Международной группа ученых в ходе эксперимента выяснила, что растения используют сигнальные молекулы, аналогичные тем, что имеются в нервной системе животных. С помощью этих молекул листья растения могут передавать друг другу «сигналы бедствия», содержащие информацию об опасности. Наши зеленые друзья не обладают нервной системой, однако они определенно имеют нечто аналогичное. Выводы исследователей опубликовал журнал Science.
У животных раздраженные клетки нервной системы выпускают глутаминовую кислоту, которая создает электрохимический выброс ионов кальция, с помощью которого клетка удаляется от опасной области. В этом процессе участвуют нейромедиаторы — вещества, с помощью которых импульс передается от одного нейрону к другому. Исследователи из США и Японии выяснили, что у растений имеется очень похожая система.
Что интересно, авторы исследования пришли к данному открытию случайно, когда изучали влияние гравитации на изменение уровня содержания кальция у травянистого растения резуховидки (Arabidopsis). Один из ученых создал молекулярный сенсор — флуоресцентное вещество, чувствительное к содержанию кальция и позволяющее наблюдать за изменениями его уровня в растении в реальном времени. Чем выше уровень кальция, тем ярче оно светится. С помощью молекулярного сенсора ученые смогли увидеть, как изменяется уровень кальция в тканях растения в разных условиях.
«Мы знали, что у растений есть сигнальная система. Если повредить одну часть, она оповещает все остальные, чтобы те запустили защитные механизмы. Но мы не знали, что стоит за этой системой», — объясняет Саймон Гилрой, биолог из Висконсинского университета в Мадисоне.
Если оторвать или повредить один листок растения, об этом довольно быстро узнают стебель и другие листья. В ходе эксперимента ученые отрезали от резуховидки один листик и обнаружили, что содержание кальция стало сразу же изменяться — сформировался своего рода импульс, который распространялся от поврежденной части по всему растению. Свечение флуоресцентного сенсора резко стало ярче вблизи «раны», затем угасло и появилось уже немного дальше. Спустя некоторое время эта волна дошла до всех остальных листьев.
На видео ниже можно видеть, как от поврежденного участка растения передается подсвеченный сигнал. Скорость выброса составляет всего около миллиметра в секунду, что гораздо медленнее, чем у нервных клеток животных (120 метров в секунду). Тем не менее, этого вполне достаточно, чтобы остальные части растения успели запустить процесс производства защитных механизмов. Например, одни растения начинают производить больше химически вредных веществ, становясь несъедобными для насекомых, другие отпугивают своих обидчиков резким запахом.
Реакция растения на свое поедание гусеницей
Что именно повышает уровень содержания кальция в растении? Авторы исследования считают, что все дело в той же глутаминовой аминокислоте (глутамате), которая ранее также была обнаружена в растениях. Об этом также косвенно свидетельствуют выводы другого исследования, проводившегося в 2013 году. В них говорилось, что у растений, не имеющих глутаматных рецепторов не происходит электрической реакции на угрозу.
Глутамат запускает реакцию
Образовавшаяся рана приводит к выбросу глутамата. Он принимается рецепторами, которые повышают уровень содержания кальция, что в свою очередь приводит к запуску защитной системы, которая в свою очередь пытается уберечь растение от получения дальнейшего повреждения. И все это происходит без нейронов. Похоже, что наши зеленые друзья гораздо сложнее и динамичнее, чем могут показаться на первый взгляд.
Ученые добавляют, что продолжат более дательное изучение сигнальной системы у растений и, возможно, найдут способ ею управлять.
Обсудить открытие международной команды биологов можно в нашем Telegram-чате.
