Шестисотлетние деревья гинкго не сильно отличаются от молодых, заключили исследователи, измерив их физиологические функции и экспрессию генов в клетках. Они несколько медленнее растут, зато не теряют ни в фотосинтезе, ни в плодовитости. Судя по всему, секрет гинкго — в генах, которые связаны с ответом на стресс и паразитов: они продолжают работать в 600 лет так же, как в 20, что помогает избежать дряхления. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Большинство ученых считают старение универсальным свойством всех живых организмов. И растения здесь не исключение, несмотря на то, что, в отличие от животных, сохраняют способность к росту до конца жизни. Как именно им удается поддерживать себя в жизнеспособном состоянии сотни и тысячи лет, до конца неизвестно, но важную роль в этом процессе отводят обновлению тканей.
За рост дерева отвечают образовательные ткани, или меристемы. Они обеспечивают верхушечный рост (в длину) или вставочный (в толщину). Верхушечные меристемы гораздо более уязвимы и часто гибнут от травм или заморозков, поэтому в какой-то момент деревья перестают расти вверх. Зато латеральная меристема ствола, или сосудистый камбий, сохраняется до конца их жизни, и многие даже очень старые деревья продолжают расти в толщину. Каждый год камбий производит новые клетки проводящих тканей, и за работой его можно следить по годичным кольцам.
Ли Ван (Li Wang) вместе с коллегами из Пекинского университета лесного хозяйства описали, как стареет гинкго, известное дерево-долгожитель, и что при этом происходит с его сосудистым камбием. Для этого они измерили параметры строения ствола у 34 деревьев гинкго возрастом от 15 до 1353 лет. Они обнаружили, что толщина годичных колец со временем падает: например, в 25 лет она в среднем 5,25 мм, а в 991 год — всего 1,20 мм. Но поскольку с годами дерево становится все толще, то общая площадь камбия у него растет и не падает даже к 500-му году жизни.
Затем ученые отобрали девять деревьев для более подробного анализа и разделили их на три группы: молодые деревья (около 20 лет), старые деревья (в среднем 200 лет) и очень старые деревья (в среднем 600 лет). У всех групп они измерили и другие физиологические показатели. Например, оказалось, что средняя площадь листьев у них практически не отличается (около 24,5 квадратных сантиметров во всех группах). Ученые также не нашли различий во всхожести семян (то есть плодовитости): она была около 50 процентов. Вне зависимости от возраста, деревья продемонстрировали одинаковые эффективность фотосинтеза и содержание хлорофилла. Таким образом, никаких классических признаков старения — задержки роста, нарушения физиологических функций или снижения плодовитости — у старых гинкго найти не удалось.
У всех трех групп измерили количество гормонов, которые производит камбий. Оказалось, что концентрация гормонов, ответственных за рост (ауксинов), падает почти в четыре раза с 20 до 200 лет, но не сильно изменяется к 600 годам. В то же время гормонов, которые тормозят рост (абсцизовая кислота) в ответ на стресс, примерно поровну у деревьев 20 и 200 лет, и становится в два раза больше к 600 годам.
Ученые измерили экспрессию генов в клетках камбия и обнаружили, что наиболее сильные изменения (в работе 1246 генов) происходят между 20 и 200 годами, а между 200 и 600 годами различия гораздо более слабые (всего 209 генов). При этом с возрастом не повышается экспрессия генов, которые у растений связывают со старением, и не снижается экспрессия генов, которые отвечают за аутофагию (самопереваривание и обновление внутриклеточного содержимого), реакцию на стресс и синтез противомикробных веществ.
Таким образом, исследователи обнаружили, что возрастные изменения в организме гинкго происходят неравномерно: основная часть развивается в первые 200 лет жизни, а затем физиология стабилизируется. При этом в клетках камбия, которые считают ответственными за поддержание жизнеспособности тканей, активно работают механизмы защиты от стресса и инфекций. Так растению удается уравновесить рост и старение: оно тормозит процессы роста, но и признаков дряхлости не проявляет.
Мы уже писали о том, как в Африке нашли самое высокое дерево, а в Европе — самое старое, и о том, как эксперимент по смене одних пород деревьев другими забыли и открыли заново через сто лет. А о том, что мы знаем сегодня о «поведении» растений, читайте в нашем материале «Если бы деревья могли говорить».
Полина Лосева