Kokiem piemīt pārsteidzoša spēja sajust sava ķermeņa formu un pielāgot augšanu tā, lai saglabātu vertikālu stāju. Šo ķermeņa stāvokļa uztveri, ko dēvē par propriocepciju, agrāk uzskatīja par spēju, kas piemīt tikai dzīvniekiem. Tomēr 2012. gadā pētnieki, kas sadarbojās ar Francijas Nacionālo lauksaimniecības, pārtikas un vides pētniecības institūtu INRAE, pierādīja, ka arī augiem piemīt šāda spēja.

Šī iekšējā maņa ļauj augiem uzraudzīt savu stāvokli un veikt izmaiņas, lai tie augtu pēc iespējas taisnāk. Lai gan jau bija zināms, ka augi spēj noteikt sava stumbra formu, līdz šim nebija skaidrs, kā bioloģiskie procesi pārvērš šo informāciju fiziskā kustībā.

Augi augšanu regulē, izmantojot vairākus informācijas avotus. Tie reaģē uz gravitāciju, uztver saules gaismas virzienu un uzrauga savu stublāju formu un novietojumu. Lai izpētītu, kā darbojas tieši iekšējā formas uztvere, pētniekiem bija jānovērš virziena signāli, ko parasti sniedz gravitācija un gaisma.

Tādēļ tika izveidota neparasta eksperimentālā sistēma. Jauni koki tika novietoti uz horizontālas platformas, kas rotēja ap savu asi sfēras iekšpusē. Sfēru vienmērīgi apgaismoja no visām pusēm. Rotējošā platforma neļāva kokiem saņemt nemainīgu gravitācijas virziena signālu, bet vienmērīgais apgaismojums novērsa norādes par to, kurā virzienā būtu jāaug.

Šāds iekārtojums ļāva pētniekiem izpētīt, kā koki reaģē uz pašu formu, nepaļaujoties uz ierastajiem vides signāliem.

Koksne, kas darbojas līdzīgi muskulim

Eksperimentā izmantoja jaunus papeles kokus, kas sākotnēji tika novietoti horizontāli. Tiem augot, stumbri pamazām izliecās uz augšu, virzot galotnes atpakaļ vertikāla stāvokļa virzienā.

Šī reakcija ir saistīta ar īpašu koksnes veidu, ko angļu valodā dēvē par tension wood jeb spriegojuma koksni. Atšķirībā no parastās koksnes tā augšanas laikā spēj radīt vilces spēkus. Ja tā veidojas stumbra augšpusē, tā darbojas līdzīgi sarautam muskulim: velk stumbru uz augšu un liek tam izliekties.

Pēc aptuveni desmit dienām, kad kokiem bija izveidojies pamanāms izliekums, pētnieki tos pārvietoja eksperimentālajā iekārtā. Turpmāko nedēļu laikā notika pretējais process — stumbri pamazām iztaisnojās, līdz kļuva gandrīz taisni.

Lai noskaidrotu, kas izraisīja šo pārmaiņu, pētnieki pārbaudīja koksnes struktūru, kas bija izveidojusies iztaisnošanās laikā. Viņi atklāja, ka sākotnējā spriegojuma koksne, kas stumbra augšpusē bija vilkusi to uz augšu, pēc eksperimentālās sistēmas aktivizēšanas pārstāja attīstīties. Vienlaikus identiska koksne sāka veidoties pretējā stumbra pusē.

Jaunizveidotā koksne darbojās kā pretējs “muskulis”, radot vilces spēku otrā virzienā. Šiem spēkiem iedarbojoties pretēji, izliektie stumbri pamazām atgriezās taisnā formā.

Spriegojuma koksnes veidošanās ietver sarežģītu, šūnu līmenī kontrolētu bioloģisku procesu virkni. Pētījuma rezultāti liecina, ka koka iekšējā sava formas uztvere palīdz regulēt šo procesu un noteikt, kurā stumbra pusē koksnei jāveidojas, lai koriģētu stāju.

Spriegojuma koksnes daudzpusīgā loma

Līdz šim zinātnieki uzskatīja, ka spriegojuma koksne veidojas tikai stumbra augšpusē, kur tā palīdz to vilkt uz augšu. Tas īpaši labi redzams kalnu nogāzēs augošu koku pamatnē, jo stumbriem tur bieži jāizliecas, lai saglabātu vertikālu stāvokli.

Jaunais pētījums atklāj, ka šai koksnei ir daudz elastīgāka loma. Tā var attīstīties stumbra pretējās pusēs un radīt spēkus dažādos virzienos, līdzīgi pretēji darbojošām muskuļu grupām dzīvniekos, kas palīdz saglabāt stāju un kontrolēt kustības.

Tas liecina, ka kokiem ir sarežģīta augšanas koordinācijas sistēma. Tie apvieno informāciju par apkārtējo vidi, piemēram, gaismu un gravitāciju, ar iekšēju sava stumbra formas uztveri. Apstrādājot šos signālus, koki var regulēt spriegojuma koksnes veidošanās vietu un atbilstoši koriģēt savu stāju.

Nozīme mežiem un lauksaimniecībai

Spēja sajust un izlabot savu formu ir īpaši svarīga, kad koki saskaras ar vides traucējumiem. Spēcīgas vētras, nogruvumi un citi ekstremāli notikumi var kokus saliekt vai nobīdīt, tāpēc spēja atgūt piemērotu stāju ir būtiska to izturībai. Šī mehānisma izpratne var kļūt arvien vērtīgāka, klimata pārmaiņām pakļaujot mežus biežākiem un intensīvākiem ekstremāliem apstākļiem.

Pētījuma atziņām ir arī praktiska nozīme mežsaimniecībā un lauksaimniecībā. Identificējot augus ar īpaši efektīvu propriocepciju, zinātnieki nākotnē varētu atlasīt šķirnes, kas aug taisnāk, labāk saglabā stāju un veido kvalitatīvāku koksni.

Lauksaimniecībā šīs zināšanas varētu palīdzēt izveidot graudaugus, kuri pirms ražas novākšanas retāk izgāžas. Šo parādību dēvē par veldrēšanos, un tā var radīt būtiskus ražas zudumus, kad augi augšanas sezonas beigās saliecas vai noguļas.

Atklājums varētu uzlabot arī kokmateriālu kvalitāti. Ja spriegojuma koksne veidojas nesaskaņoti, kokā var rasties pārmērīgi iekšējie spriegumi, kas potenciāli ietekmē tā materiālās īpašības.

Pētnieki atklāj “sensorimotoru loku” kokā

INRAE pētniecības direktors Bruno Moulia norādīja, ka atklājums parāda īstu sensorimotoru loku, kas darbojas koku koksnainajās daļās.

“Mēs esam atklājuši īstu sensorimotoru loku, kas darbojas koku koksnainajās daļās! Nepietiekama koordinācija spriegojuma koksnes secīgā aktivizēšanā rada pārmērīgu iekšējo spriegumu, kas var ietekmēt koksnes kvalitāti. Tāpēc šie rezultāti maina lietišķo pētījumu virzienu — lai uzlabotu koksnes kvalitāti un iegūtu kokus, kas ir pēc iespējas taisni un ‘atslābināti’, lai kas arī notiktu,” viņš teica.

Pētījums vienlaikus uzsver dažādu zinātnes jomu sadarbības nozīmi, lai izprastu sarežģītos veidus, kā augi mijiedarbojas ar vidi.

INRAE pētniecības inženieris Fēlikss Hartmans uzsvēra, ka koku spēju atklāšanai bija nepieciešama dažādu disciplīnu speciālistu sadarbība.

“Koku ievērojamo spēju atklāšana prasa lielu atjautību. Šajā projektā mums tas izdevās, apvienojot dažādu jomu pētniekus ar papildinošām prasmēm un skatījumiem. Tas prasa laiku un neatlaidību, taču šādi starpdisciplināri atklājumi parāda, ka pūles ir tā vērtas,” viņš sacīja.