Ученые из Иллинойсского университета смогли запечатлеть процесс дыхания растений в реальном времени. Поразительные кадры опубликовали в издании Live Science.
Для наблюдений исследователи разработали специальный инструмент под названием Stomata in-sight. Он позволяет увидеть, как растения поглощают углекислый газ и выделяют водяной пар. Этот процесс осуществляется через устьица — микроскопические отверстия на поверхности листьев, которые часто называют «ртом» растения.
Каждое устьице окружено особыми клетками. Они могут расширяться и сжиматься, тем самым открывая или закрывая поры. Несмотря на то что сам механизм известен, ученые пока не до конца понимают, как именно отдельные устьица согласованно управляют этим процессом.
Инструмент Stomata in-sight сочетает в себе микроскоп, систему измерения газообмена и анализ изображений с использованием машинного обучения. По словам соавтора исследования, биолога Эндрю Лики, система позволяет оценить работу сразу тысяч устьиц, измеряя потоки углекислого газа и воды: «Он оценивает суммарную работу тысяч и тысяч устьиц, измеряя потоки углекислого газа и воды», — пояснил ученый.
Во время экспериментов небольшие фрагменты листьев помещают в специальную камеру с контролируемыми условиями, которая подключена к системе газообмена. Исследователи могут изменять температуру, уровень влажности и другие параметры и наблюдать, как на это реагируют устьица. Микроскоп фиксирует происходящее, а алгоритмы машинного обучения распознают устьица на полученных изображениях.
«Нам очень важно лучше понимать, как работают устьица. Я и многие другие пытаемся найти способы с помощью селекции или биотехнологий изменить работу устьиц так, чтобы получать более качественные культуры — в частности те, которым требуется меньше воды», — отметил Лики.
