Ny forskning viser, at planter udfører nøjagtig aritmetisk opdeling for at forhindre sult om natten.
Beregningen giver dem mulighed for at bruge deres stivelsesreserver med en konstant hastighed, så de løber næsten præcist ved daggry.
”Dette er det første konkrete eksempel i en grundlæggende biologisk proces med en så sofistikeret aritmetisk beregning.” Sagde matematiske modeller Professor Martin Howard fra John Innes Center.
Unge spirer om foråret. Kredit: Shutterstock / fotohunter
Planter foder sig selv om dagen ved at bruge energi fra solen til at omdanne kuldioxid til sukker og stivelse. Når solen er gået ned, skal de være afhængige af en stivelseslager for at forhindre sult.
I forskning, der skal offentliggøres i open access-tidsskriftet eLife, viser forskere ved John Innes Center, at planter foretager nøjagtige justeringer af deres stivelsesforbrug. Disse justeringer sikrer, at stivelsesbutikken varer indtil daggry, selvom natten uventet tidligt kommer, eller størrelsen på stivelsesbutikken varierer.
John Innes Center-forskerne viser, at for at justere deres stivelsesforbrug så præcist, skal de udføre en matematisk beregning - aritmetisk opdeling.
Professorerne Martin Howard og Alison Smith
”Kapaciteten til at udføre aritmetisk beregning er af afgørende betydning for plantevækst og produktivitet,” sagde metabolisk biolog professor Alison Smith.
"At forstå, hvordan planter fortsætter med at vokse i mørke, kan hjælpe med at låse nye måder til at øge afgrøderne ud."
I løbet af natten måler mekanismer inde i bladet størrelsen på stivelseslageret og estimerer tiden til daggry. Oplysninger om tid kommer fra et internt ur, der ligner vores eget kropsur. Størrelsen på stivelsesbutikken divideres derefter med længden af tid indtil daggry for at indstille den korrekte hastighed for stivelsesforbrug, så der ved daggry opbruges ca. 95% af stivelse.
”Beregningerne er nøjagtige, så planter forhindrer sult, men også gør den mest effektive brug af deres mad,” sagde professor Smith.
”Hvis stivelsesbutikken bruges for hurtigt, sulter planter og holder op med at vokse i løbet af natten. Hvis butikken bruges for langsomt, spildes noget af det. ”
Forskerne brugte matematisk modellering for at undersøge, hvordan en sådan opdelingsberegning kan udføres i et anlæg. De foreslog, at oplysninger om stivelseslagerens størrelse og tiden indtil daggry kodes i koncentrationerne af to slags molekyler (kaldet S for stivelse og T for tid). Hvis S-molekylerne stimulerer stivelsesforbrug, mens T-molekylerne forhindrer, at dette sker, indstilles hastigheden for stivelsesforbrug ved forholdet mellem S-molekyler og T-molekyler, med andre ord S divideret med T.
via John Innes Center