100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что и как чувствуют растения? Описание, фото и видео

Есть ли у растений чувства? Биологи — о боли в корешках, трипе гороха и лесной солидарности

Еще Дарвин выдвинул гипотезу, что кончики корней выполняют у растений роль мозга. Однако после него еще целое столетие никто не пытался изучать растительный аналог нервной системы. Небольшой группе современных биологов удалось доказать, что растения способны к зрению, чувствуют боль и наркотическое опьянение. Почему эта область знаний окружена завесой молчания и каких успехов достигла она в последние годы, пишет журнал Nautilus.

Франтишек Балушка, профессор цитологии растений из Боннского университета, вместе со Стефано Манкузо из Флорентийского университета и другими коллегами решили исследовать воздействие наркоза на растения. Для эксперимента была выбрана венерина мухоловка — растение, заманивающее свои жертвы в ловушку из сдвоенных листьев, которые захлопываются, как только насекомое касается волосков на их внутренней стороне. Половинки листа смыкаются во мгновение ока, образуя «желудок», в котором переваривается пища.

Экспериментируя с анестетиками, в том числе применяемыми при операциях на людях, ученым удалось добиться прекращения электрической активности внутри растения, в результате чего ловушка перестала реагировать на касание. Схожим образом вел себя под наркозом и горох: его усики, которые обычно тянутся во все стороны в поисках поверхностей для крепления, перестали вытягиваться и завились на месте. После того как введенное вещество было расщеплено, естественная активность растений возобновилась.

Значит ли это, что растения пришли в сознание так же, как люди приходят в себя после общего наркоза? Это очень важный вопрос, ведь чтобы прийти в сознание, нужно его иметь.

«Растения и деревья, без сомнения, могут испытывать боль, — говорит Балушка. — Любой живой организм нуждается в этом, чтобы соответствующим образом реагировать на происходящее». Доказательство тому, объясняет он, можно наблюдать на молекулярном уровне.

Растения, как и животные, выделяют вещества, подавляющие боль. Если бы они не испытывали ее, какая в этом была бы необходимость?

Балушка сделал и несколько других открытий. В Южной Америке произрастает лоза, чьи листья приобретают форму листьев растения-хозяина, которое она обвивает. Логично было бы предположить, что в основе такого поведения лежит химическая активность: лоза выявляет душистые вещества дерева и реагирует, видоизменяя свои листья генетически предопределенным способом.

Одному из исследователей пришло в голову поселить лозу на искусственном растении с пластиковыми листьями. В результате она сымитировала форму искусственных листьев так же, как настоящих.

Балушка считает это доказательством того, что лоза способна видеть, ведь в этом случае растение-хозяин не выделяло химических веществ и не посылало электрических сигналов. По мнению Балушки, видеть могут все растения.

О том, что деревья умеют отличать свет от темноты, было известно и прежде. Мы также знали, что буки могут измерять продолжительность дня, используя для этого световые рецепторы, которые дают сигнал к пробуждению. Но это всё же далеко от зрения в значении распознавания форм и цветов.

Здесь Балушка ссылается на исследования кутикулы — слоя ткани на поверхности растений. У большинства из них этот слой полностью прозрачен. Если всё, что делают растения — это улавливают солнечный свет для производства глюкозы, на их поверхности (куда попадает больше всего света) должны размещаться необходимые для фотосинтеза органы — хлоропласты. Известно, что чем дальше от поверхности, тем меньше поглощается света.

И тем не менее кутикула прозрачна. Более того, у некоторых растений она имеет вид линзы, то есть фокусирует свет — подобно тому, как это делает роговица глаза. Если фотосинтез — единственная задача листьев, намного разумнее было бы просто пропускать лучи, а не собирать их. Фокусирование не увеличивает количество света, попадающего на лист.

Листья, играющие роль глаз? Эта идея кажется особенно странной, если учесть, что каждую осень деревья сбрасывают свои «глаза».

Однако шесть месяцев (в климатических условиях Европы) — довольно долгий срок для животного мира. Мухи, например, пользуются глазами около месяца — примерно столько длится их жизнь. А поденки, чьи имаго живут около одного дня, пользуются зрением меньше 24 часов.

Еще один интересный факт, связанный с деревьями: после того как листья сформировались, клетки в них не обновляются в течение всего сезона созревания, то есть довольно долго. Для сравнения, клетки роговицы человеческого глаза полностью заменяются каждые 7 дней.

Читайте также

Казалось бы, такие открытия, как боль и зрение у растений, должны потрясти научное сообщество. Однако реакция была сдержанной. Балушка — чуть ли не единственный, кто серьезно занимается данной темой. А значит, эта отрасль науки может вскоре снова исчезнуть, как это уже один раз произошло во времена Дарвина.

Дарвин предположил, что кончики корней выполняют функции, аналогичные функциям мозга у простых животных. Пропасть между этими двумя царствами могла быть преодолена еще тогда, но исследования приостановились на сто лет. В 1973 году вышла книга Питера Томпкинса и Кристофера Берда «Тайная жизнь растений». Она была основана на невоспроизводимых экспериментах и нанесла отрасли удар, от которого та не оправилась до сих пор.

Есть и еще одна проблема, объясняет Балушка. Все исследования нервной системы, мозга и таких явлений, как боль, изначально проводились на людях. Поэтому необходимые термины уже заняты. Было бы некорректно переносить эти понятия на растения, в которых наблюдаются схожие процессы. Нейробиология оказалась зарезервирована для животных.

Читайте так же:
Где расположена старая Зеландия?

Достижение равенства между разными формами жизни требует дальновидности и научной ясности. Дарвиновская идея о «выживании сильнейших» не подразумевает, что все формы жизни воюют друг с другом и сильнейший одерживает верх. Речь идет скорее о способности адаптироваться к определенной среде и успешно размножаться. Это значит, что виды, делающие ставку на объединение, также могут преуспеть.

Пример деревьев, волков и особенно людей показывает, насколько успешными бывают сообщества. Поэтому более корректно говорить о «выживании наиболее приспособленных», а не самых сильных и агрессивных видов.

Более того, ранние виды были не примитивными и недоразвитыми, а хорошо приспособленными к условиям своего времени. Природа изменчива, континенты движутся, климат меняется, поэтому задача эволюции — не улучшение организмов, а обживание в новой конфигурации окружающей среды.

Согласно устаревшему представлению о развитии форм жизни, живые существа постоянно совершенствовались до тех пор, пока наконец не появился человек, стоящий на вершине творения. Лесничие считают себя своего рода посредниками: они убеждены, что деревья, принадлежащие не только к разным, но и к одному виду, соперничают между собой за свет, воду и питательные вещества. Считается даже, что естественные леса не уцелели бы без помощи лесничих.

Тем не менее деревьям более 300 миллионов лет, современным людям — 300 тысяч, а лесничеству — всего 300. Большую часть своей истории деревья прекрасно справлялись без посредников — отчасти из-за того, что вовсе не соперничали друг с другом.

Прискорбно, что последние сто лет мы рассматривали природу как зону боевых действий между разными видами. По мнению философа Эмануэле Коччи, который недавно написал книгу о растениях под названием «Корни мира», природа — это не зона боевых действий. Напротив, в ней царит солидарность.

Чувства растений— что и как они видят

Это перевод глав из книги Даниеля Шамовица «What a plant knows», который поможет нам лучше понять растения. «Получается, что рядом с нами, у нас под носом, существует мир, до которого не додумался ни один, даже самый изобретательный

Чувства растений— что и как они видят

Это перевод глав из книги Даниеля Шамовица «What a plant knows», который поможет нам лучше понять растения.

«Получается, что рядом с нами, у нас под носом, существует мир, до которого не додумался ни один, даже самый изобретательный писатель-фантаст. Мир бессмертных существ, которые двигаются без мышц, «едят» солнечный свет, думают не мозгом, «нервничают» без нервной системы, да ещё и все тело у которых разного возраста«.

Цимбал В.А. Растения. Параллельный мир

Только представьте: растения могут видеть вас! Растения могут увидеть, когда вы приближаетесь к ним, они знают, когда вы стоите над ними. Они даже знают носите ли вы синюю или красную рубашку. Они знают цвета вашего дома или понимают, что их горшок перенести из одного места комнаты в другой. Конечно, они видят не так как мы. Растения не отличат лысого мужчину средних лет в очках от девочки с каштановыми кудрями. Но они видят свет во многом разнообразнее, чем мы. Растения видят ультрафиолетовый свет, который дает нам загар, и инфракрасный свет, который мы чувствуем как тепло. Растения знают об освещенности вокруг — то ли это свет от свечи или полуденное солнце. Растения знают где находится источник света — слева, справа или сверху. Они понимают, что другое растение, выросшее выше, загородило им свет. Можно ли считать это «зрением»?

Словарь Merriam-Webster определяет «зрение» как «физическое чувство, при котором световые раздражители, полученные рецепторами глаза, интерпретируются мозгом и формируются в представление о положении, форме, яркости и цвете объектов в пространстве». Мы видим свет так называемого «видимого спектра». Свет является понятным синонимом электромагнитных волн видимого спектра. Т.е. свет обладает свойствами, общими для других типов электрических сигналов, таких как микро- и радио-волны. Радиоволны для радио AM очень длинные, почти полмили в длину. Тогда как рентгеновские волны очень короткие, в триллион раз меньше радиоволн, и именно поэтому они так легко проходят сквозь наше тело. Световые волны где-то посередине: между 0,0000004 и 0,0000007 м. Синий свет является самым коротким, в то время как красный является самым длинным, зеленый, желтый и оранжевый расположены посередине (вспомните радугу). Мы видим эти электромагнитные волны потому, что наши глаза имеют специальные белки, называемые фоторецепторы, которые знают как воспринимать эту энергию, поглотить ее, похожим образом антенна ловит радио-волны. Сетчатка нашего глаза покрыта рядами этих рецепторов, подобно рядам светоизлучающих диодов (LED) плоских телевизоров или сенсоров в цифровых камерах. Каждая точка сетчатки имеет фоторецепторы палочки, которые чувствительны к свету, и колбочки, которые реагируют на цвет. Сетчатка глаза человека содержит около 125 млн палочек и 6 млн колбочек на области, сходной по размеру с фотографией на паспорт. Это эквивалентно цифровой фотокамере с разрешением 130 мегапикселей. Такое огромное количество фоторецепторов на такой небольшой площади дает нам высокую четкость изображения. Палочки, чувствительные к свету, позволяют нам видеть ночью в условиях низкой освещенности. Колбочки позволяют нам видеть разные цвета при ярком свете, также они бывают трех видов, различающиеся по воспринимаемому свету — красному, зеленому и синему. Основное различие между этими фоторецепторами — химические вещества, содержащиеся в них. Эти вещества называются родопсины (в палочках) и фотопсины (в колбочках) имеют определенную структуру, позволяющую им поглощать свет с различными длинами волн. Синий свет поглощается родопсином и синим фотопсином, красный — родопсином и красным фотопсином. Фиолетовый свет поглощается родопсином, синим фотопсином, красным фотопсином, но не зеленым и т.д. Как только палочки или колбочки поглощают свет, они посылают сигнал в мозг, который обрабатывает все сигналы от миллионов фоторецепторов в одну цельную картину. Что же тогда происходит у растений?

Читайте так же:
Почему радуга имеет форму дуги? Причины, фото и видео

Дарвин-ботаник

Не все знают, что Дарвин, помимо работ по эволюции животных, также провел ряд опытов, которые и по сей день влияют на исследования растений. Дарвин был очарован эффектом, который производит свет на рост растений, как и его сын Френсис. В своей последней книге «Сила движения у растений» Дарвин писал «Существует крайне мало растений, которые… не наклоняются в сторону света». Мы и сами можем увидеть, как это происходит у комнатных растений или лука, которые поворачиваются в сторону лучей солнца из окна. Такое поведение называется фототропизм. В 1864 г современник Дарвина — Юлиус фон Сакс — обнаружил, что синий свет является основным светом, который вызывает фототропизм у растений, в то время как к остальным цветам растения, как правило, слепы и не наклоняются или поворачиваются в их сторону. Но никто не знал в то время как и чем растения видят свет.

В очень простом эксперименте Дарвин и его сын показали, что эти движения были обусловлены не фотосинтезом, процессом, посредством которого растения превращают свет в энергию, а скорее благодаря врожденной чувствительности двигаться к свету. В своем эксперименте Дарвин посадил в горшок канареечник и поместил его в совершенно темную комнату на несколько дней. Затем они зажгли очень маленький газовый фонарь в 3,5 метрах от горшка настолько тускло, что они «не могли видеть сами растения или карандашную линию на бумаге». Уже через 3 часа растения были изогнуты по направлению к источнику света. Изгиб всегда находился в одной и той же части молодого растения — около 2 см ниже верхушки. Это натолкнуло их на мысль о том, какая часть растения видит свет. Они предположили, что «глаза» растения располагались на кончике растения, а не на той части, которая изгибается. Они провели опыты с фототропизмом у пяти различных саженцев:

Чувства растений— что и как они видят

  1. Первый саженец был нетронутый и показывает как проявляется фототропизм.
  2. У второго растения отрезали верхний кончик.
  3. Третьему кончик накрыли светонепроницаемой крышкой.
  4. Четвертый накрыли прозрачным колпачком.
  5. У пятого среднюю часть закрыли светонепроницаемой трубкой.

Они провели с этими саженцами эксперимент. Первый саженец, контрольный, согнулся по направлению к источнику света. Также повел себя и саженец, у которого закрыли среднюю часть светонепроницаемой трубкой. Но если удалить верхушку побега или закрыть его светонепроницаемым наконечником, растения «слепли» и не наклонялись к свету. Если же накрыть кончик прозрачным колпачком — растение к свету все-таки наклонялось. В этом простом эксперименте, опубликованном в 1880 г, Дарвины доказали, что фототропизм является результатом ощущения света, попадающего на верхушку побега, которая видит свет и передает информацию в среднюю часть, сообщая ей, что необходимо согнуться в этом направлении. Так Дарвин успешно продемонстрировал рудиментарное зрение у растений.

Мерилендский мамонт: табак, который продолжал расти

Чувства растений— что и как они видят

Несколько десятилетий спустя, в долине южного Мериленда возникло интересное явление у табака. В этих долинах располагались несколько самых больших табачных ферм Америки с тех времен, как первых поселенцы прибыли из Европы в конце XVII века. Табачные фермеры, учась у местных племен (таких как Саскуэханноки), выращивающих табак на протяжении веков, сажали его весной и собирали урожай в конце лета. Некоторые растения оставляли для производства семян для следующего сезона. В 1906 г фермеры стали замечать новый вариант табака, который, казалось, никогда не перестает расти. Он мог достигать 4 м в длину, производя почти сотню листьев, и переставал расти, когда приходили морозы. Кажется, что такие постоянно растущие растения были бы благом для табачных фермеров. Но, как это часто бывает, новый сорт, названный Мерилендский мамонт, был похож на двуликого римского бога Януса. С одной стороны он никогда не переставал расти, а с другой эти растения редко цвели, из-за чего фермеры не могли собрать семена для следующего сезона.

В 1918 г Вигтман В. Гарнер и Гарри А. Аллард — ученые из Министерства сельского хозяйства США, решили определить, почему мерилендский мамонт не понимал, когда нужно прекратить расти и начать цвести и давать семена. Они посадили этот табак в горшки и оставили некоторые растения в поле. Другая группа растений находилась на улице днем, а на ночь их ежедневно переносили в темный сарай. Простое ограничение количества света было достаточным, чтобы вызвать у мерилендского мамонта остановку роста и начало цветения. Другими словами, если этот табак попадал в условия длинных летних дней, то продолжал расти, но если искусственно создавать ему условия короткого дня — то начинал цвести.

Это явление — фотопериодизм — дал нам первые свидетельства того, что растения могут «измерить», сколько света они получают. Другие многолетние эксперименты показали, что многие растения, как эти мамонты, цветут только тогда, когда световой день короткий, они называются «растения короткого дня». К ним, например, относятся хризантемы и соя. Другие же растения нуждаются для цветения в длинном световом дне, как, например, ирисы и ячмень — они считаются растениями длинного дня. Это открытие позволило фермерам управлять цветением с помощью изменения времени, за которое растение получало свет.

Читайте так же:
Интересные факты о Греции и греках

Чувства растений— что и как они видят

Что происходит в короткий световой день?

Концепция фотопериодизма вызвало волну активности среди ученых, которые поставили новые вопросы: Измеряют ли растения длину дня или ночи? И какой цвет света они видят?

Во время Второй Мировой войны ученые обнаружили, что они могут влиять на цветение растений просто включая свет посреди ночи. Они могли взять растение короткого дня, например, сою, и не дать ей зацвести в короткие световые дни лишь включая свет на несколько минут среди ночи. С другой стороны ученые могут заставить цвести растение длинного дня, как ирис, даже в середине зимы (когда день короткий и в норме эти растения не цветут), включая свет ночью. Эти эксперименты показали, что растения измеряют не длину дня, а продолжительность периода темноты.

Используя эти знания, фермеры могут предохранять хризантемы от цветения до Дня Матери (второй субботы мая), чтобы получить максимальную прибыль. Так, выращивая хризантемы в теплицах, они включают свет посреди ночи осенью и зимой, и прекращают это делать за две недели до праздника. Тогда… бум… все растения начинают сразу цвести.

Чувства растений— что и как они видят

Другим ученым стало интересно, на свет какого цвета ориентируются растения? То, что они обнаружили, было удивительно: растения, без разницы какие, отвечали только на вспышку красного света ночью. Голубые, зеленые вспышки не влияли на цветение растений, но лишь несколько секунд красного — и чудо! Таким образом, можно сказать, что растения различают цвета: они используют синий цвет, чтобы знать в каком направлении склониться и красный для измерения длины ночи.

Затем, в начале 1950-х, Гарри Босвик (Harry Borthwick) с коллегами их лаборатории Министерства сельского хозяйства США (там, где мерилендский мамонт был впервые изучен) сделали еще одно удивительное открытие: дальний красный свет — т.е. красный свет с немного более длинной длиной волны (чем у ярко-красного) и еле заметный в сумерках, — может отменить действие красного света на растения. Т.е. если вы берете ирисы, которые обычно не цветут при длинных ночах, делаете им вспышку красного света в середине ночи, они зацветут. Но если вы посветите дальним красным светом на них сразу после вспышки ярко-красного — они не зацветут. Если затем опять посветить ярко-красным — цветение будет. И так далее. Для этого не нужно много света, хватает буквально несколько секунд. Это как выключатель: ярко-красный активирует цветение, а дальний красный — выключает его. Если переключать свет быстро — ничего не произойдет. В итоге растения запоминают последний свет, который они увидели.

Уоррен Л. Батлер с коллегами показали, что одни фоторецептор у растений воспринимает оба красных света. Они назвали его «фитохром». В упрощенном виде фитохром и есть этот выключатель. Ярко-красный свет активирует фитохром, а дальний — инактивирует. Экологически это имеет большое значение. В природе последний свет, видимый любым растением — красный, что дает растению команду «выключение». Утром они также видят красный свет и просыпаются. Таким образом растение измеряет, как давно оно в последний раз видело красный свет, и регулирует свой рост соответственно.

Какая же именно часть растения видит красный свет для регулирования цветения? Из исследований фототропизма Дарвина мы знаем, что «глаза» растений располагаются на его кончике, в то время как ответ на свет происходит в стебле. Можно было бы предположить, что «глаза» для фотопериодизма находятся там же. Однако, это не так. Если освещать разные части растения ночью красным светом, вы обнаружите, что достаточно осветить всего один любой лист для регулирования цветения всего растения. С другой стороны, если обрезать все листья растения, оставив только стебель и верхушку, растение «ослепнет», даже если осветить его полностью. Таким образом, фитохром, расположенный в листьях, получает световые сигналы и инициирует мобильный сигнал, который распространяется по всему растению и провоцирует цветение.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Что «чувствуют» растения

Новость

На вопрос, могут ли растения чувствовать боль, наука долгое время отвечала решительным «нет». Однако в последнее время накопились новые интересные факты, способные расширить наши представления о чувствительности и ответных реакциях растений на различные раздражители.

Автор
Редакторы
  • Биология
  • Биомолекулы
  • Гормоны растений
  • Ионные каналы
  • Рецепторы

В одном из сентябрьских номеров Science вышла статья, в которой рассказывалось об открытии защитной системы растений, имеющей много общего (неожиданно!) с нервной системой животных. Оказалось, что Arabidopsis thaliana может передавать кальциевые сигналы к своим отдаленным органам с весьма большой скоростью, используя рецепторы к глутамату в качестве сенсоров повреждения. В ответ на эти сигналы растение усиливает синтез различных защитных веществ, которые предотвращают его дальнейшее поедание травоядными животными. Наша статья посвящена деталям этого открытия.

Введение

В одном из недавних дайджестов SciNat [1] мы вскользь упомянули о том, что ученые обнаружили у растения Arabidopsis thaliana (русское название — резуховидка Таля) дальнодействующую и относительно высокоскоростную систему кальциевой сигнализации, которая активируется в ответ на механическое повреждение за счет особых растительных глутаматных рецепторов (glutamate-like receptors, GLR) [2], [3]. GLR синтезируются повсеместно у разных групп растений — от мхов до покрытосеменных — и принимают участие во множестве процессов: они могут играть важную роль в размножении, защите от патогенов, росте корней, регуляции степени открытия устьиц и трансдукции светового сигнала [4–7]. Необычность этой находки состоит в том, что глутамат также является распространённым возбуждающим нейротрансмиттером у позвоночных животных [4]. Кроме того, глутаматные рецепторы в большом количестве присутствуют на поверхности иммунокомпетентных клеток млекопитающих, для которых глутамат является важным иммуномодулятором [8]. Несмотря на то что растения и животные далеко отстоят друг от друга в эволюционном смысле, наличие у обеих групп системы межклеточной коммуникации на основе рецепторов к глутамату свидетельствует в пользу универсальности и эволюционной древности такой системы.

Читайте так же:
Лимон улучшает работу печени — выкладываем по пунктам

Роль глутамата в нервной системе млекопитающих подробно описана в нашей статье: «Очень нервное возбуждение» [9].

Стоит отметить, что участие GLRs в неспецифических защитных реакциях растений уже было ранее показано для Arabidopsis thaliana. Например, в статье 2014 года авторы предложили модель, где глутаматные рецепторы играют роль аминокислотных сенсоров при повреждении [10]. Однако каким именно образом GLRs и последующее повышение уровня внутриклеточного Ca 2+ активируют системную защиту растения, известно не было.

Что чувствуют растения?

Давайте же разберемся, что необычного удалось обнаружить авторам вышеупомянутой статьи в Science. Открытие было сделано случайным образом. Американо-японская группа ученых изучала влияние гравитации на классическое лабораторное растение Arabidopsis thaliana. Это растение является удобным модельным организмом в биологических исследованиях благодаря относительно короткому циклу развития и маленькому размеру (рис. 1). Ученые предположили, что кальциевая сигнализация может играть роль в гравитропизме — направленном росте органов растения относительно вектора гравитации . Для визуализации таких сигналов исследователи использовали специальный флуоресцентный белок-репортер, позволяющий «увидеть» повышение уровня ионов кальция в цитозоле клеток с помощью флуоресцентного микроскопа [11].

Механизмы влияния гравитации на Arabidopsis thaliana подробно описаны в нашей статье: «Растения в космосе: инструкция по применению» [12].

Культура Arabidopsis thaliana

Рисунок 1. Культура Arabidopsis thaliana, выращенная в чашке Петри на среде из агара

В ходе экспериментов растения порой получали механические повреждения и отвечали на них быстрым повышением уровня кальция в цитозоле клеток. Этот эффект заинтересовал исследователей, и они стали умышленно «натравливать» на Arabidopsis гусениц и кромсать его листья ножницами (относитесь с осторожностью к ученому, который проявляет к вам интерес 🙂 ). На повреждения обоих типов растение отвечало «кальциевыми сигналами», которые быстро распространялись от места ранения и достигали отдаленных листьев в течение двух минут, что хорошо видно на ускоренной записи данного эксперимента (видео 1 и 2). Скорость сигнала составляла

1 мм/с, что гораздо быстрее, чем можно объяснить простой диффузией. Тот факт, что Arabidopsis одинаково реагировал и на поедание гусеницей, и на повреждение ножницами, говорит нам о том, что для активации описанной сигнальной системы не требуются специальные химические вещества, выделяемые травоядными животными при поедании различных частей растения (рис. 2).

Видео 1. В ответ на поедание гусеницами и порезы у Arabidopsis thaliana ученые детектировали «кальциевые сигналы» в месте ранения, которые в течение 1–2 минут распространялись ко всем отдаленным частям побега

Видео 2. Поедание гусеницей стимулирует выработку кальциевых сигналов, распространяющихся преимущественно через проводящую систему Arabidopsis thaliana

Механическое повреждение листа инициирует распространение кальциевых сигналов

Рисунок 2. Механическое повреждение листа Arabidopsis thaliana инициирует дальнодействующее распространение кальциевых сигналов. а — Поедание гусеницей (пунктирная линия — гусеница; белая стрелка — место повреждения) сначала приводило к локальному увеличению внутриклеточного Ca 2+ (красная стрелка), затем сигнал распространялся на отдаленные и преимущественно более молодые листья (желтые стрелки) (видео 2). б — Отрезание листа (L1, белая стрелка, 0 с) вызывало локальное увеличение уровня Ca 2+ (красная стрелка) с последующим распространением сигнала на отдаленные листья (желтые стрелки), например лист 6 (L6).

Также было показано — кальциевый ответ индуцируется исключительно глутаматом, а значит, решающую роль в этом процессе играют глутаматные рецепторы. GLRs относятся к семейству катион-проницаемых неселективных ионных каналов и, как мы упоминали выше, играют важную роль в жизни растения: они могут принимать участие в поглощении питательных веществ, передаче сигналов и транспорте различных соединений [13]. Глутаматные рецепторы растений весьма разнообразны и отличаются широкой лигандной специфичностью. В геноме Arabidopsis thaliana обнаружено 20 генов GLRs, которые можно сгруппировать в три клады. Ранее удалось узнать, что члены третьей клады данного семейства генов кодируют важные компоненты защитной системы растений, поэтому ученые изучали именно их [10]. Авторы показали, что изучаемый тип сигнализации отсутствует у растений с мутациями в двух генах глутаматных рецепторов — glr3.3 и glr3.6. Что интересно, эти рецепторы имеют высокое сходство последовательностей генов и белковых структур с ионотропными глутаматными рецепторами млекопитающих (iGLR), которые играют решающую роль в обучении и формировании памяти [8].

Возникает логичный вопрос: посредством чего в растениях передаются эти дальнодействующие сигналы? Ученые предположили, что действие глутамата сродни гуморальной регуляции и отличается от роли этой аминокислоты в качестве нейротрансмиттера у млекопитающих. Это подтверждается экспериментальными наблюдениями: флуоресцентный репортер, позволяющий «увидеть» повышение уровня кальция, обнаруживается в значительных количествах именно в проводящей системе — в клетках флоэмы, где, кстати, синтезируются различные молекулы раневой сигнализации (рис. 2) [3]. Также ученые использовали флуоресцентный глутамат-репортер и показали, что уровень этой аминокислоты поначалу увеличивается в месте ранения, а со временем распространяется на весь лист (рис. 3).

Читайте так же:
Почему полярное сияние такое разноцветное?

Повреждение приводит к высвобождению глутамата в апопласт

Рисунок 3. Повреждение приводит к высвобождению глутамата в апопласт [Glu]apo сначала у места ранения (спустя 6 секунд после ранения), а затем и по всему листу (спустя 300 секунд). Активация GLRs, в свою очередь, вызывает изменения уровня Ca 2+ в цитозоле и, как следствие, инициирует системный защитный ответ у всего растения.

Основываясь на полученных результатах, ученые предложили следующую гипотезу активации системной защиты у Arabidopsis thaliana: механические повреждения, которые наносятся травоядными животными, приводят к локальному высвобождению в месте ранения глутамата из цитоплазмы клеток в апопласт. Молекулы этой аминокислоты транспортируются на большие расстояния по апопласту, достигая проводящей системы растений, где они активируют ионные каналы GLR3 в плазматической мембране клеток. В свою очередь, это приводит к увеличению притока ионов кальция в клетки флоэмы и быстрому распространению сигнала к листьям, удаленным от места ранения. Не менее важно то, что активация глутаматных рецепторов третьего типа приводит к увеличению биосинтеза защитных веществ в растении, таких как жасмонаты. Жасмонаты запускают синтез антимикробных и инсектицидных соединений, а также белков, блокирующих пищеварительные ферменты, благодаря чему повышается устойчивость растения к поеданию травоядными животными .

Роль жасмонатов в защите растений подробно описана в нашей статье «Жасмонаты: “слёзы феникса” из растений» [14].

Заключение

Отсутствие нервной системы у растений — широко известный факт. Однако, по-видимому, растения всё же обладают системой, позволяющей им относительно быстро реагировать на внешние угрозы и раздражители путем активации комплексной системы защиты. Примечательно, что сигнальная система растений, необходимая для защиты от травоядных животных, основана на той же «химии», что и нервная система животных. Чтобы понять, достаточна ли скорость распространения кальциевого сигнала для быстрого реагирования растения на внешние раздражители, необходимо продолжать изучение этой системы.

masterok

Была у нас с вами как то на обсуждении странная для меня тема про Септонное поле Животного начала и вот информация практически в продолжение ее.

Утверждения о том, что музыка помогает саженцам расти, мы слышим уже давно, несмотря на то, что достоверных доказательств так и не было представлено. Тем не менее, новые исследования показывают, что некоторые растения способны воспринимать такие звуки, как журчание воды или жужжание насекомых.

В недавнем исследовании Моника Гаглиано, биолог-эволюционист из Университета Западной Австралии, и ее коллеги проращивали семена гороха в горшках в форме перевернутой буквы Y. Один рукав каждого горшка помещался либо в поддон с водой, либо в нем помещали свернутую в кольцо пластиковую трубку, через которую текла вода; в другом рукаве была только почва. Корни вырастали в сторону рукава с жидкостью, независимо от того, легко ли она была доступна или скрыта внутри трубки. «Они просто знали, что вода была там, даже если единственное, что можно было определить, это звук, текущей внутри трубки воды», — говорит Гаглиано. Однако, когда семенам надо было выбрать между трубкой с водой и увлажненной почвой, их корни направлялись к последней. Гаглиано выдвигает гипотезу, что эти растения используют звуковые волны для обнаружения воды на расстоянии, но ощутив перепады влажности, стремятся прямо к воде, когда она ближе.

Исследование, опубликованное ранее в этом году в Oecologia, не первое исследование, выдвигающее гипотезу, что растения могут обнаружить и проанализировать такую информацию. Исследование 2014 года показало, что растение арабидопсис (родственник капусты) может различать звуки, издаваемые гусеницей при жевании, и шелест ветра — растение вырабатывало больше химических токсинов после того, как оно «слышало» звуки поедающих листья насекомых. «Мы, как правило, недооцениваем растения, потому что их реакция на те же звуки почти не заметна для нас. Но листья оказывается чрезвычайно чувствительны к различным колебаниям», — говорит ведущий автор исследования Хайди Аппель, ученый-эколог из Университета Толедо.

Еще одним доказательством того, что растения могут слышать, служит такое явление как «опыление жужжанием», при котором пчела, жужжащая на определенной частоте, как было установлено, стимулирует высвобождение пыльцы. Другие эксперименты показали, что звуки могут приводить к гормональным изменениям в растениях, влиять на поглощение ими кислорода и изменять темпы их роста. Исследование, опубликованное в начале этого года, показало, что звуковые волны могут влиять даже на экспрессию генов у арабидопсиса, то есть запускают процесс, когда наследственная информация преобразуется в функциональный продукт (белок или РНК).

Майкл Шёнер, биолог из Университета Грайфсвальда в Германии, который не участвовал в новом исследовании, полагает, что растения могут иметь органы, которые способны воспринимать шумы. «Звуковые колебания, воспринимаемые с помощью механорецепторов, могут вызвать реакцию растения. Механорецепторами могут служить очень тонкие, ворсистые структуры, то есть все, что может работать как мембрана», — говорит он.

Возникает вопрос, влияет ли акустическое загрязнение на растения и животных. Как отмечает Моника Гаглиано: «Шум может блокировать информационные каналы между растениями, например, когда они должны предупредить друг друга о насекомых». Поэтому в следующий раз, когда вы включаете шумные приборы в вашем саду (например, газонокосилку), знайте, что растениям это может не понравится.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию