Dodano: 14 wrzesień 2018r.

Rośliny mają swój własny system nerwowy

Rośliny nie mają mózgów ani nerwów, ale mają coś na kształt ich własnego systemu nerwowego. Biolodzy odkryli, że gdy liście są atakowane, na przykład przez owada, ich systemy obronne komunikują się z innymi częściami rośliny ostrzegając o możliwym ataku. Badania te są duży krokiem w kierunku rozwiązania tajemnicy, w jaki sposób różne części rośliny komunikują się ze sobą.

 

Według nowych badań biologów z University of Wisconsin–Madison pod kierunkiem profesora Simona Gilroy’a, rośliny wykorzystują te same cząsteczki sygnałowe, co zwierzęta w swoim systemie nerwowym. Tylko rośliny nie mają nerwów, ale mają coś zaskakująco podobnego.

Komórki nerwowe zwierząt komunikują się ze sobą za pomocą kwasu glutaminowego, który po uwolnieniu przez wzbudzoną komórkę nerwową, pomaga uruchomić falę jonów wapnia w sąsiednich komórkach. Fala ta przemieszcza się w kierunku następnej komórki nerwowej, która przekazuje sygnał dalej, umożliwiając komunikację na duże odległości.

Rezultaty badań zostały opublikowane w piśmie „Science”.

 

- Wiedzieliśmy, że u roślin istnieje system sygnalizacji. Jeśli jest ranna w jednym miejscu, reszta rośliny uruchamia odpowiedzi obronne. Ale nie wiedzieliśmy, co kryje się za tym systemem – powiedział Simon Gilroy.

Dotychczas wiedziano tylko tyle, że jeśli roślina zostanie zraniona, można zaobserwować ładunek elektryczny rozprzestrzeniający się w całej roślinie. Nie było jednak wiadomo, co wyzwoliło ten ładunek i pomogło go propagować.

Tak naprawdę to badania skupiały się na wpływie grawitacji na rośliny. Badacze chcieli to sprawdzić śledząc przyrost wapnia. Masatsugu Toyota, współautor publikacji, opracował genetycznie modyfikowaną gorczycę, która pozwoliła badaczom obserwować zmiany stężenia wapnia w czasie rzeczywistym.

W badaniach wykorzystano białka fluorescencyjne, które świeci tylko w obecności wapnia, do oznaczania i obserwowania sygnałów fali podróżującej przez roślinę w odpowiedzi na stresor. By sprawdzić, czy uda się zaobserwować zmiany, badacze odcięli jeden z liści. To, co zobaczyli, zupełnie ich zaskoczyło.

Uczeni ujrzeli falę fluorescencyjnego światła wypływającą ze źródła rany, rozprzestrzeniając się przez całą roślinę z prędkością około milimetra na sekundę. To dużo wolniej od sygnałów komórek nerwowych u zwierząt, które mogą poruszać się do 120 metrów na sekundę, ale dla roślin jest to i tak superszybka komunikacja.

To światło fluorescencyjne śledzi wapń, który przeskakuje przez tkanki rośliny, dając elektryczny i chemiczny sygnał zagrożenia. Fala ta uaktywnia mechanizmy obronne rośliny, jak chociażby zwiększenie produkcji szkodliwych związków chemicznych, które powodują, że liście nie są już dla owadów tak smaczne. W przypadku kilku rodzajów traw mechanizm ten uwalnia śmierdzące substancje lotne zachęcające pasożytnicze osy do składania jaj w insektach pożerających roślinę. To wyrafinowana i dość osobliwa taktyka przetrwania.

Naukowcy zarejestrowali i opublikowali nagrania ze swoich badań. Klika z nich znajdziecie poniżej.

Na powyższym filmie widać głodną gąsienicę, która najpierw zajmuje się krawędziami liścia, zbliża się do jego podstawy i, po ostatnim ugryzieniu, odcina go od reszty rośliny. W ciągu kilku sekund pozostałe liście otrzymują sygnał (na nagraniu widać go w postaci zielonego światła fluorescencyjnego), że powinny przygotować się na ataki gąsienicy lub jej krewnych.

Badacze pozbierali elementy tej układanki w całość, by rozwiązać zagadkę komunikacji komórek roślinnych. Rana uaktywnia neuroprzekaźnik, który jest pobierany przez receptory, które z kolei wyzwalają rozprzestrzenianie się jonów wapnia, co włącza system obronny rośliny, by podjąć próbę ochrony przed dalszymi uszkodzeniami. I to wszystko bez układu nerwowego.

 

 

Źródło: Science, University of Wisconsin–Madison, fot. Simon Gilroy