Сотни лет учёные ломали голову над загадкой танца подсолнухов – новое исследование учёных из Тель-Авивского университета, показало, что густо посаженные подсолнухи используют случайные движения, чтобы обеспечить оптимальный захват солнечного света, подчеркивая роль кругового движения в росте растений и взаимной поддержке.

Как оказалось, растения, растущие в плотной среде, могут оптимизировать поглощение солнечного света и минимизировать взаимное затенение за счёт присущих им случайных перемещений, известных как круговые движения, что помогает им усиливать фотосинтез на коллективном уровне.

Предыдущие исследования показали, что если подсолнухи плотно посажены на поле, где они затеняют друг друга, они растут зигзагообразно – один вперед, другой назад, – чтобы не находиться в тени друг друга. Таким образом, они растут бок о бок, чтобы максимально использовать солнечное освещение и, следовательно, фотосинтез на коллективном уровне. На самом деле, растения «знают», как отличить тень здания от зеленой тени листа. Если они чувствуют тень от здания, они обычно не меняют направление своего роста, потому что «знают», что это не окажет никакого эффекта. Но если они чувствуют тень от растения, они будут расти в направлении, противоположном тени.

В новой работе, недавно опубликованной в Physical Review X, учёные исследовали, как подсолнухи «узнают», как расти оптимальным образом, то есть максимально использовать солнечный свет для коллектива, и проанализировали динамику роста подсолнухов в лаборатории, где они демонстрируют зигзагообразный рисунок. Команда исследователей выращивала подсолнухи в условиях высокой плотности и фотографировали их в процессе роста, делая снимки каждые несколько минут. Затем фотографии были объединены для создания замедленного фильма. Наблюдая за движением каждого отдельного подсолнуха, исследователи заметили, что цветы часто «танцуют».

Ещё Дарвин был первым, кто признал, что все растения растут, совершая своего рода циклическое движение «кругооборот» – такое поведение характерно как для стеблей, так и для корней. Но до сегодняшнего дня, за исключением нескольких случаев, таких как вьющиеся растения, которые растут огромными круговыми движениями в поисках чего–нибудь, за что можно ухватиться, было неясно, является ли это артефактом или важной особенностью роста. В рамках нового исследования был проведён физический анализ, который зафиксировал поведение каждого подсолнуха в сообществе подсолнухов, и учёные увидели, что подсолнухи «танцуют», чтобы найти наилучший ракурс, чтобы каждый цветок не загораживал солнечный свет от своего соседа. Эти движения были статистически оценены, и с помощью компьютерного моделирования показали, что эти случайные движения используются в совокупности для минимизации количества теней. Также было очень удивительно обнаружить, что распределение «шагов» подсолнечника было очень широким и варьировалось на три порядка, от почти нулевого смещения до перемещения на два сантиметра каждые несколько минут в ту или иную сторону.

В заключение учёные сделали вывод, что подсолнечник использует тот факт, что каждое растение может использовать как маленькие и медленные шаги, так и большие и быстрые, чтобы найти оптимальную позицию для всего коллектива. То есть, если бы диапазон шагов был меньше или больше, такое расположение привело бы к большему взаимному затенению и меньшему фотосинтезу. Подсолнухи демонстрируют некую динамику общения – сочетание реакции на тень соседних растений наряду со случайными движениями независимо от внешних раздражителей.