Een drukke stille disco van zonnebloemen. Foto door Designecologist via Pexels
Bloemen fascineren wetenschappers en natuurliefhebbers al lang, niet alleen vanwege hun schoonheid, maar ook vanwege hun subtiele, bijna onmerkbare bewegingen. Meer dan een eeuw geleden was Charles Darwin de eerste die opmerkte dat planten, inclusief bloemen, een soort cyclische beweging vertonen terwijl ze groeien. Deze beweging, die zowel in stengels als wortels te zien is, verbaasde onderzoekers: was het slechts een bijproduct van de groei, of diende het een cruciaal doel?
Een nieuwe studie van de Universiteit van Tel Aviv, in samenwerking met de Universiteit van Colorado, Boulder, ontdekte dat planten die groeien in dichte omgevingen, waar elke plant een schaduw werpt op zijn buurman, een collectieve oplossing vinden met behulp van willekeurige bewegingen die hen helpen optimale groeirichtingen te vinden. Op deze manier werpt de studie licht op het wetenschappelijke raadsel dat onderzoekers sinds Darwin bezighoudt, namelijk de functionele rol van deze inherente bewegingen, circumnutaties genoemd.
Het onderzoek werd uitgevoerd onder leiding van Prof. Yasmine Meroz van de School of Plant Sciences and Food Security aan de Wise Faculty of Life Sciences aan de Universiteit van Tel Aviv, in samenwerking met Prof. Orit Peleg van de Universiteit van Colorado Boulder in de VS. Het onderzoeksteam bestond uit Dr. Chantal Nguyen (Boulder), Roni Kempinski en Imri Dromi (TAU). Het onderzoek werd gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Physical Review X
Hebben bloemen richtinggev
Prof. Meroz legt uit: "Eerdere studies hebben aangetoond dat als zonnebloemen dicht op elkaar worden geplant in een veld waar ze elkaar overschaduwen, ze in een zigzagpatroon groeien - één vooruit en één achteruit - om niet in elkaars schaduw te staan. Op deze manier groeien ze naast elkaar om de verlichting van de zon te maximaliseren, en dus fotosynthese, op collectief niveau. Planten weten hoe ze onderscheid moeten maken tussen de schaduw van een gebouw en de groene schaduw van een blad. Als ze de schaduw van een gebouw voelen, veranderen ze meestal niet van groeirichting, omdat ze 'weten' dat dit geen effect zal hebben. Maar als ze de schaduw van een plant voelen, zullen ze in een richting groeien die van de schaduw af is".
Prof. Yasmine Meroz controleert een zonnebloem. Foto Tel Aviv University
Volgens de onderzoekers was Darwin de eerste die inzag dat alle planten groeien terwijl ze een soort cyclische beweging vertonen die bekendstaat als "circumnutatie", die zowel in stengels als wortels wordt waargenomen. Tot op heden was het echter onduidelijk of dit een artefact of een cruciaal kenmerk van groei was, op een paar gevallen na, zoals klimplanten die in grote cirkelvormige bewegingen groeien om iets te vinden om zich aan vast te grijpen. Waarom zou een plant energie investeren om in willekeurige richtingen te groeien?
In de huidige studie onderzochten de onderzoekers hoe zonnebloemen 'weten' optimaal te groeien - het maximaliseren van de zonlichtvangst voor het collectief - en analyseerden de groeidynamiek van zonnebloemen in het laboratorium, waar ze een zigzagpatroon vertonen. Prof. Meroz en haar team kweekten zonnebloemen in een omgeving met hoge dichtheid en fotografeerden ze tijdens de groei, waarbij ze om de paar minuten foto's maakten. De foto's werden vervolgens gecombineerd om een time-lapsefilm te maken. Door de beweging van elke zonnebloem te volgen, observeerden de onderzoekers dat de bloemen veel 'dansten'.
Schud je staartblaadje
Prof. Meroz verklaarde: "Als onderdeel van ons onderzoek hebben we een fysieke analyse uitgevoerd die het gedrag van elke zonnebloem binnen het collectief vastlegde, waaruit bleek dat de zonnebloemen 'dansen' om de optimale hoek te vinden, zodat elke bloem het zonlicht van zijn buurman niet blokkeert. We hebben deze beweging statistisch gekwantificeerd en via computersimulaties aangetoond dat deze willekeurige bewegingen collectief worden gebruikt om schaduwvorming te minimaliseren. Het was ook verrassend om te ontdekken dat de verdeling van de 'stappen' van de zonnebloemen erg breed was, variërend van bijna nul verplaatsingen tot bewegingen van maximaal twee centimeter om de paar minuten in verschillende richtingen".
Tot slot voegt Prof. Meroz toe: "De zonnebloemplant maakt gebruik van zijn vermogen om zowel kleine, langzame stappen als grote, snelle stappen te gebruiken om de optimale opstelling voor het collectief te vinden. Als het bereik van de stappen kleiner of groter was, zou de opstelling resulteren in meer wederzijdse schaduw en minder fotosynthese. Het is een beetje zoals een druk dansfeest, waarbij individuen rondbewegen om meer ruimte te creëren: als ze te veel bewegen, zullen ze de andere dansers hinderen, maar als ze te weinig bewegen, zal het probleem van de drukte niet worden opgelost, waardoor een hoek van het plein overvol en de andere leeg blijft. Zonnebloemen vertonen een vergelijkbare communicatiedynamiek: een combinatie van reageren op de schaduw van naburige planten en willekeurige bewegingen maken, ongeacht externe stimuli".
Comments