Усики огурцов обрели способность обвиваться и прикрепляться к веткам деревьев и плетям в теплице благодаря клеткам-"пружинам" в составе особых волокон, сворачивающих усики в спираль при "высыхании" и последующем сжатии этих клеток, заявляют биологи в статье, опубликованной в журнале Science.
Группа биологов под руководством Лакшминараянана Махадевана (Lakshminarayanan Mahadevan) из Гарвардского университета выяснила, как работает главное оружие огурца в битве за доступ к солнечному свету с другими растениями - его гибкие усики.
Махадеван и его коллеги специализируются на изучении биологических механизмов, которые можно описать при помощи математических или физических формул. В частности, в августе 2011 года они выяснили, что кишечник всех позвоночных животных укладывается в петли по одной и той же математической формуле, а его форма зависит только от ширины и высоты мускульной пластинки, к которой он прикреплен.
В новой работе биологи попытались выяснить, как усики на огуречной лозе обворачиваются и прикрепляются к веткам, стеблям растений и проволоке в теплице.
Как правило, этот процесс происходит следующим образом. Когда усик достигает ветки растения или проволоки, он обворачивается вокруг нее и его свободная часть между стеблем огурца и опорой начинает превращаться в спираль. В результате, длина усика сокращается, и он поднимает огуречную лозу ближе к свету.
Коллектив ученых под руководством Махадевана проанализировал структуру усиков у культурных огурцов и их диких родственников "бешеных огурцов" Echinocystis lobata. Биологи обнаружили, что хватательные приспособления этих растений содержали в себе волокно из особых клеток, которые некоторые другие растения - в частности, подсолнухи - используют для поворота листьев к Солнцу.
Авторы статьи препарировали несколько усиков огурцов на разных стадиях прикрепления к опоре и проследили за изменениями в работе этих клеток. Оказалось, что усики превращаются в спираль благодаря высыханию и сжатию клеток в одной из половинок волокна. В результате этого процесса клетки накапливают в себе лигнин - твердый "древесный" полимер - и приобретают дополнительную прочность.
Раскрыв секрет огуречных усиков, Махадеван и его коллеги создали их искусственный аналог из двух предварительно скрученных полосок силикона, медной проволоки и куска менее эластичного материала, имитирующего лигнин. Подобная конструкция ведет себя при сжатии и растягивании как усик огурца, что подтвердило истинность первоначальных выводов биологов.
Ученые полагают, что такой механизм прикрепления усиков является универсальным для всех ползучих видов растений. Дополнительные эксперименты на лианах тропических страстоцветов (Passiflora) подтвердят или опровергнут это предположение, заключают биологи.
