09.01.2019

Эти растения смогли удивить ученых

Растения чувствуют, учатся, передают сообщения и даже ведут биологическую войну. Они обеспечивают нас кислородом и кормят нас. Однако мы не способны это увидеть и понять, говорит итальянский нейробиолог растений Стефано Манкузо.

Античный философ Аристотель относил растения к классу примитивных существ. Поскольку они способны к размножению, этот мыслитель не мог ставить их в один ряд с неживыми предметами, однако не считал, что они представляют нечто особое.

Аристотель был дальтоником. Людям с этим недугом растения представляются безжизненными, и они не понимают их значимости.

Так утверждает Стефано Манкузо (Stefano Mancuso), который возглавляет международную лабораторию нейробиологии растений при Флорентийском университете.

Нейробиология растений?

Это еще что за наука! У растений же нет нервной системы! Да, у растений действительно нет мозга, глаз, ушей или легких. Это значит, что важные функции распределены по всему растению. Каждая его часть важна, но не является незаменимой. Травоядное может сжевать 95% надземной части растения и не убить его. Искалеченное растение пообижается и через некоторое время восстановится.

Недостатком растений считается то, что они привязаны к одному месту. Поэтому, поскольку растения не могут в случае опасности сбежать, им приходится чутко реагировать на окружающую среду. Они используют те же пять чувств, что и люди, и даже несколько таких, которых у нас нет, считает Манкузо.

Растения могут ощущать влажность, силу гравитации и электромагнитные поля.

В этом году на финском языке появилась книга Манкузо «Революция растений: как растения изобрели наше будущее», а в прошлом году — перевод его совместного труда с Алессандрой Виолой (Alessandra Viola) «О чем думают растения: тайная жизнь, скрытая от посторонних глаз».

Как следует из названий, в книгах рассматриваются необычные способности растений. Растения могут видеть, ощущать вкусы и запахи. Фитохромы, чувствительные к свету, больше всего представлены в листьях, а также в усиках, молодых побегах и даже древесине. Они реагируют на мощность света и длину световых волн. Они регулируют рост и цветение растения. Даже в подземной части растений есть светочувствительные клетки. С их помощью корни тянутся дальше во тьму.

Корни также могут чувствовать по вкусу, где находятся важные минеральные вещества. В этом направлении начинает расти большее количество корней. Растения могут почувствовать запах органических соединений. Скорее всего, аромат поступает через устьица в листьях. Что там происходит, пока неясно.

Существует теория, что в листьях могут быть транспортные белки, которые переносят молекулы аромата к клеткам, говорит профессор прикладной экологии Ярмо Холопайнен (Jarmo Holopainen) из Университета Восточной Финляндии. Транспортные белки также переносят молекулы запаха из клеток, которые их произвели, и это уже зафиксировано в исследовании. «Ну ты и мимоза», — говорят финны, если собеседник обиделся на ерунду. Это нежное растение сворачивает листья в ответ на прикосновения.

При помощи Мимозы стыдливой (Mimosa pudica) исследователям удалось доказать, что растения способны к обучению. Это обнаружил еще двести лет назад известный биолог Жан-Батист Ламарк (Jean-Baptiste Lamarck) в ходе необычного эксперимента. Он поручил своему молодому коллеге перевезти горшки с мимозой по мостовым Парижа. Сначала все растения закрыли свои листья в трясущейся повозке, но ненадолго. Они поняли, что тряска не была опасной.

В 2013 году Манкузо повторил вместе с коллегами современную версию эксперимента Ламарка. Группа поместила горшки с мимозой в специальные устройства, которые быстро опускали растения на десять сантиметров вниз. Примерно после восьмого «небольшого полета» растения прекратили сворачивать листья.

Когда позже горшки повернули в горизонтальное положение и потрясли, они вновь закрыли листья. Причина крылась не в усталости растений. Группа повторяла эксперимент через разные промежутки времени. Выяснилось, что мимоза способна помнить информацию больше 40 дней. А вы сами сможете вспомнить, что произошло с вами 40 дней назад? Как работает процесс запоминания, если у растений нет мозга — большая загадка.

А слух? Уж слуха у растений точно нет!

А вот и есть, считает Карло Чиньоцци (Carlo Cignozzi) из итальянской коммуны Монтальчино. Он давал виноградной лозе слушать произведения Моцарта в течение нескольких лет. Приятные мелодии ускорили рост лозы, виноград созревал быстрее, чем на лозе, которая находилась в полной тишине. Виноград был более сочным, ярким, и полифенолов было больше, чем в других образцах.

И это еще не все: музыка отпугивала насекомых, из-за чего средств для борьбы с ними требовалось меньше. Эффект был бы тем же, если бы из колонок грохотал тяжелый металл, утверждает Манкузо, лаборатория которого тоже принимала участие в эксперименте. Вероятно, растения воспринимали звуковые волны через вибрацию клеточных мембран. Корни тоже чувствовали вибрацию и росли по направлению к ней или от нее.

В лаборатории Манкузо также было зафиксировано, что корни могут издавать звуки. Исследователь считает, что похожие на щелчки звуки появляются, когда клетки растут, и стенки клеток, состоящие из целлюлозы, начинают трескаться. «Если корни могут распознавать и производить звук, могут ли они общаться? Может, под землей ведутся жаркие споры? Используют ли растения звуковые сигналы для определения, где находится вода?» — рассуждает Манкузо.

Неудивительно, что многие ботаники относятся к его исследованиям с недоверием. Однако группа смогла опубликовать свои статьи в ботанических изданиях — правда, не в таких ведущих научных журналах, как «Сайенс» (Science) и «Нейче» (Nature).

Долгое время считалось, что растения взаимодействуют разными способами. Отражающийся от цветов свет, а также их цвет и аромат привлекают опыляющих насекомых и птиц.

Растения также передают сообщения, используя различные соединения. Благодаря этому они даже могут вести биологическую войну. Они защищаются при помощи веществ, которые плохо пахнут, кажутся травоядным неприятными на вкус или даже оказываются смертельными.

Растение, которое стало объектом нападения насекомых, может позвать на помощь, выделяя так называемые информационные химические соединения. Эти испаряющиеся «сигнальные ракеты» привлекают врагов уничтожителей растения — например, хищных клещей, которые охотятся за овощными клещами, или божьих коровок, которые питаются тлей.

Те же вещества могут стать своеобразным «сигналом тревоги» и призвать соседние растения усилить свою химическую оборону.

Как же растения передают внутренние сигналы? Этот вопрос долгое время не давал покоя ботаникам. Недавно газета «Сайенс» (Science) представила свой вариант ответа.

Японец Масацугу Тойота (Masatsugu Toyota) вместе с коллегами модифицировал резуховидки, считающиеся модельным организмом для проведения экспериментов, таким образом, чтобы изменение уровня кальция было наглядным. Тойота заставил резуховидки производить белок, который флуоресцирует лишь в присутствии кальция.

Когда у резуховидки отсекали лист, повреждение начинало светиться. Вспышка распространялась волной, пока не достигала других листов. Скорость передачи сигнала у растений составляла миллиметр в секунду. Листья, получавшие сигналы об опасности, начинали вырабатывать защитные гормоны.

Исследователи заметили, что для работы сигналу нужна глутаминовая кислота. Механизм точно такой же, как у животных, попавших в опасность: глутаминовая кислота ускоряет передачу сообщений по нервам. У растений нет нервов, но, по мнению Холопайнена, их роль могут выполнять каналы, по которым поступает вода и полезные вещества.

Манкузо считает растения разумными, поскольку они могут находить решение проблем. Один вид оказался настоящим умником, поскольку он смог выработать поразительное решение для привычной растениям проблемы — нападения травоядных.

Бокила трехлистная (Boquila trifoliola) произрастает в умеренных лесах Чили и Аргентины и делает то, что обычно делает лиана: извивается на земле или поднимается вверх по растениям, стоящим рядом. Поразительно, что она всегда имитирует листья растения, которое растет рядом. Если поблизости находятся три различных растения, то Бокила трехлистная изменит форму, размер и цвет своих листов и даже расположение жилок, подражая разным растениям вокруг себя.

Эта лиана может имитировать по меньшей мере десять различных видов. Она даже может отрастить шип на листе, если у соседнего растения он есть. Она не может повторить только зубцы, пишут исследователи из Чили Эрнесто Джаноли (Ernesto Gianoli) и Фернандо Карраско-Урра в издании «Карент Байолоджи» (Current Biology).

Как же хамелеон растительного мира определяет, что ему нужно повторять? Возможно, какие-нибудь микроорганизмы при помощи определенных методов передают гены растения-образца подражателю. Или же лиана берет за образец летучие вещества, которые вырабатывает растение? Однако Бокила трехлистная копирует именно ближайшие по расположению растения, хотя и произрастает в настоящем облаке секреции разных видов растений.

Дальтонизм все еще является распространенной болезнью, хотя мы полностью зависим от растений. Растения составляют почти 99,5% биомассы, то есть всего живого. Растения замедляют процесс глобального потепления, забирая из воздуха углекислый газ. Они дают нам кислород, еду, лекарства, волокна, строительные материалы, энергию — и много света.

Если растения исчезнут с лица Земли, наш вид прекратит существовать в течение недели. Если человека не станет, все наши лучшие достижения вскоре порастут кипреем.

Арья Кивипелто (Arja Kivipelto)

Источники:

1. Иносми.ru