Почти как животные: биологи показали, как растения защищаются от угроз

Когда растения подвергаются атаке, скажем, болезнетворных патогенов или паразитов, у них активируется система защиты. Но каким образом жертва нападения мобилизует силы, чтобы его отразить?

Ответить на этот вопрос помогла новая работа учёных из США и Японии. Согласно их данным, активация защитного механизма у растений очень сильно напоминает аналогичные процессы, которые происходят в организме животных.

У последних за передачу данных отвечают особые сигнальные молекулы (нейротрансмиттеры), которые производятся клетками нервной системы. У растений нервная система, конечно, отсутствует, но это не значит, что они не способны генерировать и передавать сигналы в ответ на различные раздражители.

Чтобы выяснить, как это происходит, исследователи при помощи флуоресцентных белков подсвечивали "внутренности" растений и наблюдали за тем, что происходит в их организме в ответ на стресс.

"Мы знаем, что существует системный сигнальный механизм и, если вы пораните растение в одном месте, остальная его часть примет ответные меры по защите. Но мы не знали, что стоит за этой системой", — рассказывает ведущий автор работы профессор ботаники Саймон Гилрой (Simon Gilroy) из Висконсинского университета в Мадисоне.

Его команда заметила, что, если растение получает повреждение, по его "телу" распространяется электрический импульс. Но оставалось неизвестным, что вызывало его и способствовало передаче.

Ответ нашёл коллега Гилроя Масацугу Тойота (Masatsugu Toyota). Он изучал концентрацию кальция в резуховидках. Учёный при помощи генетических методов модифицировал растения таким образом, чтобы изменения уровней кальция стали наглядными. Тойота заставил резуховидки производить белок, который флуоресцирует лишь в присутствии кальция.

Когда же биологи повреждали растение, делая небольшой надрез или запуская на него гусеницу, они замечали, что уровень кальция в нём изменяется.

Тогда они провели аналогию с животными. У них возбуждённая нервная клетка высвобождает аминокислоту, называемую глутаматом, которая вызывает волну ионов кальция: они распространяются всё дальше и дальше, посылая сигналы другим клеткам.

В своих экспериментах учёные наблюдали примерно то же самое. Они подсчитали, что скорость передачи сигнала у растений составляет около миллиметра в секунду. Это гораздо меньше, чем у животных (у них нервные импульсы передаются со скоростью до 120 метров в секунду), однако для растений это очень высокий показатель.

Также оказалось, что как только по "телу" растения начинает распространяться сигнал, в месте повреждения повышается уровень "оборонительных гормонов". Это могут быть, к примеру, химические вещества, которые делают растение непригодным для употребления в пищу насекомыми (а порой превращают самих вредителей в каннибалов).

На следующем этапе специалисты решили выяснить, что же вызывает распространение ионов кальция. Логично было бы предположить, что за это, как и в случае с животными, отвечает глутамат. Это версию подтверждает работа 2013 года, в которой было показано, что у растений, не имеющих глутаматных рецепторов, не возникает "электрического ответа" на угрозы.

Чтобы убедиться в этом, биологи повреждали растения, лишённые глутаматных рецепторов. Этот опыт подтвердил догадку. Без аминокислоты распространение ионов кальция почти не наблюдалось, а подопытные не пытались защититься от дальнейших повреждений.

Более подробно об этой увлекательной работе рассказывается в статье, которая была опубликована в журнале Science.

Кстати, ранее ботаники провели ряд необычных экспериментов и выяснили, как на растения действует анестезия. Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, что растения способны принимать сложные решения, а подталкивает их к этому конкуренция.