Taimede kiire liikumine – definitsioon, näited, mehhanismid ja rekordid

Taimede kiire liikumine tähendab taimestruktuuride kiiret liikumist, tavaliselt alla sekundi.

Näiteks sulgeb Veenuse kärbsepüünis oma lõksu umbes 100 millisekundiga. Ka mõned teised lihasööjad taimed, näiteks põdrakanepid, reageerivad putukatele kiiresti.

Koerupuu-koerupuu (Cornus canadensis) õis avab oma kroonlehed ja paiskab õietolmu vähem kui 0,5 millisekundi jooksul. Praegu hoiab rekordit valge mooruspuu, Morus alba, mille lehti kasutatakse siidiusside kasvatamiseks. Ta on tähelepanuväärne ka oma õietolmu kiire väljastamise poolest, mis vallandub üle poole helikiirusest. Õietolmud toimivad katapultidena, vabastades salvestatud elastse energia kõigest 25 µs jooksul. "See on seni bioloogias täheldatud kiireim liikumine, mis läheneb taimede liikumise teoreetilistele füüsikalistele piiridele".

Väga laialt levinud perekond Impatiens on saanud oma ühise nime "touch-me-not" oma seemnekapslitest. Kui kapslid valmivad, "plahvatavad" nad puudutamisel, tulistades seemned mitme meetri kaugusele. Suhteliselt aeglaselt liikuv taim on Mimosa pudica, mis sulgeb oma lehed graatsilises järjekorras.

Need taime kiired liikumised vastanduvad taimede tavalisematele ja palju aeglasematele "kasvuliikumistele". Neid nimetatakse tropismideks.

Charles Darwin avaldas 1880. aastal oma viimase teose enne surma "The Power of Movement in Plants".

Mis täpselt on "kiire" liikumine ja ajaskaala

Kiire liikumine taimedel hõlmab sündmusi, mis toimuvad millisekundites kuni mikrosekundites. Need liikumised on palju kiiremated kui tavalised kasvuliikumised (tropismid), mis võtavad tunde, ööpäevi või isegi nädalaid. Kiired liikumised võivad kesta mõnest millisekundist alla ühe mikrosekundini ja sageli nõuavad need spetsiaalset mehhanismi elastse energia salvestamiseks ja selle väga kiireks vabastamiseks.

Peamised mehhanismid

• Turgorimuutused ja pulmifunktsioonid – 일부 taimed (näiteks Mimosa pudica) kasutavad pulviinus-sarnaseid struktuure, kus rakkude sees muutuvad ioonide ja vee kontsentratsioonid, põhjustades rakkude kiiret kokkuvarisemist või paisumist. Selle protsessi kiirus on küll piiratud järelreaktsioonidega, ent see võib olla piisavalt kiire, et nähtavaid liigutusi esile kutsuda.
• Elastse energia salvestamine ja snap-buckling – Veenuse kärbsepüünisel ja paljudel teiste liikide mehhanismidel kogutakse energia pinges kudede struktuurides (näiteks kõverdatud lehepindades). Kui künnis (trigger) vallandub, toimub kiire geomeetriline ümberkujundus (snap-buckling), mis vabastab energia väga kiiresti ja suunatud liikumiseks.
• Explosive dehiscence (plahvatuslik avanemine) – Impatiens‘i ja mitmete teiste seemnekapslite puhul tekib kuivamise või keemilise pingega selline sisemine jõud, et kest puruneb või pöördub kiiresti, paisates seemned eemale. See protsess ei vaja reaalajas turgorimuutust, vaid toimub mehaanilise pingete vabanemisel.
• Elastse materjali purunemine ja inertsivabad vabanemised – Mõned õietolmukatapuldid (nt Cornus canadensis) kasutavad elastse koe kiiret lõdvenemist ja mehhanilist purunemist, mille tulemuseks on väga lühike vabanemisaeg (mikrosekundid).
• Elektrofüsioloogilised signaalid – taimede närvi-sarnased potentsiaalimuutused (nt tegevuspotentsiaali-laadsed signaalid) osalevad kiirete liikumiste käivitamises (Veenuse kärbse puhul ja Mimosa pudica puhul), edastades infot ja vallandades rakulisi protsesse.

Näited ja rekordid

Tavapäraselt tsiteeritavad näited ja mõõdetud ajad on:

• Veenuse kärbsepüünis (Dionaea muscipula) – sulgemine ~100 millisekundit, vallandub mehaanilise ärrituse ja elektrofüsioloogilise signaali kombinatsioonist.
• Cornus canadensis – kroonlehtede avanemine ja õietolmu paiskumine alla 0,5 millisekundi.
• Morus alba (valge mooruspuu) – ta hoiab siiani kirjas olevat rekordit väga kiire õietolmu väljastamise eest: vabanemine toimub umbes 25 µs jooksul ja osades kirjeldustes mainitakse, et tolmude kiirus võib ületada poole helikiirusest.
• Impatiens (touch-me-not) – seemnekapsli plahvatus ja seemnete kaugtulistamine võib viia seemnete mitme meetri kaugusele.
• Mimosa pudica – lehtede kokkukapseldumine ja järk-järgult toimuv sulgumine; protsess on visuaalselt kiire, kuid suhteliselt aeglasem kui mikrosekundilised tolmupaiskamised.

Ajuteaduslik ja eksperimentaalne mõõtmine

Selliste liikumiste uurimisel kasutatakse kõrgsageduskaameraid, laser-doppleri vibromeetreid, elektronmikroskoopiat ja elektrofysioloogilisi mõõtmisi (mikroelektrodid) ionivoolude ja potentsiaalide registreerimiseks. Need meetodid aitavad kvantifitseerida aega (ms kuni µs), kiirust ja kiirendusi, samuti mõista struktuurset põhjendust liikumiste taga.

Bioloogiline tähendus ja rakendused

Kiired liikumised aitavad taimedel püüda saaki (lihasööjad), kaitsta end (kaitsemehhanismid, seemnete kiire levitamine), või tõsta tolmeldamise efektiivsust (õietolmu katapultimine, mis eemaldab tolmu kergesti õhku või tolmeldajate juurde). Teaduses ja tehnoloogias pakuvad need mehhanismid inspiratsiooni biomimeetika, pehmerobotika ja mikro-mehaanika lahenduste arendamiseks — eriti seal, kus on vaja salvestada ja kiiresti vabaneda elastset energiat.

Erinevus tropismidest

Tõstame veelkord esile peamise erinevuse: kiire liikumine on mehaaniline või turgoripõhine protsess, mis toimub sekundis või kiiremini; tropismid on kasvupõhised, suunatud vastused stiimulitele (valgus, raskusjõud, niiskus), mis avalduvad kasvumuudatustes tundi kuni päevi kestvate protsessidena. Mõlemad on olulised, kuid neil on erinevad füsioloogilised ja mehhaanilised alused.

Lisamärkus

Loomulikult on iga liigi ja konkreetse liikumise puhul detailid erinevad ning pidev uurimistöö täiendab meie arusaamist nii ajaskaala, biokeemiliste signaalide kui ka biomehaanika kohta. Kui soovite, võin lisada viiteid teadustöödele ja ülevaadetele või seletada mõne nimetatud liigi liikumisprotsessi samm-sammult.

Küsimused ja vastused

K: Mis on näide taimede kiirest liikumisest?

K: Millistel taimedel on kiire reaktsioon putukate suhtes?

K: Milline on seni bioloogias täheldatud kiireima liikumise rekord?

K: Millest on Impatiens saanud oma üldnimetuse?

K: Kuidas liiguvad Mimosa pudica lehtedega?

Küsimus: Kes avaldas enne oma surma teose taimede liikumise kohta?

K: Mis on tropismid?

Otsing