Як верби попереджають один одного про небезпеку, чи здатна полин до альтруїзму, чи є у рослин

Гіпотезі про розумних рослинах вже кілька десятиліть. За цей час вона пройшла звивистий шлях від захопленого визнання до повного розвінчання і, нарешті, другого відкриття. Сам Річард Карбан починав з дослідження, в ході якого намагався зрозуміти, як рослини справляються з навалою шкідників - цикад. Перше припущення зводилося до того, що вони виживають завдяки простий витривалості, зазнаючи одне нещастя за іншим: паразитів, травоїдних, посуху і так далі. Однак в 1980-х зоолог Девід Роудс з Вашингтонського університету виявив, що представники зеленого царства борються за життя набагато більш винахідливо.

Учений виявив, що верба ситхинская у відповідь на напад личинок коконопрядов і білого метелика змінювала свій біохімічний склад,

цілеспрямовано роблячи власні листя менш смачними і поживними. В ході експерименту комахи, поїдаючи малопоживним клітковину, росли дуже повільно і поступово втрачали інтерес до дерева. Реакція верби, чия біохімія змінюється в залежності від зовнішніх факторів, сама по собі вже стала відкриттям, однак все виявилося ще більш вражаючим. Коли біолог почав годувати личинок листям сусідній, незараженной верби, нічого не змінилося. Комахи як і раніше росли аномально повільно.

У 1983 році біолог уклав. однакові біохімічні процеси протікали у двох різних рослин, тому що здорове дерево якимось невідомим чином отримало «повідомлення» від зараженого і теж змінило склад листя, підготувавшись до нападу комах. У тому ж році еколог Ян Болдуін з Дартмутського університету виявив. що

саджанці тополі і клена почали виділяти фенол, що відлякує комах, коли їх підсадили до деревцям з пошкодженими листям, які обскубли лаборанти, імітуючи сліди від укусів гострих мандибул личинок. І ось це було вже зовсім незрозуміло.

По суті, стверджували дослідники, безмозкі в прямому сенсі слова рослини досить кмітливі, щоб попереджати один одного про те, що з ними відбувається, кооперуватися і єдиним фронтом протистояти (у міру своїх можливостей) комахою. Цей феномен і нарекли комунікацією між рослинами. Пішли розмови про «говорять деревах». «Все прийшли в захват. Преса так і носилася з цим відкриттям », - згадує Карбан.

Хоч фільм і вразив глядачів революційним на той момент ефектом сповільненої зйомки (загальним місцем вона стане тільки через п'ять років, після «Кояніскаці»), в ньому йшлося про те, що рослини мають паранормальними здібностями, аурою, оргонной енергією, можуть відчувати емоції і взагалі наділені свідомістю . Так що тема міцно зарекомендувала себе як псевдонаукова.

Зі скепсисом до «говорить деревах» поставилося і наукове співтовариство. У 1984 році еколог Джон Лоутон розбив в пух і прах обидва дослідження як голослівні і недостатньо детальні, щоб на їх підставі робити далекосяжні теоретичні висновки. В експерименті Роудс, писав він, ніяким «розмовою» між вербами і не пахло - недосвідчений зоолог напевно сам випадково заразив здорову вербу личинками, що і викликало у відповідь біохімічні процеси. Та й взагалі дослідники обставляли справу так, ніби між двома біологічними царствами ведеться справжнісінький війна.

Девід Роудс так і не зміг оговтатися після розгромної критики.

Жоден університет більше не наважувався фінансувати продовження його експериментів. Вчений був у відчаї, відкрив придорожній мотель з їдальнею і назавжди закинув науку.Ізученіе комунікації між рослинами було придушене в зародку.

Але сьогодні Річард Карбан називає Роудс мимовільним батьком цієї наукової дисципліни.

Критика Лоутона зупинила не всіх. Серед упертих прихильників теорії «говорять дерев» був молекулярний біолог Тед Фармер, в середині вісімдесятих займав місце постдока в лабораторії, де вивчали фітогормони. Він досліджував види полину, які виділяють метілжасмонат для відлякування комах. Надихнувшись експериментами попередників, він поклав рослина з пошкодженими листям в герметичну ємність з кущами томата. Практично відразу ж овоч почав виділяти інгібітори протеази, які отруюють шкідників, зупиняючи їх травлення.

Залишалося невідомим, існує ця комунікація в дикій природі або вона викликана специфічними лабораторними умовами. Саме це і вирішив перевірити Річард Карбан в польових умовах, розбивши на півночі Каліфорнії грядку з полином і тютюном, близьким родичем томата. Як і в попередніх експериментах,

він сам рвав листочки полину, імітуючи укуси гусениць, після чого фіксував, що рослина виділяє з пір метілжасмонат. І - еврика! - зростаючий поруч кущ тютюну починав виробляти шкідливий для комах ензим поліфенолоксідази.

До кінця літа цей тютюн практично не постраждав від сарани і гусениць, на відміну від інших рослин на грядках віддалік.

Сьогодні ботаніка не сумнівається, що практично всі рослини на світлі починають виділяти леткі органічні сполуки у відповідь на дратівливий чинник. Карбан в недавньому метадослідження «Летюча комунікація між рослинами, що стосується фітофагів» підрахував: 40 з 48 наукових робіт в області рослинної комунікації підтверджують, що сусідні рослини, які не піддалися атаці, розпізнають передаються по повітрю хімічні сигнали і теж починають виділяти захисні речовини.

У кожного представника зеленого царства є власний рецепт «оборонного хімзброї», на яке реагують інші рослини. Наприклад, всім відомий запах свіжоскошеної трави - коктейль зі спиртів, альдегідів, кетонів і складних ефірів - може, і подобається людям, але для уникли газонокосарки кущиків він сигналізує про смертельну небезпеку.

Ці повідомлення мають універсальний характер - тютюн розуміє застереження полину, перець чилі і Лімська квасоля реагують на біохімічну емісію огірка.

Більш того, рослини спілкуються і з тваринами, наприклад, закликаючи сигналами SOS комах-хижаків, які прилітають «на допомогу» і з'їдають травоїдних. Маїс, на який напали гусениці трав'яний совки, виділяє хмара летючих з'єднань. привертає найнебезпечніших ос-паразитів, які накидаються на гусениць і відкладають яйця прямо в їхніх тілах. Сигнали рослин розпізнають мурахи, моль, колібрі і навіть черепахи (у Фармера є праця про складні взаємини останніх з капустою).

Він розмістив мікроелектроди на листочках і черешках резуховидки Таля (ця рослина відіграє в ботаніці ту ж роль, що щур в зоології) і посадив на них бенкетувати єгипетську совку. Через мить прилади зареєстрували стрибок електричної активності, яка пробігла від місця укусу по стеблу. У міру поширення імпульсу резуховидки початку накопичувати і виділяти з пір в повітря жасмонової кислоту, що відлякує комах.

З'ясувалося, що розряд народжується завдяки генам, що відповідає за відкриття спеціальних каналів в клітинних мембранах рослини при його подразненні. Канали, вибірково проникні для іонів, створюють різницю потенціалів.

Це страхітливо схоже на нервову систему тварин, в тому числі людей. Проблема тільки в тому, що у рослин просто немає нервових волокон, за якими міг би проходити електричний розряд.

Проте ці механізми у тварин і рослин еволюційно споріднені.

«Очевидно, вони походять від нашого дуже далекого загального предка. Взагалі тут безліч цікавих паралелей. Набагато більше, ніж відмінностей. Те, що роблять рослини, неймовірно. Чим більше я працюю над ними, тим більше вражений », - каже Фармер.

Біологи продовжують сперечатися про призначення комунікаційних здібностей у рослин. Останнім часом домінує трактування, яка дещо змінює перспективу і може розчарувати прихильників наукової фантастики. На жаль, швидше за все, ми маємо справу не з захоплюючою бесідою дерев і трав, а з внутрішнім монологом приреченого на самотність виду.

Уявити собі, що еволюція настільки марнотратна, щоб рослини могли безкорисливо допомагати іншим видам, практично неможливо.

Виходячи з логіки природного відбору, до живого організму немає ніякого резону витрачати енергію, щоб оповістити про небезпеку свого конкурента, який ніяк генетично не пов'язаний з ним.

По-друге, в ході коеволюції різні види і навіть пологи навчилися підслуховувати хімічні «монологи» один одного з вигодою для себе. Тому позначене явище ботаніки пропонують називати не комунікацією, а, скоріше, підслуховуванням.

Ці ботанічні дослідження безпосередньо зачіпають інтереси простих аграріїв, які тепер можуть в рази підвищити стійкість сільськогосподарських культур до шкідників найприроднішим способом.

Наприклад, окультурена кукурудза втратила суперздатність свого дикого родича маїсу закликати на допомогу полчища ос, які вбивають паразітов.Но якщо ген, відповідальний за цю ознаку, «включити» у кукурудзи назад, відпаде будь-яка потреба в пестицидах.

Крім того, по периметру поле можуть охороняти рослини-варти з високою чутливістю і найбільш вираженою оборонної реакцій. У разі нападу шкідників вони почнуть виділяти захисні речовини і запустять ланцюгову реакцію на всій плантації.

Чим би рослинний мову не опинився, навіть якщо це прагматичне «підслуховування» однієї рослини іншим, ботаніки довели, що контактувати між собою можуть не одні тільки тварини. За словами Яна Болдуіна, ми лише підступає до розуміння зеленої планети. Щоб дізнатися, на що ще здатні рослини, ми повинні перестати антропоморфізірованним їх, наприклад, порівнюючи рослинну «нервову» протосістему з людської вищої нервової діяльністю, - це затуляє погляд і заважає науковим прозріння. Навпаки, каже ботанік, ми повинні спробувати думати як дерева і фітоморфізіровать самих себе. Тільки тоді людство зможе остаточно зірвати покрив з таємницею життя рослин.

Читайте в рубриці «Наука і технології» Станіслав Протасов: «Технології Acronis рятують мільйони» Співзасновник IT-гіганта представив у Технопарку МФТІ справжній гоночний болід «Формули-1»