Wynika to z tego, że w przypadku takiej mutacji niektóre komórki otrzymały w czasie rozwoju zarodka błędną informację pozycyjną i dlatego zachowują się w niewłaściwy dla siebie sposób. Geny homeotyczne niższych bezkręgowców oznacza się HOM, u wtóroustych – Hox, a u człowieka – HOX. Kwitnienie, okres kwitnienia, okres dojrzałości – u roślin nasiennych okres, w którym dochodzi do wytworzenia kwiatów. Rośliny w początkowym okresie wzrostu nie są w stanie wytworzyć kwiatów. Czas ten określany jest jako okres młodociany lub juwenilny, a jego długość zależy od gatunku rośliny oraz warunków w jakich następuje jej wzrost. Niektóre rośliny mogą przejść w fazę generatywną już po kilku dniach wzrostu, inne mogą wytworzyć kwiaty dopiero po kilkudziesięciu latach rozwoju młodocianego. Niektóre rośliny wytwarzają kwiaty tylko raz w życiu. Są to rośliny monokarpiczne, które po kwitnieniu starzeją się i obumierają. Zalicza się do nich rośliny jednoroczne, niektóre dwuletnie oraz część roślin wieloletnich. Drugą grupę stanowią rośliny polikarpiczne, które po osiągnięciu dojrzałości kwitną wielokrotnie. Przechodzenie do fazy dojrzałości może zachodzić stopniowo w kolejnych pędach. Pierwsza zakwitają pędy położone najwyżej,a pędy w dolnych partiach rośliny dłużej pozostają w fazie młodocianej. Stopniowe przechodzenie części rośliny w fazę dojrzałości określa się jako zjawisko topofizy.

    Modelowanie procesów biznesowych (ang. business process modeling) – jest to zbiór czynności wykonywanych przez analityków procesów biznesowych w przedsiębiorstwie. Modelowanie procesów ma na celu ustalenie w jaki sposób działa dana organizacja (tak zwany stan AS-IS) i może służyć do określenia docelowego sposobu postępowania (procesy TO-BE). Dawca czasu (niem. Zeitgeber) – egzogenne źródło synchronizacji zegara biologicznego organizmu do rytmu 24-godzinnego. Dla większości organizmów głównym dawcą czasu jest światło (sekwencje światła i ciemności). Funkcję tę mogą także pełnić rytmy temperatury otoczenia, dostępność pokarmu czy bodźce społeczne.

    Zegar mechaniczny – zegar wykorzystujący jako regulator chodu wahadło lub balans. Energia do napędu regulatora przekazywana jest za pomocą wychwytu. Zegar taki nazywany jest mechanicznym niezależnie od tego, czy energia potrzebna do ruchu zegara pochodzi z energii sprężyny czy np. z napędu elektrycznego. Jako zegary mechaniczne budowane są zarówno zegary wieżowe, jak i zegarki naręczne. Obecnie masowo produkuje się także zegary kwarcowe, tańsze, ale bardzo punktualne.

    Dodano: 25.11.2010. 17:37  


    Najnowsze