Гипергравитация повышает продуктивность мха: японские учёные нашли ген, отвечающий за адаптацию

Большинство живых существ, включая человека, плохо переносят условия повышенной гравитации. Однако небольшие зелёные растения — мхи — демонстрируют прямо противоположную реакцию: они начинают расти активнее. Учёные из Японии обнаружили, что у вида Physcomitrium patens при гравитации, превышающей земную в 6 и 10 раз, заметно возрастает скорость фотосинтеза.

Причина — усиленная диффузия углекислого газа (CO₂) из атмосферы в хлоропласты клеток листьев. Как мхи приспосабливаются к высоким перегрузкам При увеличении силы тяжести мхи отвечают двумя ключевыми изменениями: увеличивают размер хлоропластов — органелл, где происходит фотосинтез; формируют больше листовых побегов (гаметофоров). Впервые исследователям удалось определить генетический фактор, запускающий эту реакцию. Его назвали ISSUNBOSHI1 (IBSH1) — в честь героя японской сказки, мальчика-воина ростом в один дюйм. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.

Они раскрывают важный генетический механизм, который, вероятно, сыграл ключевую роль в эволюции растений и их адаптации к жизни на суше. От воды к суше — и к 1g Первые растения развивались в воде, где сила тяжести действовала слабее благодаря поддержке среды. При выходе на сушу около 500 миллионов лет назад они столкнулись с гравитацией в 1g и необходимостью удерживать собственный вес.

Это привело к изменениям анатомии: появились ткани для прочности стеблей, структуры для ориентации к свету, а клеточные стенки стали толще и прочнее. Однако до сих пор точный механизм влияния силы тяжести на фотосинтез и генетические процессы оставался малоизученным. Эксперимент с «искусственной гравитацией» В новом исследовании мох выращивали восемь недель при температуре 25 °C в условиях разной гравитации: 1g — контроль, 3g, 6g, 10g. Для этого использовалась специальная центрифуга с встроенными LED-лампами для фотосинтеза. Учёные измеряли скорость фотосинтеза, размеры хлоропластов, количество гаметофоров и проводимость CO₂ (способность устьиц пропускать углекислый газ внутрь листа).

Дополнительно проводилось секвенирование РНК, чтобы понять, как меняется активность генов при гипергравитации. Результаты показали: при 6g и 10g фотосинтез ускоряется за счёт лучшей диффузии CO₂, обусловленной большим числом побегов и увеличенными хлоропластами. Роль гена IBSH1 Генетический анализ выявил повышенную активность транскрипционных факторов семейства AP2/ERF, особенно IBSH1. Его роль подтвердили экспериментально: при искусственном увеличении экспрессии IBSH1 мох реагировал так же, как в условиях гипергравитации; при подавлении активности гена эффект полностью исчезал. Учёные предполагают, что формирование сети генов AP2/ERF стало одним из ключевых факторов, позволивших древним растениям освоить сушу.

Перспективы для космоса и земного земледелия По мнению авторов работы, эти результаты могут иметь практическое значение в будущем, особенно для сельского хозяйства в условиях необычной гравитации — например, на космических станциях или других планетах. В условиях микрогравитации или повышенной гравитации знание механизмов адаптации растений позволит создавать культуры с оптимальной продуктивностью. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение этого эффекта у других видов растений. Это поможет понять, насколько универсален найденный механизм и можно ли применять его в агротехнологиях вне Земли.

• Осы, которые умеют «ставить жизнь на паузу»: открытие может помочь замедлить старение у людей
• Против Дарвина: ученые обнаружили, что черви «переписали» свою ДНК, чтобы выжить на суше
• Зимний морской лёд усиливает способность Южного океана поглощать CO₂
• Горбатые киты играют с людьми, пуская кольца пузырей: возможно, это способ общения
• Как жили «полярные динозавры»: ученые воссоздали древнюю экосистему Антарктики 120 миллионов лет назад
• Койоты в Лос-Анджелесе менее склонны проводить время в богатых районах
• Робот-прыгун, похожий на веснянку
• Почему летучие мыши спят, вися вниз головой?