Новое исследование показывает, что внутреннее взаимодействие растений поразительно схоже с аналогичными механизмами у животных. При помощи крошечных насекомых ученые смогли подключиться к этой системе связи. Полученные ими результаты демонстрируют важность подобных коммуникаций в том, как растение обеспечивает себя защитой от нападения насекомых-вредителей.
Как и любой организм, растениям требуется доставлять необходимые питательные вещества из одной своей части в другую. Эта задача выполняется за счет двух частей растения: ксилемы и флоэмы. Ксилема, которая в значительной степени состоит из мертвых клеток, транспортирует получаемую корнями воду и растворенные в ней питательные вещества к надземным тканям растения. Флоэма же состоит из живых клеток – активных трубок, которые транспортируют сиропообразный сок, богатый сахарами, полученными в процессе фотосинтеза в листьях.
В 1980 году ученые обнаружили, что клетки флоэмы также функционируют как некая система связи, по которой путешествуют электрические сигналы. Это явление похоже на то, как электрические сигналы передаются в нервной системе животных через нейроны.
И у растений, и у животных электрические сигналы функционируют аналогичным образом. Они передают информацию из одного места в другое. Если что-то ранит вашу руку, электрический сигнал проходит от нейронов вашей кожи, по руке – в мозг, чтобы вы знали, что получили ранение, и убрали вашу руку от источника повреждения. Аналогичным образом, когда травоядные животные наносят повреждение растению, генерируется электрический сигнал, который вместо того, чтобы попасть в централизованной мозг, проходит через флоэмы в другие части растения, сообщая им, что было получено повреждение.
Повреждение означает опасность для растения, потому что обычно это происходит, когда растение становится пищей какого-нибудь травоядного животного. Способность раненой части растения сообщить другим частям о произошедшем повреждении помогает растению подготовиться к атаке. Растения обладают набором сложных способов защиты, которые они могут пустить в ход, чтобы защититься от травоядных животных.
Некоторые травоядные, отгрызая кусочек растения, не ранят его слишком сильно. Поэтому общипывание или обгрызание может и вовсе избежать обнаружения растением, но может иметь страшные последствия – поскольку многократное обгрызание может быть также смертельно для растения, как и одно большое повреждение. Поэтому было непросто определить, способны ли растения обнаруживать общипывание или обгрызание, и передавать предупреждающий сигнал, таким же образом, как они делают это при ранении.
Висента Сальвадор-Рекатала из Университета Лозанны и ее коллеги использовали тлей – особых насекомых, которые питаются растениями – чтобы узнать, как флоэмная сеть реагирует на обгрызание гусеницами. Результаты их исследования были опубликованы в журнале «New Phytologist».
Тля питается, использует свой похожий на соломинку рот для того, чтобы проникнуть глубоко в растение. Пока тли не так уж много, это не сильно вредит растению. На самом деле, это даже в каком-то смысле в интересах тли, быть уверенной в том, что растение остается здоровым, чтобы оно и дальше производило много сахарного сиропа.
Но тля не просто подсоединяется к внутреннему трубопроводу; она вдобавок включается в систему внутренней связи растения. Рот тли проникает во флоэму, и после этого его сложно сместить или сломать. Это означает, что тля, прикрепившаяся к флоэме растения, может быть преобразована в живой электрод. Систему тля-живой-электрод можно использовать для обнаружения электрических сигналов, передаваемых внутри растения, не нанося дополнительных повреждений растению – повреждений, которые могут задействовать систему предупреждения и исказить результаты исследования.
Используя подобную систему тлей подключённых к флоэме, Сальвадор-Рекатала и её коллеги исследовали передачу электрических сигналов в ответ на питание гусениц. Они обнаружили, что даже осуществляемое гусеницами покусывание вызывает электрические сигналы, в меньшем масштабе, но сродни тем, что передаются при более серьёзных повреждениях.
Электрические сигналы путешествовал как волны, быстрее всего распространяясь в листьях, располагавшихся ближе всего к месту питания гусениц, и медленнее – в других частях растения. Когда волны распространялись быстро, растение активировало реакцию на повреждение в окружающих листьях – за пределами того листа, который грызла гусеница.
В нейронах животных, электрические волны передаются за счёт изменения того, как заряженные атомы текут в и из клетки. Поток заряженных атомов управляется белковыми каналами, встроенными в мембрану нейронов. В отсутствии сигнала, каналы закрыты. Когда нейрон получает правильный сигнал, эти каналы открываются, позволяя ионам вытекать через них. Это приводит к изменению концентраций ионов внутри клетки, и тем самым создает электрическую волну.
Растения создают белковые каналы, похожие на те, что в нейронах. Они также открываются и закрываются в ответ на соответствующие сигналы, и, будучи открытыми, позволяют ионам, особенно кальцию, течь. Когда Сальвадор-Рекатала и её коллеги рассматривали растения, у которых функция некоторых из этих каналов была нарушена, они обнаружили, что кормление гусениц не вызывает образование электрических волн.
Результаты данного исследования показывают, что растения реагируют на обгрызание гусеницами при помощи электрической сигнальной сети, которая функционирует по той же схеме, что и нейроны. Очевидно, что растения не обладают нейронами, но они используют аналогичные молекулярные строительные блоки для создания сети отклика.
И хотя тля в роли шпионов обладает своими недостатками – в конце концов, она также питается растениями – эти маленькие паразиты непреднамеренно позволили нам глубже разобраться в том, как функционирует их растения-хозяева. Предоставляемая ими «возможность прослушки», скорее всего, позволит учёным раскрыть и другие тайны, закодированные в реакции растений на различные угрозы, в том числе и на насекомых-вредителей.
По теме : Приструниваем тлю
Кочующий вирус заставляет тлю путешествовать
