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植物种子用微型“大脑”来决定何时发芽

植物种子有微型“大脑”,帮助它们决定何时发芽。胚胎根尖的两个不同区域释放相反的激素。当“去”激素水平超过“停”激素水平时,种子就发芽了。最新研究表明,植物种子可以使用微型“大脑”来帮助它们决定是发芽还是休眠。

这些种子“大脑”没有传统的灰质,但它们确实使用了与我们大脑相同的结构来处理信息,解释了研究发现,决定何时发芽的荷尔蒙信号。

“植物就像人类一样,它们必须像我们一样思考和做出决定,”研究合著者、英国伯明翰大学的植物生物学家乔治·巴塞尔说,

人类用一小群专门的巴塞尔补充说,大脑内的神经系统细胞。

的方式相同,“在休眠的种子中,只有极少数的细胞可以做出决定。这些细胞的作用方式与神经系统内的细胞类似,”巴塞尔告诉《生活科学》。

的科学家们有朝一日可以利用这些洞察来设计每一个季节同时开放的种子,或者设计种子来对气候变化有更大的缓冲作用,巴塞尔说。[图片库:食肉植物]

供思考的食物

植物能感觉、听到或看到的想法并不新鲜;研究人员表明,当一个竞争物种种植在附近时,幼苗会朝着特定频率的声音弯曲,或加速生长。根据2007年发表在Oecologia杂志上的一项研究,当危险临近时,植物可以相互交流。Bassel说:

所以植物“思考”的概念并不像听起来那么牵强。准确处理环境信息对植物生存至关重要的一个领域是种子萌发的时间。种子代表了植物从一个恶劣的环境到一个更友好的环境的唯一途径——它们可以被动物吃掉或被风吹走很远。巴塞尔说,它们还展示了一种植物,这是它穿越时间的几种方式之一。巴塞尔说,通过在地下休眠直到温度或其他条件合适,种子可以优化它们的生存机会。

为了了解植物是如何做出这些决定的,巴塞尔和他的同事们创建了一个数字地图集,显示了泰雷-克雷斯植物胚胎(种子)中的每一个细胞,或者拟南芥。然后,他们绘制了特定激素在种子中的位置图。

他们发现,已知在发芽过程中起作用的两种激素,称为赤霉素(GA)和脱落酸(ABA),在胚胎根的顶端显示出高浓度。

在由大约3000到4000个细胞组成的种子中,介于25到40之间其中40个似乎在这些激素的运输和加工过程中起主导作用。一个细胞团产生GA,促进“发芽”信号,而另一个细胞团在一定距离处分离,产生ABA,即“保持休眠”信号。研究发现,信号在这两个区域之间来回传递。

“这两个信号之间有一场拉锯战,有些说‘走’,有些说‘停’,”巴塞尔告诉《生活科学》。

在默认状态下,细胞输出的ABA比GA多。随着种子外部条件的改善,研究人员在研究中发现,GA水平逐渐升高,直到种子的“决策中心”得出结论:发芽比休眠好,周一(6月5日)发表在《美国国家科学院院刊》

萌发时间

上的研究小组还改变了植物中激素的表达或活性,并表明通过控制激素信号的水平和时间,它们能控制萌发的时间,在种子萌发过程中

他种下种子,决策复合体的两个对立中心在距离上分开。巴塞尔说,在人脑的运动皮层中,两个独立的区域会发出“走”或“不走”的信号,要么促进要么抑制移动的决定。研究发现,在动物身上,分离这两个区域可以防止随机噪音迫使身体做出可能不正确的决定,他说,植物中的

,决策中心的“go”和“no go”区域之间的分离被用来在温度波动时 ... 发芽。目前还不清楚为什么温度波动对植物如此重要,但有一种可能性是,它有助于植物感知它们在土壤中的深度。(它们越深,它们对温度变化的缓冲作用就越大)另一种可能性是,温度的大幅度波动经常发生在季节的变化上,因此温度的波动可以帮助种子感知这些过渡期,巴塞尔说,

动植物大脑之间的共同信息结构更是如此巴塞尔说,这很有趣,因为它们显然不是从相同的解剖结构进化而来的。根据2002年发表在《科学》杂志上的一项研究,动植物的最后一个共同祖先是一种单细胞类藻类生物,生活在16亿年前。然而,尽管存在着巨大的进化鸿沟,动植物似乎都找到了类似的解决方案,因为它为它们对环境的反应提供了一些优势,他补充道,

“动植物通过进化过程,都已决定采用类似的设计,巴塞尔说:

最初发表在《生命科学》杂志上。

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