Դպրոցական կենսաբանության դասընթացից  շատերը կհիշեն` ինչ է ֆոտոսինթեզը: Երբ արևը լուսավորում է, բույսը սինթեզում է օրգանական նյութերը (օսլան և շաքարը) ածխաթթու գազից և ջրից: Բայց երբ գալիս է գիշերը, բույսերի համար դժվարություններ են ստեղծվում, քանի որ պարզ  նյութերի փոխակերպումը օրգանականի և հետագա սնուցումը  խանգարվում է: Բույսերը ստիպված են լինում հույսը դնել իրենց  պահեստային միջոցների վրա:

Պարզվում է` նրանք նախատեսում և հաշվում են բավականին հաջող.օսլայի պահուստը բաժանում են չափաբաժինների, որոնցով սնվում են ամբողջ գիշերվա ընթացքում, մինչև արևի դուրս գալը. “Սա ֆունդամենտալ կենսաբանական գործընթացների մակարդակի վրա առաջին թվաբանական հաշվարկների համոզիչ օրինակն է “,-ասում է հետազոտությունների համահեղինակ Մարտին Հովարդը (Martin Howard),որը Ջոն Ինսի կենտրոնում ուսումնասիրում է  մաթեմատիկական մոդելները:

Հովարդն ու իր թիմը կառուցել են համակարգչային մաթեմատիկական մոդել, որպեսզի  ուսումնասիրեն,   թե ինչպես  է բույսերին հաջողվում անց կացնել գիշերը, նաև շարունակել  աճել օրվա մութ ժամերին: Օրինակի համար նրանք վերցրել են դասական բույս `   Arabidopsis thaliana (резуховидку), որը խոտաբույս  է  կաղամբազգիների ընտանիքից:

Փորձը ցույց է տվել, որ ֆոտոսինթեզի ընթացքում բույսերը օսլան և շաքարը պահեստավորում են “սև օրվա” համար:Գիշերը պահեստավորված նյութերը սկսում են օգտագործվել: Բույսը դրանք բաժանում է հստակ չափաբաժինների և հաշվում,  որ իրեն բավարարեն մինչև առավոտ, ավելին,  այդ մեխանիզմն  աշխատում է,  երբ գիշերը սովորականից շուտ է գալիս և պահեստը  քիչ կամ շատ է լինում:

Այնպիսի զգացողություն է, որ բույսն  իրոք թվաբանական բաժանում է կատարում, որ սովից չմեռնի:

“Մաթեմատիկական  հաշվարկ կատարելու ունակությունը կյանքի անհրաժեշտություն է բույսի համար: Այդ գործընթացի հետ ծանոթանալը թույլ կտա ոչ միայն զարգացնել  կենսաբանական տարբեր ճյուղեր, այլև լավացնել տարբեր կուլտուրաների բերքատվությունը”, – կարծում է մետաբոլիզմի ոլորտի փորձագետ,  կենսաբան Էլիսոն Սմիտը(Alison Smith), որը նաև հետազոտության հեղինակներից մեկն է:

Երբ գալիս է գիշերը,  ամեն մի տերևի ներսում հատուկ գործողություններ են կատարվում, ինչը թույլ է տալիս բույսին չափել իր պահեստի քանակը մինչև լուսաբաց: Հետո բույսը որոշում է չափաբաժնի չափը, որը պիտի օգտագործի գիշերվա ընթացքում  և այնքան ճշգրիտ, որ լուսադեմին մնում է  պահեստավորած օսլայի միայն 5 տոկոսը:

“Նրանց հաշվարկները այնքան ճշգրիտ են, որ նրանք ոչ միայն պաշտպանում են իրենց սովից, այլև իրենց մշակած օրգանական նյութերը օգտագործում են առավելագույն  օգուտով և արդյունավետությամբ: Եթե նրանք ծախսել են պահեստավորվածը համեմատաբար արագ, ապա առավոտյան կլինեն քաղցած, իսկ եթե  կերակրվել են չափազանց դանդաղ, ապա կերակրի մի մասը ավելորդ կլինի և անիմաստ արտադրված”,— պատմում է Սմիտը մամուլի հաղորդագրության մեջ:

Մաթեմատիկական մոդելը ցույց է տվել նաև, թե հատկապես ինչպես են բաշխվում պահեստավորված նյութերը: Գիտնականները հասկացել են, որ “մաթեմատիկական հաշվարկները” կատարվում են մոլեկուլների մակարդակով:Չափաբաժիններ բաժանման և դրանց օգտագործման գործընթացը կարգավորվում է երկու տեսակի մոլեկուլների միջոցով:  Գիտնակաների կողմից պայմանական անվանված S մոլեկուլը (starch — օսլա), ներկայացնում է  պահետավորվածի քանակի մասին տեղեկություն, իսկ T մոլեկուլը `(time — ժամանակ) հաղորդում է , թե որքան է մնացել լուսաբացին:   S մոլեկուլներն  օգնում են իրացնելու պահեստը, իսկ T -երը չեզոքացնում են այդ գործընթացը:

Մոդելը հաշվի է առել նաև սպիտակ գիշերները, երբ Arabidopsis thaliana-ն կարող է վերսկսել օսլայի արտադրությունը: Այդ ժամանակահատվածներում բույսը կարգավորում է սննդարար նյութերի գործածումը, հաշվի առնելով, որ դեռ ժամանակ կունենա ցերեկը լրացնել իր պահեստները:

Կենսաբանները գտել են, թե որ սպիտակուցներն են մասնակցում S -ն T-ի վրա բաժանման սիստեմում, քանի որ այդպիսի հատկությունները պայմանավորված են միայն գենետիկակական կոդի հատուկ  կառուցվածքով:Պարզվել է, որ PWDգենի մեջ մուտացիան կարգավորում է օսլայի իրացման գործընթացը և կարևոր դեր է խաղում բույսի թվաբանական հաշվարկներում:

Իհարկե, բոլոր այս գործընթացները բնական են ընթանում և պայմանավորված չեն իրական մաթեմատիկայով: Բույսերը, լինելով բարդ  բազմաբջիջ օրգանիզմ, ունեն իրենց որոշակի կենսաբանական   համակարգը, որը բիոդաշտում ապահովում է հարմարավետ և երկարատև գոյատևում : Այնուամենայնիվ, կենսաբանական գործընթացների աշխատանքը ուսումնասիրելու համար մաթեմատիկական մոդելների ստեղծումը սկզբունքային նոր մոտեցում է, որը թույլ է տալիս ավելի լավ հասկանալ բույսերի ապրելակերպը:

Հոդվածը, որը նկարագրում է հետազոտության արդյունքները, կհրապարակվի eLIFE-ում: Մինչ այդ աշխատանքի արդյունքները կարելի է կարդալ  arXiv.org կայքում հրապարակված հոդվածում:

Tags: բույսեր