Новости всё Наука - iCity.life Архангельск

По мнению Джека Шульца, растения — «это просто очень медленные животные». И виной тому вовсе не непонимание фундаментальной биологии. Шульц является профессором в отделе наук о растениях в Университете Миссури в Колумбии. Он провел сорок лет, исследуя взаимодействия между растениями и насекомыми. Он знает свое дело. Вместо этого он обращает внимание на общие представления о наших братьях лиственных, которых, по его мнению, мы считаем чуть ли не мебелью. Растения борются за территорию, ищут пищу, ускользают от хищников и ловят добычу в ловушки. Они живы, как любое животное, и — как животные — они демонстрируют особенное поведение.

«Чтобы убедиться в этом, вам просто нужно снять растущее растение быстрой съемкой — тогда оно будет вести себя как животное», восторгается Оливье Хамант, изучающий растения в Университете Лиона во Франции. И действительно, ускоренная съемка показывает удивительный мир поведения растения во всей его красе.

Растения движутся вовсе не бесцельно, а значит, они должны быть осведомлены о том, что происходит вокруг них. «Для того чтобы правильно реагировать, растениям также нужны сложные устройства зондирования, настроенные на изменяющиеся условия», говорит Шульц.

О чем молчат подсолнухи?

Что же чувствуют растения? Даниэль Хамовитц из Тель-Авивского университета в Израиле считает, что их чувства не так сильно отличаются от наших собственных. Когда Хамовитц решил написать книгу «Что знает растение» в 2012 году — в которой он исследовал переживания растений, отраженные в самых строгих и современных научных исследованиях, — он испытывал в некоторой степени трепет.

«Я очень беспокоился, каким может быть отклик», говорит он.

И его беспокойство не было беспричинным. Описания того, как растения видят, обоняют, чувствуют и, в самом деле, знают, эхом вторили книге «Тайная жизнь растений», которая вышла в 1973 году для поколения эпохи цветов, но содержала очень мало фактов. В частности, эта книга полностью дискредитировала идею того, что растения положительно реагируют на звуки классической музыки.

Но исследование восприятия растений с 1970-х годов прошли долгий путь, а в последние годы в области исследования растительных чувств наблюдается определенный всплеск. Задача этой работы не только продемонстрировать, что у «растений тоже есть чувства», но и задать вопросы «почему» и «как» растение чувствует свое окружение.

Коллеги Шульца по Миссури, Хайди Аппель и Рекс Кокрофт, ищут правду на тему слуха растений.

«Основной вклад нашей работы в том, чтобы найти причину, почему звук оказывает на растения влияние», говорит Аппель. Симфония Бетховена вряд ли привлечет внимание растения, но вот приближение голодной гусеницы — это уже другая история.

В своих экспериментах Аппель и Кокрофт обнаружили, что записи звуков жевания, производимых гусеницами, приводили к тому, что растения наводняют свои листья химической защитой, предназначенной для отваживания нападающих. «Мы показали, что растения реагируют на экологически релевантный звук экологически релевантным ответом», говорит Кокрофт.

Экологическая релевантность, или соответствие, очень важна. Консуэло де Морэс из Швейцарского федерального института технологий в Цюрихе вместе с коллегами показали, что, помимо способности слышать приближающихся насекомых, некоторые растения могут слышать их запах или даже запахи летучих сигналов, испускаемых соседними растениями в ответ на приближение насекомых.

Еще более зловещим выглядит то, как в 2006 году было продемонстрировано, что паразитическое растение — повилика виноградной лозы — вынюхивает потенциального носителя. Затем повилика извивается в воздухе, оплетает незадачливого хозяина и высасывает из него питательные вещества.

Казалось бы, чем эти действия отличаются от наших? Растения слышат или чуют что-то, а потом действуют соответствующим образом, как и мы.

Но, конечно же, есть существенная разница. «Мы не знаем, насколько похожи механизмы восприятия запахов у растений и животных, потому что не знаем многого о механизмах у растений», говорит де Морэс.

У нас есть носы и уши. А что есть у растений?

Отсутствие явных центров сенсорного ввода усложняет понимание чувств растений. Это касается не всего — фоторецепторы, которые растения используют, чтобы «видеть», достаточно хорошо изучены — однако область в целом, конечно, требует дальнейшего изучения.

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

Ученые пытаются понять, могут ли растения с дефектными механорецепторами все еще реагировать на шум от насекомых. Похоже, у растений нет никакой потребности иметь нечто такое громоздкое, как ухо.

Еще одна способность, которую мы разделяем с растениями, это проприоцепция: «шестое чувство», которое позволяет (некоторым из нас) печатать вслепую, жонглировать и знать, где в пространстве находятся разные части 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.

«Общая идея та же», говорит Хамант, который в 2016 году был соавтором обзора исследований проприоцепции. «До сих пор мы знали, что в растениях это больше связано с микротрубочками (структурными компонентами клетки), которые отвечают на растягивание и механическую деформацию».

На самом деле, исследование, опубликованное в 2015 году, выявило сходства, которые могут уходить еще глубже и затрагивать актин — ключевой компонент в мышечной ткани — как участвующий в растительной проприоцепции. «Насчет этого поддержки меньше», говорит Хамант, «но были свидетельства того, что актиновые волокна принимают участие; почти как в мышцах».

Эти результаты не единственные в своем роде. По мере исследования растительных чувств, ученые начали находить повторяющиеся схемы, намекающие на 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 ее 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.

«Молекулярная биология и геномика говорят нам, что растения и животные состоят из удивительно ограниченного набора молекулярных «строительных блоков», которые весьма похожи», говорит Фатима Цверчкова, исследователь Университета Карлова в Праге, Чехия. Электрическая связь развивалась двумя разными способами, каждый раз используя набор строительных блоков, которые предположительно запустили раскол между животными и растениями 1,5 миллиарда лет назад.

«Эволюция привела к ряду возможных механизмов для общения, и хотя вы можете получить их по-разному, итог будет одним», говорит Хамовитц.

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 примечательных заявлений 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, обучение и решение проблем.

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 сложные», говорит Хамовитц. А сложность не стоит путать с интеллектом.

Таким образом, хотя весьма полезно описывать растения антропоморфными терминами, существуют пределы. Опасность заключается в том, что мы можем посчитать растения низшими версиями животных, а это совсем не соответствует истине.

«Мы, изучающие растения, с удовольствием говорим о сходствах и различиях между растительным и животным образом жизни, когда представляем результаты исследования широкой публике», говорит Цверчкова. Но и она считает, что зависимость от животных метафор при описании растений приводит к проблемам. «Хочется избегать таких метафор, чтобы избежать обычно бесплодных дискуссий о том, больно ли морковке, если ее укусить».

Растения в высшей степени приспособлены для выполнения того, что они делают. У них может не быть нервной системы, мозга и других сложных функций, но они превосходят нас в других сферах. К примеру, хоть у них нет глаз, растения вроде арабидопсиса обладают по меньшей мере 11 типами фоторецепторов, в то время как мы — всего 4. Это значит, что их зрение сложнее нашего. У растений другие приоритеты, и их сенсорные системы это отражают. Как отмечает Хамовитц в своей книге, «свет для растения — это не только сигнал; свет — это пища».

Поэтому хоть растения и сталкиваются с такими же проблемами, как животные, их сенсорные способности сформированы их основными отличиями. «Укорененность растений — тот факт, что они не двигаются, — означает, что им нужно быть куда более осведомленными о своей среде, чем мне или вам», говорит Хамовитц.

Чтобы в полной мере оценить, как растения воспринимают мир, важно изменить парадигму отношения к растениям. Опасность в том, что если люди будут сравнивать растения с животными, они упустят ценность первых. Растения нужно признать интересными, экзотическими и удивительными живыми существами, а не предметами мебели. И в меньшей степени — источником человеческого питания и биотоплива. Такое отношение пошло бы на пользу всем. Генетика, электрофизиология и открытие транспозонов — лишь несколько примеров областей, которые начались с исследований растений, и все они оказались поворотными для биологии в некоторой степени.

С другой стороны, осознание того, что у нас может быть кое-что общее с растениями, может стать возможностью признать, что мы в большей степени растения, чем думали, так же, как растения в большей степени животные, чем мы думали.

«Возможно, мы более механистические, чем привыкли считать», заключает Хамовитц. По его мнению, эти сходства должны намекать на удивительную сложность растений, а также на общие факторы, которые соединяют всю жизнь на Земле. И тогда мы начнем ценить единство в биологии.