Это растение из Долины Смерти выживает при температуре 60°C, охлаждая собственные листья.

Совершите пеший поход по Долине Смерти, пустынной котловине в Калифорнии и некоторых районах Невады, и вам гарантировано зрелище, сплошь покрытое красочными геологическими образованиями.

Но это место также хорошо известно тем, что является самым низким, самым засушливым и самым жарким местом в Северной Америке.

Под «самой жаркой» подразумевают не только то, что средняя дневная температура летом достигает 49 °C (120 °F), но и то, что, по сообщениям, она поднималась до 56,7 °C (134,1 °F).

Поэтому неудивительно, что на обширных территориях парка вообще не произрастает никакой растительности.

Однако один вид растений особенно хорошо адаптировался к этим суровым условиям: Tidestromia oblongifolia ( также известная как аризонская медоносная трава ) , кустарниковое местное цветущее растение.

Когда вы представляете себе организмы, любящие экстремальную жару, вы, вероятно, вообразите микробы, процветающие в горячих источниках или глубоководных гидротермальных жерлах. Однако сложные растения и животные имеют гораздо больше движущихся частей, которые необходимо координировать, что делает выживание в условиях экстремальной жары намного сложнее.

В новом препринтном исследовании было установлено, что ключом к способности этого растения выживать при очень высоких температурах является то, что медоносная трава может значительно охлаждать свои листья, значительно ниже температуры окружающего воздуха.

Оно охлаждается настолько эффективно, что может выдерживать температуры, приближающиеся к верхнему пределу допустимой нагрузки для сложных форм жизни, который составляет 60 °C (140 °F).

Чтобы понять, как это растение справляется с условиями жизни, исследователи собрали семена с 223 диких растений по всему ареалу вида, включая популяции из самой Долины Смерти.

Затем они подвергли более 1200 саженцев изнурительному тепловому режиму, постепенно акклиматизируя их, прежде чем подвергать воздействию температуры 60 °C (140 °F) в течение шести-восьми часов ежедневно на протяжении более недели.

Не все растения выжили. В зависимости от генетической линии выживаемость варьировалась от чуть менее 2 процентов до более чем 34 процентов, что говорит о том, что некоторые особи лучше адаптированы к экстремальной жаре, чем другие.

Используя инфракрасные камеры, исследователи зафиксировали, что в самые жаркие дни температура некоторых листьев была более чем на 10 °C ниже, чем температура окружающего воздуха, а в самых экстремальных случаях разница достигала поразительных 13 °C.

Даже после восьми дней непрерывного пребывания при температуре 60 °C выжившие растения поддерживали температуру своих листьев в пределах примерно от 54 °C до 59 °C — всё ещё невероятно высокая температура, но чуть ниже предполагаемого верхнего предела температуры для сложных эукариотических организмов. От того, насколько хорошо растения охлаждались, зависела их жизнь или смерть.

Ключевым моментом этого исследования было показать, что это растение не только способно переносить более высокие температуры, чем другие растения, но и избегать их за счет активного охлаждения.

Другие исследования показывают, что адаптация к жаре обеспечивается взаимодействием митохондрий и хлоропластов, в результате чего хлоропласты изменяют свою форму.

Проведя более тщательное исследование, команда попыталась выяснить биологический механизм, лежащий в основе этой мощной системы охлаждения.

Полногеномный анализ выявил три участка ДНК, связанные с выживанием в условиях высокой температуры, что указывает на генетическую основу этой способности. Другие тесты показали явные различия между листьями, которым было прохладнее, и листьями, которым было жарче.

У растений с более прохладными листьями активировались механизмы, связанные с поддержанием открытыми пористых участков листьев, называемых устьицами. Эти крошечные отверстия позволяют воде испаряться с поверхности листа, создавая тот же охлаждающий эффект, что и испарение пота с кожи человека.

Чтобы проверить, действительно ли этот механизм охлаждения был ответственен за выживание, исследователи искусственно закрыли устьица.

«Мы обнаружили, что принудительное закрытие устьев (пор на листе растения) препятствует охлаждению», — сообщила ScienceAlert Джоанна Фихан, первый автор исследования и научный сотрудник Института устойчивости растений в Мичигане.

«Транспирация частично осуществляется за счет испарения через устьица, поэтому мы знаем, что это важная составляющая их механизма охлаждения».

Хотя исследователи начинают понимать механизм, до сих пор остается загадкой, откуда берется вода, необходимая для этого значительного испарительного охлаждения.

Большинство пустынных растений сохраняют воду, а не испаряют её. В отличие от многих пустынных видов, медоносная трава не особенно засухоустойчива и не обладает способностью накапливать воду, полагаясь вместо этого на грунтовые воды, доступные под почвами Долины Смерти.

У Фихана есть гипотеза.

«Мы считаем, что у Tidestromia, вероятно, очень хорошая корневая система, способная поглощать воду, специализированная гидравлика, обеспечивающая эффективное перемещение воды по растению, а также состав солей/сахаров/белков внутри клеток, поддерживающий их увлажненность во время транспирации для охлаждения», — сказала она.

Исследование, которое еще не прошло рецензирование, также имеет важные оговорки. Эксперименты проводились на молодых саженцах, выращенных в контролируемых условиях с обильным водоснабжением, а не на зрелых растениях, приспособленных к многочисленным сложностям пустыни.

Исследователи также выявили лишь три обширных генетических региона, связанных с устойчивостью к высоким температурам, поэтому для точного определения конкретных ответственных генов потребуются дальнейшие исследования.

См. также: Ледниковое озеро вновь появилось в Долине Смерти после рекордных дождей

Однако, чтобы вы не подумали, что это просто забавная история, следует отметить, что эта работа может оказать прямое влияние на любого, кто ест еду.

«Мы бьём мировые температурные рекорды, и урожайность сельскохозяйственных культур очень уязвима к повышению температуры», — сказал Фихан.

« Tidestromia научилась выживать при температурах, смертельных для растений, животных и грибов. Если мы сможем изучить эти механизмы выживания, у нас появится больше, и, вероятно, очень уникальных, инструментов для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к аномальной жаре».

Ознакомиться с полным текстом исследования можно на BioRxiv.

Статьи ScienceAlert пишутся, проверяются на достоверность и редактируются людьми, никогда не создаются искусственным интеллектом. Не пропустите ни одной статьи, подпишитесь здесь.

Новости по теме

• Наконец-то хорошие новости: коралловые рифы, считавшиеся мертвыми, были обнаружены кишащими жизнью.

• Тревожная карта предполагает, что худшее еще впереди в отношении разрушительных европейских пожаров.

• Пластиковые отходы напрямую превращаются в водородное топливо – сортировка не требуется.