Термогенный завод
Термогенные растения обладают способностью повышать температуру выше температуры окружающего воздуха. Тепло генерируется в митохондриях как вторичный процесс клеточного дыхания , называемый термогенезом . Альтернативная оксидаза и разобщающие белки, подобные тем, которые обнаружены у млекопитающих, активизируют этот процесс, который до сих пор плохо изучен.
Роль термогенеза
[ редактировать ]Ботаники не совсем уверены, почему термогенные растения выделяют большое количество избыточного тепла, но большинство согласны с тем, что это как-то связано с увеличением скорости опыления . Наиболее широко распространенная теория утверждает, что эндогенное тепло способствует распространению химических веществ, привлекающих к растению опылителей. [ 1 ] Например, лилия Вуду использует тепло, чтобы распространять запах гниющего мяса. [ 2 ] Этот запах привлекает мух, которые начинают искать источник запаха. Обыскивая все растение в поисках мертвого трупа, они опыляют растение. [ 3 ]
Другие теории утверждают, что тепло может служить тепловым вознаграждением для опылителя: опылители привлекаются к цветку из-за его тепла. Эта теория пользуется меньшей поддержкой, поскольку большинство термогенных растений произрастает в тропическом климате.
Еще одна теория заключается в том, что тепло помогает защититься от повреждений морозом, позволяя растению прорасти и дать ростки раньше, чем в противном случае. Например, скунсовая капуста выделяет тепло, которое позволяет ей пробиваться сквозь слой снега ранней весной. [ 4 ] Однако тепло в основном используется для распространения резкого запаха и привлечения опылителей.
Характеристики термогенных растений
[ редактировать ]Большинство термогенных растений имеют тенденцию быть довольно большими. Это связано с тем, что растения меньшего размера не имеют достаточного объема для создания значительного количества тепла. С другой стороны, крупные растения имеют большую массу, необходимую для создания и сохранения тепла. [ 5 ]
Термогенные растения также являются протогинными , что означает, что женская часть растения созревает раньше мужской части того же растения. Это значительно снижает инбридинг, поскольку такое растение можно оплодотворить только пыльцой другого растения. Вот почему термогенные растения выделяют резкие запахи, привлекая насекомых-опылителей.
Примеры
[ редактировать ]Термогенные растения встречаются во многих семействах, но ароидным особенно много таких видов принадлежит к . Примеры этого семейства включают арум мертвой лошади ( Helicodiceros muscivorus ), скунсовую капусту восточную ( Symplocarpus foetidus ), батат слоновьей лапки ( Amorphophallus paeoniifolius ), слоновье ухо ( Philodendron Selloum ), лордов и леди ( Arum maculatum ), и лилия вуду ( Typhonium venosum ). Титан арум ( Amorphophallus titanum ) использует термогенно созданный водяной пар, чтобы рассеять свой запах — запах гниющего мяса — над холодным воздухом, который оседает над ним ночью в его естественной среде обитания. Вопреки распространенному мнению, капуста западная скунсовая ( Lysichiton americanus), близкая родственница семейства Araceae, не является термогенной. [ 6 ] За пределами ароидных лотос священный ( Nelumbo nucifera ) является термогенным и эндотермным растением , способным регулировать температуру своего цветка в определенном диапазоне. [ 7 ] способность, присущая по крайней мере одному виду нефотосинтезирующих паразитов рода Rhizanthes , Rhizanthes lowii . [ 8 ]
Производство тепла
[ редактировать ]Многие виды эндотермных растений полагаются на альтернативную оксидазу (АОХ), которая представляет собой фермент органеллы митохондрий и является частью цепи переноса электронов. [ 9 ] Снижение окислительно-восстановительного потенциала митохондрий альтернативной оксидазой увеличивает непродуктивное дыхание. Этот метаболический процесс создает избыток тепла, которое нагревает термогенные ткани или органы. [ 10 ] Растения, содержащие эту альтернативную оксидазу, не подвержены воздействию цианида, поскольку АОХ действует как акцептор электронов, собирая электроны от убихинола , минуя третий электронный комплекс. Затем фермент АОХ восстанавливает молекулы кислорода до воды без присутствия протонного градиента, что, в свою очередь, очень неэффективно, приводя к падению свободной энергии от убихинола к кислороду, который выделяется с теплом. [ 11 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Плантгай (16 января 2010 г.). «Растения, которые нагреваются» . Как работают растения . Проверено 4 декабря 2012 г.
- ^ Тернер М. (август 2010 г.). «Растение месяца: Лилия Вуду» . Фотографии Тернера . Проверено 4 декабря 2012 г.
- ^ Шульц Н. (22 декабря 2008 г.). «Гигантский вонючий цветок» . НовыйУченый . Проверено 4 декабря 2012 г.
- ^ «Скунсовая капуста» . Национальная федерация дикой природы. Архивировано из оригинала 25 ноября 2012 года . Проверено 4 декабря 2012 г.
- ^ Сеймур Р., Шульце-Мотель П. (1997). «Тепловые цветы» (PDF) . Стараться . 3. 21 (3): 125–129. дои : 10.1016/s0160-9327(97)80222-0 . Архивировано из оригинала (PDF) 25 мая 2014 года.
- ^ Онда Ю., Като Ю., Абэ Ю., Ито Т., Морохаши М., Ито Ю. и др. (февраль 2008 г.). «Функциональная коэкспрессия митохондриальной альтернативной оксидазы и разобщающего белка лежит в основе терморегуляции в термогенных соцветиях скунсовой капусты» . Физиология растений . 146 (2): 636–45. дои : 10.1104/стр.107.113563 . ПМЦ 2245847 . ПМИД 18162588 .
- ^ Юн СК (1 октября 1996 г.). «Тепло лотоса привлекает насекомых и ученых» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 14 ноября 2012 г.
- ^ Патишо С., Грейс Дж., Бенцигер Х. (август 2000 г.). «Эндотермия цветков Rhizanthes lowii (Rafflesiaceae)». Экология . 124 (2): 149–155. Бибкод : 2000Oecol.124..149P . дои : 10.1007/s004420050001 . ПМИД 28308173 . S2CID 22301706 .
- ^ Уотлинг-младший, Грант Н.М., Миллер Р.Э., Робинсон С.А. (август 2008 г.). «Механизмы терморегуляции у растений» . Сигнализация и поведение растений . 3 (8): 595–7. дои : 10.4161/psb.3.8.6341 . ПМК 2634508 . ПМИД 19704809 .
- ^ Ито К., Сеймур Р.С. (декабрь 2005 г.). «Экспрессия разобщающего белка и альтернативной оксидазы зависит от липидных или углеводных субстратов в термогенных растениях» . Письма по биологии . 1 (4): 427–30. дои : 10.1098/rsbl.2005.0338 . ПМК 1626365 . ПМИД 17148224 .
- ^ Ито К., Огата Т., Сейто Т., Умекава Ю., Какидзаки Ю., Осада Х., Мур А.Л. (сентябрь 2020 г.). «Деградация митохондриальной альтернативной оксидазы в придатках Arum maculatum» . Биохимический журнал . 477 (17): 3417–3431. дои : 10.1042/BCJ20200515 . ПМЦ 7505559 . ПМИД 32856714 .