Ученые опровергли традиционную теорию цветения лилии

Для великих поэтов и художников белая лилия всегда выступала источником огромного вдохновения, однако ученых почему-то ее биологические особенности интересовали в гораздо меньшей степени. Недавно группе математиков с факультета инженерных и прикладных наук при Гарвардском Университете удалось исследовать механизм раскрытия бутона лилии. Ученые обнаружили, что именно дифференцированный рост и морщинистые края лепестков (а не центральная их часть, как принято считать) заставляют раскрываться эту пластинчатую раковинообразную структуру.

Открытие опубликовано в интернет-издании журнала Proceedings of the National Academy of Sciences. В нем описывается процесс цветения лилии с помощью математической теории, измерений и экспериментов.

«Наши исследования опровергают предыдущую гипотезу о том, что цветение лилии происходит благодаря дифференцированному росту внутреннего слоя лепестков и их центральной части. Эта функциональная морфология предполагает новый биомиметический дизайн для раскрывающихся механизмов с использованием активации краев, а не основной части структуры», - пишет ведущий автор исследования, профессор прикладной математики в Гарварде Л. Махадеван.

В сотрудничестве с Хаийи Лиангом, аспирантом Китайского университета науки и технологии, Махадеван изучил азиатскую лилию «Касабланка» (Lilium Casa Blanca), бутон которой состоит из трех внутренних лепестков, завернутых в три внешние. Жесткая жилка, проходящая посередине каждого лепестка и чашелистика, защищает структуру развивающегося бутона, в то время как края чашелистика формируют предохраняющий механизм, который держит бутон закрытым до тех пор, пока внутренний рост не достигнет критической отметки.

Ранее считалось, что рост средней части лепестков обеспечивает достаточное внутреннее давление, позволяющее лепесткам вырваться на свободу. Согласно еще одной теории, внутренняя (адаксиальная) поверхность каждого лепестка и чашелистика растет быстрее по сравнению с внешней (абаксильной), и цветок в конечном итоге выворачивается «наизнанку». В некоторых растениях эти механизмы, действительно, вызывают процесс цветения. Однако исследования Лианга и Дахадевана показывают, что в случае с лилией рост средней части и дифференцированный адаксиальный/абаксиальный рост играют в этом процессе незначительную роль.

Ученые следили за изменениями лепестков, нанеся на их края и центральную ось маркировочные отметины, которые позволили измерить все изменения в размере и форме цветка в процессе его цветения. Они также поместили лилию вместе со стеблем в воду и снимали на камеру в течение четырех с половиной дней до тех пор, пока цветок полностью не раскроется. Оказалось, что по краям лепестки росли на 40% быстрее, чем в центре, и из-за разницы в скоростях в бутоне возникало давление, приводящее к его взрывному раскрытию. Именно из-за разной интенсивности роста различных частей лепестков на них образуются характерные волнообразные морщины.

Хотя открытие опровергает все традиционные представления о лилии, одного теоретика оно все же оправдывает– великого немецкого поэта Иоганна Вольфганга фон Гете. В 1970 году в своем эссе «Учение о метаморфозе растений» Гете предположил, что лепестки и листья гомологичные, т.е. произошли от одной первоначальной формы.

«В каком-то смысле, - говорит Махадеван, - нам удалось количественно измерить один аспект сходства, демонстрируя, что морфология лепестков и листьев часто определяется похожими принципами. Этот феномен, когда края листьев гофрируются и растут быстрее, чем их средняя часть, мы с Лиангом продемонстрировали еще в 2009 году. В настоящей работе мы продолжили исследования и обобщили полученные результаты, демонстрируя, что лилия цветет, используя механизм, похожий на рост листьев, за исключением того, что лепестки – это изогнутые объекты.»

Помимо теоретического интереса, исследование имеет практическое применение в материаловедении, например, для разработки микропленок, эластичных листов, а также сенсорных и двигательных устройств, имитирующих механизм цветения.

<< Назад