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向日葵为什么能朝向太阳
它们的标志性动作似乎不同于植物中一种更广为人知的趋光性反应。
随着地球自转，太阳从东向西在天空中移动，向日葵转动它们鲜艳的黄色面孔来跟随它。这一过程背后的机制——向日葵性——仍然是植物生物学家们的一个谜。10 月 31 日发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上的一项研究很可能排除了向日葵跟踪太阳的能力与所有植物遵循的一种更广为人知的对光反应有关。向日葵可能依赖几个更复杂的过程来追踪太阳。
由于植物扎根于一个地方，如果它们需要制造食物的光线被邻居遮挡，或者如果它们处于阴凉处，它们就无法移动。它们依靠生长或伸长来向光移动，而这背后有几个分子系统。最著名的反应是向光反应。一种叫做光敏蛋白的蛋白质能感知到不均匀地落在幼苗上的蓝光，植物的生长激素会被重新分配。这最终会导致它向光弯曲。
植物生物学家们长期以来一直假设，向日葵跟踪太阳的能力将基于与向光性相同的机制。为了追踪太阳，向日葵的头在其茎的东侧略微倾斜。这使它们的头部朝向太阳升起的方向。然后，随着太阳在天空中移动，它向西移动。早些时候的一项研究表明，向日葵有一个内部生物钟，可以预见到日出，并协调其小花开放的时间，以便传粉昆虫在早上到达。
为了研究这种追踪太阳的能力是否是一种趋光性，这项新研究背后的团队使用了在实验室中生长的向日葵，以及在阳光下在户外生长的向日葵。他们观察到，当两组植物都暴露在光源下时，哪些基因被打开。室内向日葵在实验室中直接向其蓝光源生长，并激活与光敏蛋白相关的基因。在户外生长的、头随着太阳摆动的花卉，有不同的基因表达模式。这些向日葵在茎的一侧和另一侧也没有光敏蛋白分子上的明显差异。
“我们对我们在研究向日葵每天如何跟随太阳时所发现的东西感到惊讶，”该研究的合著者、加州大学戴维斯分校的植物生物学家斯泰西·哈默在一份声明中说。“在本文中，我们报道了它们利用不同的分子途径来启动和维持追踪运动，而最著名的引起植物弯曲的光感受器似乎在这个非凡的过程中发挥了次要作用。”
该团队还用遮阳板阻挡了蓝色、紫外线、红色或远红光。这些眼罩对向日葵性反应没有任何影响。据该团队称，这表明可能有多条途径响应不同波长的光，以实现跟踪太阳的相同目标。
参与向日葵性的基因尚未确定。“我们似乎已经排除了光敏蛋白途径，但我们并没有发现明确的证据，”哈默说。
当在实验室中生长的向日葵被移到户外时，它们在第一天就开始追踪太阳。它们最初在植物的阴影一侧表现出巨大的基因表达爆发，这在接下来的几天里并没有发生。哈默说，这表明植物内部正在进行某种“重新连接”。
除了梳理出向日葵如何追踪太阳的一些过程外，这项工作还与设计未来的植物实验以了解其机制具有相关性。
“在受控环境(如生长室)中定义的东西，在现实世界中可能行不通，”哈默说。
本文译自 Popular Science，由 BALI 编辑发布。