Magnetotropizm

Magnetotropizm to ruch lub wzrost roślin w odpowiedzi na bodziec dostarczany przez pole magnetyczne roślin (szczególnie roślin rolniczych) na całym świecie. Jako naturalny czynnik środowiskowy na Ziemi, zmiany pola magnetycznego powodują wiele efektów biologicznych, w tym szybkość kiełkowania , czas kwitnienia , fotosyntezę , akumulację biomasy , aktywację kryptochromu i wzrost pędów .

Efekty biologiczne

Jako zachowanie adaptacyjne, magnetotropizm jest uznawany za metodę poprawy sukcesu rolnictwa, przy użyciu dobrze zbadanego modelu rośliny, Arabidopsis thaliana , typowej małej rośliny pochodzącej z Europy i Azji o dobrze znanych funkcjach genomowych. W 2012 roku Xu i in. przeprowadził eksperyment z prawie zerowym polem magnetycznym w warunkach białego światła i długiego dnia, używając domowego sprzętu do łączenia trzech par cewek Helmholtza w kierunku pionowym, północ-południe, wschód-zachód, kompensując prawie zerowe pole magnetyczne. Xu zauważył, że pod prawie zerowym polem magnetycznym Arabidopsis thaliana opóźnia czas kwitnienia poprzez zmianę poziomu transkrypcji trzech genów florigen związanych z kryptochromem : PHYB , CO i FT ; Arabidopsis thaliana indukował również większą długość hipokotylu w świetle białym w prawie zerowym polu magnetycznym w porównaniu ze standardowym polem geomagnetycznym iw warunkach ciemnego lub białego światła. Ponadto biomasy zmniejsza się w prawie zerowym polu magnetycznym podczas Arabidopsis thaliana przechodzi ze wzrostu wegetatywnego do reprodukcyjnego. Dopiero niedawno Agliassa przeprowadził podobny eksperyment, kontynuując Xu i in. odkrył, że Arabidopsis thaliana opóźnia kwitnienie poprzez skrócenie łodygi i zmniejszenie rozmiaru liścia. To wyrażenie pokazuje, że prawie zerowe pole magnetyczne spowodowało regulację w dół kilku kwitnienia , w tym genów FT w merystemie i liściach, co jest związane z kryptochromem .

Mechanizm fizjologiczny

Chociaż wstępne eksperymenty wykazały szeroki zakres efektów związanych z polem magnetycznym, mechanizm nie został jeszcze wyjaśniony. Wiedząc, że opóźnienie kwitnienia zmniejsza się w genach związanych z kryptochromem , na które wpływa prawie zerowe pole magnetyczne w świetle niebieskim, kryptochrom bierze się za potencjalny czujnik magnetyczny, biorąc pod uwagę kilka kwestii. Opierając się na modelu pary rodników, kryptochrom byłby magnetosensorem w magnetorecepcji zależnej od światła, ponieważ kryptochrom wyewoluował znaczącą rolę w zachowaniu roślin, w tym odbiór i regulację światła niebieskiego, deetiolację , rytm okołodobowy i fotoliazę . W fotoaktywacji niebieskie światło uderza w kryptochrom i przyjmuje foton do Flavina , podczas gdy tryptofan otrzymuje jednocześnie foton od innego dawcy tryptofanu . Ze względu na pole geomagnetyczne , ta kombinacja obracałaby się od bieguna południowego do bieguna północnego Ziemi i przekształcałaby dwa pojedyncze fotony z powrotem w nieaktywne stany spoczynku w środowisku tlenowym. Opierając się na kilku zmianach zachowania spowodowanych zmianami pola magnetycznego, wielu naukowców zajmujących się roślinami zwróciło uwagę na to, że kryptochrom jest kandydatem na receptor magnetosensoryczny. Jak dotąd nie odkryto jeszcze interakcji między sygnałami a cząsteczkami magnetoreceptorów, co pozostawia potencjalną przestrzeń dla przyszłych badań, podczas gdy zrozumienie magnetotropizmu byłoby istotne dla poprawy form życia i ekologii, takich jak rolnictwo .