Растения видят, слышат, ощущают запах

«Вам просто нужно заснять жизнь растения и ускорить — тогда оно будет вести себя как животное» (фото: Mycatkins CC by 2.0)

Растения — создания, которые воспринимают мир без глаз, ушей и мозга. Понимание того, как именно они приспособились делать это, поможет узнать нам многое о них и о самих себе.

Растения, по словам Джека Шульца, «всего лишь очень медленные животные».

Это не непонимание основ биологии. Шульц является профессором отделения наук о растениях в Университете Миссури в Колумбии, он провел четыре десятилетия своей жизни, исследуя взаимодействия между растениями и насекомыми. Он знает своё дело.

У него есть своё мнение о распространенных представлениях о наших кузенах с листьями, которых, по его мнению, мы слишком часто воспринимаем всего лишь как часть мебели. Растения сражаются за территорию, ищут еду, уклоняются от хищников и ловят добычу. Они так же живы, как и любое животное, и — как и животные — они ведут себя по-особому.

«Чтобы увидеть это, вам просто нужно заснять жизнь растения и ускорить — тогда оно будет вести себя как животное», — восторженно говорит Оливье Хамант, ученый из Университета Лиона, Франция. Действительно, ускоренная съёмка раскрывает чуждый нам мир поведения растений во всей красе.

Во время роста растения движутся не бесцельно, а это значит, что они должны знать, что происходит вокруг них. «Чтобы правильно реагировать, растения также нуждаются в сложных сенсорных устройствах, приспособленных к меняющимся условиям», — говорит Шульц.

«Что могут знать эти подсолнухи?» (фото: Igor Stevanovic/Alamy)

«Что могут знать эти подсолнухи?» (фото: Igor Stevanovic/Alamy)

Итак, что же чувствуют растения? Даниэль Чамовиц из Тель-Авивского университета в Израиле считает, что их чувства не сильно отличаются от наших собственных.

Когда Чамовиц решил написать свою книгу в 2012 году «Тайные знания растений», в которой он при помощи новейших научных методов исследует как растения ощущают мир, он делал это с некоторым трепетом. Он беспокоился о реакции на эту книгу.

Его беспокойство не было необоснованным. Описания в его книге растений, которые видят, слышат и чувствуют, запах имеют отголоски «Тайной жизни растений» — популярной книги, изданной в 1973 году, которая почти не содержала научных исследований. Но к примеру, там была дискредитирована идея о том, что растения реагируют на классическую музыку.

Но изучение ощущений растений прошло долгий путь с 1970-х годов, и в последние годы наблюдается всплеск исследований об их чувствах. Мотивация для этой работы была не просто продемонстрировать, что «у растений тоже есть чувства», а найти ответы на возникшие вопросы: почему и как именно растение ощущает происходящее вокруг.

Гусеницы, подобные этой пестрой красавице (Erannis defoliaria), становятся приговором для листьев (фото: H. Lansdown / Alamy)

Гусеницы, подобные этой пестрой красавице (Erannis defoliaria), становятся приговором для листьев (фото: H. Lansdown / Alamy)

Хейди Аппель и Рекс Кокрофт, коллеги Шульца в Миссури, исследуют «слух» растений.

«Основной смысл нашей работы состоял в том, чтобы объяснить причину того, почему растения подвержены воздействию звука», — говорит Аппель. Симфония Бетховена мало влияет на растение, но приближение голодной гусеницы — совсем другая история.

В своих экспериментах Аппель и Кокрофт обнаружили, что записи шумов, производимых гусеницами, заставили растения наводнить свои листья химической защитой, предназначенной для защиты от нападавших. «Мы показали, что растения ответили на природный звук», — говорит Кокрофт.

Консуэло де Мораес из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе, наряду с сотрудниками, показала, что, будучи в состоянии слышать приближающихся насекомых, некоторые растения могут начать выпускать иной запах.

Более того, еще в 2006 году она продемонстрировала, как растение-паразит, известный как виноградная лоза, «обнюхивает» потенциального хозяина. Затем она извивается по воздуху, обматываясь вокруг ни о чём не подозревающей жертвы, чтобы затем забирать её питательные вещества.

Понятно, что у растений и животных здесь нет особых отличий. Они нюхают или слышат что-то, а затем действуют как и мы.

Но, конечно, есть важное различие. «Мы действительно не знаем, насколько похожи механизмы восприятия запаха у растений и животных, потому что мы мало знаем об этих механизмах в растениях», — говорит Де Мора.

Более крупное растение-паразит (Cuscuta europaea) опутало своего хозяина (фото: Nigel Cattlin / Alamy)

Более крупное растение-паразит (Cuscuta europaea) опутало своего хозяина (фото: Nigel Cattlin / Alamy)

У нас есть носы и уши, но что вместо этого используют растения?

Отсутствие очевидных центров сенсорного восприятия затрудняет понимание и описание их органов чувств. Хотя это не всегда так: фоторецепторы, которые растения используют как «зрение», например, достаточно хорошо изучены, но это, безусловно, область, которая заслуживает дальнейшего изучения.

Со своей стороны, Аппель и Кокрофт надеются обнаружить часть или части растения, которые реагируют на звук. Вероятными кандидатами являются механорецепторные белки, которые находятся во всех растительных клетках. Они преобразуют микродеформации листа, которые порождаются звуковыми волнами, в электрические или химические сигналы.

Ученые пытаются понять, могут ли растения с дефектными механорецепторами все еще реагировать на шум от насекомых. Если нет, отсюда мы можем сделать вывод, что именно эти белки ответственны за восприятие звука.

Еще одна способность, которую мы разделяем с растениями, это проприоцепция: «шестое чувство», которое позволяет (некоторым из нас) печатать вслепую, жонглировать и ощущать относительную пространственную ориентацию частей нашего тела.

Поскольку это чувство не связано с определенным органом у животных, а скорее полагается на петлю обратной связи между механорецепторами в мышцах и мозгом, сравнение с растениями будет весьма точным. Хотя на уровне молекул подробности несколько разнятся, у растений тоже есть механорецепторы, которые обнаруживают изменения в своем окружении и отвечают на них соответствующим образом.

Проприоцепция лежит в основе таких навыков, как жонглирование (фото: KAKIMAGE2 / Alamy)

Проприоцепция лежит в основе таких навыков, как жонглирование (фото: KAKIMAGE2 / Alamy)

«Общий смысл идеи тот же самый», — говорит Хамант, который был соавтором обзора исследований проприоцепции в 2016 году. «До сих пор мы знаем, что в растениях это больше связано с микротрубочками [структурными компонентами клетки], реагирующими на растяжение и механическую деформацию».

Исследование, опубликованное в 2015 году, похоже, показывает сходство, которое идет еще глубже, предполагая роль актина — ключевого компонента в мышечной ткани — в проприоцепции растений. «Эта идея не так сильно поддерживается, — говорит Хамант, — но есть некоторые свидетельства в пользу того, что задействованы актиновые волокна в ткани, почти как мышцы».

Эти результаты не уникальны. По мере развития исследований в области ощущений растений исследователи начали находить повторяющиеся закономерности, которые позволяют проводить глубокие параллели с животными.

В 2014 году группа ученых Университета Лозанны в Швейцарии показала, что когда гусеница атакует растение арабидопсис, она запускает волну электрической активности. Наличие электрической сигнализации в растения — далеко не новая идея — физиолог Джон Бердон-Сандерсон предложил её как механизм действия венериной мухоловки еще в 1874 году, но что действительно интересно, так это роль, которую играют молекулы — рецепторы глутамата.

Глутамат является наиболее важным нейромедиатором в нашей центральной нервной системе, и он играет точно такую же роль в растениях, за одним существенным отличием: у растений нет центральной нервной системы.

Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) использует электрические сигналы (фото: Nigel Cattlin/Alamy)

Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) использует электрические сигналы (фото: Nigel Cattlin/Alamy)

«Молекулярная биология и геномика говорят нам о том, что растения и животные состоят из удивительно ограниченного набора молекулярных «строительных блоков», которые очень похожи друг на друга, — говорит Фатима Цврчкова, исследователь из Карлова университета в Праге, Чешская Республика. Электрическая связь эволюционировала двумя различными способами, каждый раз используя набор строительных блоков, которые предположительно предшествуют расколу между животными и растениями около 1,5 миллиарда лет назад.

Осознание того, что такие сходства существуют и что растения имеют гораздо больше способностей ощущать мир, чем можно предположить по их внешнему виду, привело к возникновению ряда гипотез о «растительном интеллекте» и даже положило начало новой дисциплине. Электрическая сигнализация в растениях была одним из ключевых факторов рождения «растительной нейробиологии» (термин используют даже несмотря на отсутствие нейронов у растений), и на сегодняшний день существуют исследователи растений, которые занимаются изучением таких нерастительных областей, как память, обучаемость и решение задач.

Такого рода мышление даже привело к тому, что законотворцы Швейцарии написали руководство по защите «достоинства растений» — что бы это ни значило.

И хотя многие считают такие термины, как «растительный интеллект» и «растительная нейробиология», в большей степени метафорическими, их встречают критикой. «Думаю ли я, что растения разумны? Я думаю, что растения сложны», — говорит Хамовитц. А сложность не стоит путать с интеллектом.

Таким образом, хотя весьма наглядно можно описывать растения антропоморфными терминами, существуют пределы разумного. Главное, чтобы мы не стали считать растения низшими формами животных, ведь это совершенно не соответствует истине.

«Мы, учёные, изучающие растения, рады рассказать вам о сходствах и различиях между растительным и животным миром и предоставить результаты исследований растений широкой общественности», — говорит Цврчкова. Тем не менее, она считает, что использование антропоморфных терминов при описании растений влечёт за собой проблемы.

Мы не можем узнать, чувствует ли морковь боль (фото: Chris Howes/Wild Places/Alamy)

Мы не можем узнать, чувствует ли морковь боль (фото: Chris Howes/Wild Places/Alamy)

«Следует избегать [таких метафор], если только вас не интересуют (обычно бесполезные) дебаты о способности моркови чувствовать боль, когда вы кусаете её».

Растения в высшей степени приспособлены для выполнения именно того, что им нужно делать. У них может отсутствовать нервная система, мозг и другие функции, которые мы ассоциируем со сложностью строения, но они превосходят нас в других областях.

Например, несмотря на отсутствие глаз, растения, такие как Arabidopsis, обладают по меньшей мере 11-ю типами фоторецепторов, по сравнению с нашими ничтожными четырьмя. Это значит, что их видение более сложное, чем наше. У растений другие отношения со светом, и их сенсорные системы отражают это. Как указывает Чамовиц в своей книге: «Свет для растения — это нечто большее, чем визуальный сигнал, свет — это пища».

Таким образом, в то время как растения сталкиваются со многими из тех же проблем, что и животные, их сенсорные требования одинаково зависят от того, что их отличает. «Укорененность растений — тот факт, что они неподвижны — означает, что на самом деле они должны быть гораздо лучше осведомлены об окружающей среде, чем вы или я», — говорит Чамовиц.

«Свет для растения — это нечто большее, чем визуальный сигнал, свет — это пища» (фото: Cosmo Condina/Alamy)

«Свет для растения — это нечто большее, чем визуальный сигнал, свет — это пища» (фото: Cosmo Condina/Alamy)

«Я бы хотела, чтобы растения воспринимались нами как удивительные, интересные, экзотические живые существа, которыми они и являются, — говорит Цврчкова, — и меньше как простой источник питания для людей и биотопливо». Такое отношение принесет пользу всем. Генетика, электрофизиология и открытие транспозонов — всего лишь несколько примеров сфер, которые начались с исследований растений, и все они оказались революционными для биологии в целом.

И наоборот, осознание того, что у нас есть некоторые вещи, общие с растениями, может быть возможностью принять, что мы более похожи на растения, чем мы хотели бы думать, так же, как растения более близки к животным, чем мы обычно предполагаем.

«Может быть, мы более механистичны, чем мы думаем», — заключает Шамовитц. Для него поиск сходства между растениями и животными должен рассказать нам об удивительной сложности растений и об общих факторах, которые связывают всю жизнь на Земле.

«Тогда мы можем начать понимать единство природы с помощью биологии».

Автор: Josh Gabbatiss

Перевод: Надежда Дмитриенко

Источник: ВВС

Возможно, вас заинтересует:

Добавить комментарий