なぜ植物は動くのでしょうか？チャールズ・ダーウィンを困惑させた古代の謎を科学者が解明する

ある研究により、ヒマワリの不規則な動きが太陽光の位置を特定するのに役立ち、植物の行動と潜在的な農業上の利益についての洞察が得られることが明らかになりました。

新しい研究で、米国とイスラエルの物理学者は、チャールズ・ダーウィン自身が生涯最後の数十年間困惑させた謎である、植物の成長における奇妙な挙動の説明を導き出すことに成功した可能性がある。

多くの人にとって、植物は静止していて、少し退屈にさえ見えるかもしれません。しかし、緑色のものは実際にはよく動きます。たとえば、ヒマワリの苗が土から芽を出す様子をタイムラプス動画で見ると、まっすぐに成長していくわけではありません。代わりに、ヒマワリが成長するにつれて、その冠は円を描くように回転し、らせん状にねじれ、そして一般に、非常にゆっくりではありますが、もがきます。

今回、コロラド大学ボルダー校のオリット・ペレグ氏とテルアビブ大学のヤスミン・メロス氏率いる研究者らは、「スピン」としても知られるこれらの混沌とし​​た動きの役割を発見した。同グループは、温室実験とコンピューターシミュレーションで、ヒマワリが周囲の環境で日光の当たる場所を探すローテーションの恩恵を受けていることを示した。

「多くの人は植物の動きをあまり考慮していません。なぜなら、私たち人間は通常、間違ったフレームレートで植物を見ているからです」と、研究著者の一人でバイオフロンティア研究所・コンピュータ学部の准教授であるペレグ氏は言う。科学。

チームは8月15日にその結果を雑誌に発表した。 フィジカルレビュー X.

これらの発見は、将来、農家がより効率的な配置でさまざまな作物を栽培するための新しい戦略を考案するのに役立つかもしれません。

「私たちのチームは、昆虫の群れや他の動物の集団における社会的相互作用について多くの研究を行っています」と、BioFrontiers の筆頭著者で博士研究員の Chantal Nguyen 氏は述べています。

「しかし、この研究は特に興味深いものです。植物にも同様のダイナミクスが見られるからです。植物は地面に根を張っています。」

ダーウィンの選択

植物は通常、動物のように移動するのではなく、時間の経過とともに異なる方向に成長することで移動するとグエン氏は付け加えた。この現象は、軍艦ビーグル号での航海から戻ってからずっと後もダーウィンを魅了しました。 歴史的記述によると。

1860年代、当時ダーウィンは一連の病気に悩まされ、行動力が制限され、自宅で植物を観察して何日も過ごした。彼はキュウリや他の植物の種を植えました。 分類する次に、王冠が日々どのように移動するかを追跡しました。その結果、作成された地図はランダムでクレイジーに見えました。

「私はカールからとても楽しい気持ちをもらっています。それはまさに私に合った厄介な種類なのです。」 彼は1863年に友人に手紙を書いた。

ダーウィンは面白がったかどうかはわかりませんが、なぜ自分の髪がねじれたのか説明できませんでした。

これは、訓練を受けた物理学者であるメロスも困惑させた謎です。 2017年に行われたある調査 この研究は彼女に正しい方向を示しました。この研究では、ブエノスアイレス大学主導の科学者らが、狭い条件下でヒマワリの列を育てた。彼らは、植物が自然かつ一貫して、まるでジッパーの歯のように、ジグザグのパターンで配置されていることを発見しました。この配置は、植物が集団として日光へのアクセスを最大限に高めるのに役立つと考えられます。

ミロズ氏は、植物の振動が植物の成長におけるそのようなパターンを駆動する原動力となる可能性があるのではないかと考えました。

植物科学と食料安全保障の教授であるミロズ氏は、「つる性の植物にとって、それがしがみつく支えを見つけることであることは明らかだが、他の植物にとって、なぜそれが価値があるのか​​は明らかではない」と述べた。

太陽がやって来ます

それを調べるために、彼女と同僚は生後5週間のヒマワリを一列に植えました。その後、彼らは先代のダーウィンと同じように、植物が 1 週間を通してどのように移動するかを地図に描きました。

次に、グエン氏とブライ氏は、ヒマワリの成長を支配するパターンを分析するコンピューター プログラムを開発しました。研究者らはまた、コンピューターシミュレーションを使用して、ヒマワリが多かれ少なかれ動いた場合、つまり、ヒマワリがランダムに動いた場合、またはゆっくりと安定したパターンで動いた場合に何が起こるかを確認することもできました。

研究グループは、デジタル プラントがまったく動かないと、すべてのプラントが互いに傾いて直線になることを発見しました。逆に、移動が多い場合はランダムなパターンで成長します。しかし、ヒマワリが適切な量のランダムさで動くと、ヒマワリは独特のジグザグの形を形成し、実際の植物では、これが日光へのアクセスを大幅に提供します。グエン氏は、植物は最適な光がどこから来るかを見つけて回転し、その方向に成長しているように見えると説明しました。

「システムに少しノイズを加えると、植物が周囲を探索し、各植物が最大限の光量を見つけられるような構成に落ち着くことができます。それが、私たちが見ているこの美しいジグザグのパターンにつながります」と彼女は言いました。 。

今後の実験では、研究者らはヒマワリがより複雑な配置でどのように成長するかをテストする予定だ。ミローズさんは、植物が動き、影響を与える能力が一定の評価を得ているのを見て喜んでいる。

「私たち全員が植物と同じ時間スケールで生きていたら、通りを歩いていて植物が動いているのを見ることができるでしょう」と彼女は言いました。 「おそらく私たちは皆、植物をペットとして飼っているでしょう。」

参考文献：「ノイジーサークルはヒマワリの自己規制による影回避を促進する」Chantal Nguyen、Imre Dromi、Ahron Kempinski、Gabriela E. C. Gall、Orit Peleg、Yasmin Meroz 著、2024 年 8 月 15 日、 身体検査。
DOI: 10.1103/PhysRevX.14.031027