исследования доказали что растения не только чувствуют опасность
О чем молчат растения: есть ли разум и чувства у цветов и деревьев
Разговаривали ли вы когда-нибудь с растениями? Вероятно, да — особенно если у вас есть комнатные цветы или вы заядлый огородник. Но есть ли от этого какая-то польза? Как растения воспринимают окружающий мир, «слышат» ли они звуки, реагируют ли на проявления заботы? Этот вопрос интересует людей очень давно — как минимум с середины XIX века.
В 1848 году немецкий психолог Густав Фехнер выдвинул теорию, согласно которой растения рассматривались как высокоразвитые, способные испытывать эмоции живые существа. По мнению Фехнера, если владелец растения разговаривал со своим цветком или деревом, ласково с ним обращался и уделял всяческое внимание, это положительно сказывалось на росте и развитии растения. Спустя несколько десятилетий, в начале ХХ века бенгальский ученый-энциклопедист сэр Джагадиш Чандра Бос сделал огромный вклад в биофизику, продемонстрировав, что информация о различных воздействиях передается в организме растений при помощи электрических сигналов — ранее считалось, что этот процесс имеет химическую природу. В ходе многочисленных экспериментов сэр Бос проводил измерения электрической активности растений и, помимо прочего, пришел к весьма спорным и схожим с мнением Фехнера выводам: растения могут ощущать боль, испытывать чувство привязанности, а перед гибелью по их организму проходят электрические спазмы.
Несмотря на сомнительные выводы о чувствительности растений, вклад сэра Боса не только в биофизику, но и в современную науку в целом общепризнан: его называют одним из «отцов» радио и микроволновой оптики.
Еще одним сторонником теории «разумных растений» был Клив Бакстер, сотрудник ЦРУ, который специализировался на допросах с применением полиграфа — детектора лжи. В феврале 1966 года Бакстер попытался измерить скорость, с которой вода поднимается от корней филодендрона — вечнозеленого многолетнего растения — к его листьям. Поскольку полиграф может измерять электрическое сопротивление ткани — а оно меняется при поливе растения, — Бакстер прикрепил датчики к листве. Сотрудник ЦРУ заявил, что детектор лжи показал картину, типичную для ситуации, когда человек подвергается короткой эмоциональной стимуляции. После этого Бакстер издевался над филодендронами как мог — поджигал листья, окунал их в горячий кофе и даже заставлял другого человека ломать одно растение «на глазах» у другого (стоит ли говорить, что потом филодендроны начинали «бояться» злодея). Экспериментатор заключил, что растения реагируют на эмоциональное состояние человека и его действия, страдают при виде гибели животных и других растений и даже могут считывать мысли и намерения людей. Звучит красиво, вот только другие ученые, пытавшиеся воспроизвести результаты опытов Бакстера, потерпели полную неудачу. Что же, в этой области такие штуки встречаются очень часто.
Как бы то ни было, исследования, направленные на изучение чувствительности растений и их реакции на внешние стимулы, продолжаются и даже находят отражение в государственной политике некоторых стран — например, лауреата Шнобелевской премии мира 2008 года. Награду получил швейцарский Федеральный этический комитет по вопросам биотехнологий, не касающихся человека, а также граждане Швейцарии с формулировкой «за принятие правового принципа о том, что растения обладают достоинством».
Достоинство в данном случае — юридический термин, обозначающий право на уважение, самоуважение и этичное обращение. В российском гражданском праве закреплено, что достоинство — одно из нематериальных благ, которые принадлежат нам от рождения, а за унижение достоинства и распространение порочащих его ложных сведений можно получить административное и уголовное наказания. Получается, что Швейцария признала за растениями такие же права на уважение и корректное обращение, которыми обладают люди? Давайте разберемся, что это означало.
Изучение проблемы «личности» растений Швейцария начала в 2004 году при помощи ботаников и биологов из университетов Базеля, Невшателя, Цюриха, Мюнстера и других городов. Затем, после ознакомления с их докладами и заключениями, члены Федерального этического комитета по биотехнологиям сформулировали свое мнение по семи пунктам повестки.
Но есть ли реальные научные основания считать новые этические нормы обоснованными? Давайте посмотрим, что думают по этому поводу специалисты.
А они доказали, например, что растения способны реагировать на звуки. Но не спешите включать фикусу симфонии Бетховена — он не станет быстрее расти. Зато звуки, производимые вредным насекомым, могут заставить цветок защищаться. В 2014 году ученые подвергали резуховидку Таля (небольшое цветковое растение семейства капустных) воздействию звуковых волн, производимых насекомыми-вредителями — личинками бабочки-репницы. В ответ резуховидка начинала вырабатывать вещества (глюкозинолаты и антоцианин), которые делали листья несъедобными для личинок. При этом растение спокойно отнеслось к звуковым волнам, вызванным ветром или стрекотом других насекомых. Ученые пришли к выводу, что резуховидка способна различать звуки, от наличия или отсутствия которых зависит ее выживание, и соответственно на них реагировать.
В 2019 году выяснилось, что растения могут не просто чувствовать опасность, но и предупреждать о ней соседей, обмениваясь сообщениями с помощью химических веществ — летучих органических соединений. Ученые работали с Solidago altissima — золотарником, многолетним травянистым растением. Оказалось, что, когда он подвергается нападению жука-листоеда, его листья издают особый запах. Соседние растения реагируют на предупредительные сигналы и готовятся к появлению насекомых-вредителей.
В 2018 же году стало известно еще об одном способе общения растений — статья в журнале Science наделала много шума. В ней сообщалось: листья растения могут передавать друг другу «сигналы бедствия» с помощью системы химических сигналов, очень похожей на систему нейромедиаторов у животных — если оторвать или повредить один листок растения, об этом довольно быстро «узнают» стебель и другие листья. При этом вещество, которым передают сигналы растения, использует в качестве нейромедиатора и организм человека — это всем известный глутамат.
Японские и американские ученые пришли к этому открытию случайно, а героем их исследования была уже знакомая нам резуховидка. Специалисты создали специальный сенсор — флуоресцентное вещество, чувствительное к содержанию кальция (чем больше в тканях кальция, тем ярче оно светится). Когда от резуховидки отрезали один листик, содержание кальция сразу же стало меняться: сформировался своего рода импульс, который распространялся от поврежденной части по всему растению. Свечение стало очень ярким вблизи «раны», затем угасло, появилось уже немного дальше, и постепенно волна дошла до всех листьев.
В 2012 году новозеландская река Уонгануи получила статус лица, обладающего юридическими правами и обязанностями. Чтобы река могла пользоваться этой привилегией, ей назначили двух опекунов — одного от государства, а второго от местного народа маори.
Но, несмотря на всю важность этих наблюдений, говорить о «нервной системе» растений пока рано: все же у них нет ни нейронов, ни мозга, ни других органов, благодаря которым мы обладаем сознанием. Однако переоценивать способности растений все же склонны даже сами ученые — так, Моника Гальяно, старший научный сотрудник Университета Сиднея, довольно давно ставит эксперименты на горохе. В январе 2020 года она заявила, что обнаружила у растений признаки наличия памяти. Исследовательница выращивала горох в Y-образном лабиринте, в одной из частей которого находился источник света — разумеется, горох рос именно в том направлении. Затем Гальяно расположила позади лампы вентилятор — теперь свет сопровождался легким потоком воздуха. На заключительном этапе эксперимента освещение убрали, а вентилятор оставили, и растения продолжали тянуться в его сторону.
По мнению ученого, это может означать, что «растения могут заучивать и запоминать информацию так же, как животные. Если это так, то существует вероятность, что растения обладают сознанием». Заявление спровоцировало мощную волну критики со стороны коллег по цеху — так, ботаник Линкольн Таиз из Калифорнийского университета, во-первых, посчитал представленные Гальяно данные неполными и неубедительными, а во-вторых, обратил внимание специалистов на то, что у растений попросту нет необходимого для сознания «аппаратного обеспечения» — мозга или нервных клеток. Таиз находит, что Гальяно «очеловечивает» своих подопытных и приписывает им несвойственные растениям качества и способности. Кроме того, среди нейробиологов нет единодушия и в вопросе о том, есть ли сознание у животных, если есть — то у каких, да и что такое сознание — тоже пока неясно.
Таиз не одинок в своем мнении. В 2019 году вышла статья, в которой он и его коллеги заявили: растения абсолютно точно не имеют сознания, а также раскритиковали специалистов, занимающихся нейробиологией растений. Так что споры на эту тему кипят даже внутри научного сообщества.
Главный вопрос сводится к тому, как мы определяем сознание. Обусловлено ли оно наличием мозга и нервной системы, или же способностями к обучению и восприятию, которые даются мозгом? Чтобы понять эволюцию познавательных способностей, сознания и интеллекта, нужно быть открытыми к идее, что ими могут обладать не только люди. Я очень рад наблюдать за дискуссиями и дебатами о не-человеческом сознании — сознании не только млекопитающих, но и рыб, беспозвоночных и растений. Но как бы то ни было, я согласен с Таизом и его коллегами. Сейчас нет данных, подтверждающих, что растения — это разумные существа. Параллели между физиологией растений и нейробиологией провести можно, но все-таки это не одно и то же.
Доказано наличие у растений громкого «крика боли»
Ученые Тель-Авивского университета в Израиле доказали наличие у растений табака и томата относительно громкого «крика боли» в ультразвуковом диапазоне, который они издают при стрессе. Результаты работы опубликованы в препринте статьи в репозитории bioRxiv.org.
Исследователи записали ультразвук на расстоянии 10 сантиметров от испытывающих стресс растений, находящихся в акустических камерах или теплицах. В случае недостатка влаги звуковое давление составило около 61-65 децибелов, а пиковая частота звуковых колебаний — 49 килогерц (томат) и 54 килогерц (табак). При подрезании стебля показатели оказались схожими: 63-65 децибелов и 57 килогерц (томат) и 57 килогерц (табак).
Ученые также обучили алгоритм, способный с 70-процентной точностью определить звуки, издаваемые в зависимости от вида растения и типа испытываемого стресса. Он также мог отличить ультразвук, испускаемый растениями, от электрического шума с 98-процентной точностью. Исследователям также удалось с помощью нейросети успешно отфильтровать «крик» растений, находящихся в теплице, от фоновых звуков.
Ученые полагают, что ультразвук генерируется при кавитации — образовании пузырьков в ксилеме, водопроводящей ткани. Таким образом растения способны сигнализировать о своем состоянии другим живым организмам. Например, некоторые виды мотыльков, откладывающие яйца на листья и побеги томатов и табака, могут избегать те растения, что испытывают стресс. Кроме того, если растения издают звуки в ответ на нашествие гусениц, то насекомоядные животные, улавливающие ультразвуковые сигналы, смогут сориентироваться и найти источник пищи.
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.
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.
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.
Чувствуют ли растения боль?
На минутку вспомните летний запах свежескошенной травы. Для многих людей этот запах говорит о том, что температура весьма приятная и что можно погулять/продолжить отдых/расслабиться/подышать. Для травы же этот запах сигнализирует совершенно о другом.
Запах свежескошенной травы на самом деле сигнализирует химически о бедственном положении. Он используется растениями как просьба близлежащим тварям спасти их от нападения (обычно насекомых, но в нашем случае — лезвия газонокосилки). В конце концов, когда наступает опасный момент, будь это оборудование для скоса травы или голодная гусеница, растения не могут достать свои корни и убежать. Они должны бороться за место, на котором находятся.
Очевидно, растения могут общаться. Но могут ли они чувствовать боль? Вегетарианцам будет совсем нелегко резать салат, зная, что у него могут быть чувства. Да и что им тогда есть вообще?
По мнению ученых Института прикладной физики Университета Бонна в Германии, растения испускают газы как эквивалент слезам боли. Используя лазерный микрофон, ученые уловили звуковые волны, которые издают растения, выпуская газ, когда их режут или ломают. Хотя человеческому уху эти звуки не слышны, секретный голос растений показал, что огурцы кричат, когда их режут, а цветы скулят, когда их листья обрывают.
Есть также свидетельства того, что растения могут слышать, когда кого-то из их сородичей едят. Ученые из Университета Миссири-Колумбии обнаружили, что растения понимают и реагируют на звуки гусениц, которые сидят на них и едят. Когда растения слышат такие звуки, они активируют защитный механизм.
Для некоторых ученых свидетельство таких сложных систем связи — производство шума с помощью газов в бедственном положении — говорит о том, что растения чувствуют боль. Другие утверждают, это не может быть болью, если нет мозга, регистрирующего чувства. Тем не менее все больше ученых допускают, что растения могут проявлять разумное поведение и не обладая мозгом или сознанием.
По мере роста растения могут изменять свои траектории, чтобы избежать препятствия и найти опору для своих побегов. Эта деятельность связана с комплексной биологической сетью, распределенной в корнях, листьях и стволах растений. Она помогает растениям распространяться, расти и выживать. Деревья в лесу, например, могут предупреждать своих близких об атаках насекомых.
Один ученый ввел в дерево радиоактивные изотопы углерода и увидел, что несколько дней углерод передавался от дерева к дереву, пока вся 30-метровая площадь леса не была соединена. Ученый узнал, что зрелые деревья «связались» в сеть, чтобы разделить питательные вещества в корневой системе и накормить ближайшую рассаду, пока она не станет достаточно высокой, чтобы получать свет и питание самостоятельно. (с)
Обновлено 21/12/14 14:47:
Дорогие Сплетницы! По просьбе Ellena, дополняю пост ее объявлением:
Что «чувствуют» растения
Что «чувствуют» растения
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
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.
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?
Механизмы влияния гравитации на Arabidopsis thaliana подробно описаны в нашей статье: «Растения в космосе: инструкция по применению» [12].
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
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).
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.
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.