植物会做算术以度过难关

最新研究表明,为防止夜间饥饿,植物会执行精确的算术除法。通过计算,他们可以以恒定的速度消耗掉淀粉储备,因此黎明时几乎可以精确耗尽它们。

“这是如此复杂的算术计算的基本生物学过程中的第一个具体示例。”说数学建模者 马丁·霍华德教授 来自约翰·英因斯中心。

白天,植物通过利用来自太阳的能量将二氧化碳转化为糖和淀粉来养活自己。太阳落山后,他们必须依靠淀粉的储存来防止饥饿。

在将要发表在开放获取期刊eLife上的研究中,约翰·英内斯中心的科学家表明,植物可以精确调整其淀粉的消耗速度。这些调整可确保淀粉储存持续到天亮,即使黑夜意外到来或淀粉储存的大小有所变化。

约翰·英因斯中心的科学家表明,要精确地调整淀粉消耗量,必须进行数学计算-算术除法。

“进行算术计算的能力对于植物的生长和生产力至关重要,”代谢生物学家说 艾莉森·史密斯教授.

“了解植物如何在黑暗中继续生长可能有助于开辟提高作物产量的新途径。”

在夜间,叶片内部的机制会测量淀粉储存的大小,并估计直到黎明的时间长度。有关时间的信息来自内部时钟,类似于我们自己的身体时钟。然后将淀粉储存库的大小除以直到黎明的时间长度,以设定正确的淀粉消耗率,因此,到黎明时,大约消耗了95%的淀粉。

史密斯教授说:“计算是精确的,这样植物既可以防止饥饿,又可以最有效地利用食物。”

“如果淀粉储存库使用得太快,植物将在夜间饿死并停止生长。如果商店使用太慢,则会浪费掉其中的一部分。”

科学家使用数学模型研究了如何在工厂内部进行这种除法计算。他们提出,关于淀粉存储量的大小和直到黎明的时间的信息以两种分子的浓度编码(淀粉称为S,时间称为T)。如果S分子刺激淀粉消耗,而T分子阻止淀粉消耗的发生,则淀粉消耗的速率由S分子与T分子的比率(即S除以T)设置。

这项研究由生物技术和生物科学研究委员会(BBSRC)资助

全面参考

Scialdone等。拟南芥植物执行算术除法以防止夜间饥饿,eLife 2013; 2:e00669。

DOI:10.7554 / eLife.00669



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