Без глаз и мозга растения всё равно умеют «ошибаться» с направлением света, попадая под оптические иллюзии. Команда Тель-Авивского университета описала этот феномен и математическую модель, его объясняющую. Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.
У большинства животных за восприятие света отвечают специализированные органы, такие как глаза, и центральная нервная система. У растений световые рецепторы распределены по внешнему слою стебля и работают как единая, но децентрализованная сенсорная сеть. Каждая зона стебля сама преобразует интенсивность света в биологический сигнал, и только после этого локальные сигналы складываются вместе, определяя направление роста.
В эксперименте ростки подсолнечника освещали синим светом разной интенсивности с разных сторон и фиксировали их движение более 20 часов. Сначала ростки освещали с одной стороны — они тянулись к более яркому источнику. Когда свет подавали с двух противоположных сторон, угол наклона уже не был прямо пропорционален разнице интенсивностей. Математическая модель успешно предсказывала, насколько сильно и в какую сторону согнется росток при разных условиях освещения.
Причина кроется в нелинейности восприятия: источник с удвоенной интенсивностью не дает вдвое больший биологический сигнал. После сложения таких «перекодированных» сигналов итоговое направление роста может отклоняться от физически самого яркого.
На следующем этапе исследователи поставили друг напротив друга два одинаковых по силе источника, а третий, более слабый, поместили перпендикулярно. Ростки тянулись именно к слабому свету: два сильных источника взаимно компенсировали друг друга. Это подтверждает, что растения складывают направленные световые сигналы, а не просто растут в сторону самого яркого освещения.
«Любопытно, что растения умеют интегрировать сложную информацию об окружении без мозга и центральной обработки, — отмечает профессор Ясмин Мероз. — Вычисления возникают из того, как свет воспринимается и обрабатывается локально по всему стеблю. Этот принцип может распространяться далеко за пределы растений — на клетки, бактерии и другие живые системы с распределённым восприятием».
По словам авторов, описанный механизм — это и есть та самая «оптическая иллюзия»: растение воспринимает направление самого яркого света не там, где оно находится на самом деле. Авторы работы рассчитывают, что их подход поможет разобраться в распределенном восприятии и у других организмов.
Ранее сообщалось, что светящиеся растения научились сообщать о своем самочувствии агрономам.