Протокормы некоторых видов орхидей не содержат хлорофилл — важный для фотосинтеза компонент. По идее эти проростки не должны «добывать» себе пропитание, но они это делают. Ботаники долгое время не знали как. Наконец, группа ученых из Великобритании ответила на этот вопрос.
Растениям, как и животным, необходима пища. Только, в отличие от вторых, первые производят питательные вещества самостоятельно. Все необходимые для роста элементы растения получают во время химического процесса — из воды и углекислого газа, используя энергию солнечного света (синтезируют органические вещества из неорганических).
Ученые называют этот химический процесс оксигенным фотосинтезом: растения поглощают углекислый газ и воду, а после выделяют кислород (есть еще бескислородный фотосинтез, он протекает без выделения кислорода). Затем кислород выводится в атмосферу, им дышат живые организмы.
Для фотосинтеза необходим хлорофилл — пигмент, который окрашивает части растений в зеленый цвет, а также отвечает за поглощение энергии солнечного света и превращение этой энергии в химическую. Однако в природе встречаются растения, которые не содержат хлорофилл. Пример — некоторые представители семейства орхидные (орхидеи), точнее — их протокормы, проростки семян.
Раз у проростков нет хлорофилла, значит, они не могут самостоятельно «добывать» себе пропитание, но каким-то образом делают это. Долгое время ученые пребывали в неведении: откуда протокормы получают пищу?
На этот вопрос ответила группа британских ботаников под руководством Кэти Филд (Katie Field) из Шеффилдского университета. Оказалось, молодым растениям «помогают» взрослые, делящиеся с ними необходимыми питательными компонентами через подземную микоризную сеть, которая образуется в результате связей между корнями орхидей и гифами грибов. Об этом ученые рассказали в своей статье, опубликованной в журнале New Phytologist.
Как и большинство растений в дикой природе, орхидеи с самого начала жизненного цикла связываются с грибами. Через эту связь между растениями и грибами происходит обмен некоторыми питательными веществами. Поскольку у большинства растений гриб находится только в корнях, отсюда и происходит название «микориза», дословно — «грибокорень».
Филд и ее коллеги предположили, что через микоризную связь взрослые орхидеи передают необходимый для роста «пакет помощи» проросткам. Чтобы это выяснить, ученые вырастили в лаборатории орхидею пальчатокоренник Фукса (Dactylorhiza fuchsii), а после изучили ее вместе с протокормами. В своем эксперименте ботаники использовали микоризную сеть, которая соединяла взрослые растения с молодыми.
Пальчатокоренник Фукса широко распространен в Европе и произрастает в дикой природе. То есть в «домашних условиях» ее непросто вырастить, но у ботаников получилось. Интересно, что в состав питательной среды ученые включили ананасовый сок.
Затем команда Филд подвергла листья взрослых орхидей воздействию меченого углекислого газа, содержащего молекулу радиоактивного углерода (14CO2). Такой углекислый газ легко отслеживается по мере его метаболизма, при этом он напрямую не попадал в питательную среду, проросток и микоризную сеть.
Через 48 часов после начала эксперимента ученые измерили содержание радиоактивного углерода в системе и обнаружили, что он присутствует как во взрослых растениях, так и в протокормах.
«Взрослые растения использовали меченый углекислый газ для фотосинтеза и последующего производства сахаров, необходимых для роста стебля, образования листьев, цветения. Затем эти сахара с радиоактивным углеродом передавались протокормам. То есть происходил перенос питательных веществ от взрослых орхидей к молодым через общую микоризную сеть», — пояснила Филд.
В будущих исследованиях ученым предстоит выяснить, какой именно компонент, если он есть, контролирует передачу питательных веществ, необходимых для развития молодых растений.
Работа британских ботаников перекликается с гипотезой «материнского дерева» — о том, что крупные деревья и другие растения передают углерод и азот более мелким через общую микоризную сеть. Недавно европейские исследователи подвергли эту идею критике, поскольку она не получила достаточного научного подтверждения.