Не просто зелень: растения чувствуют, когда к ним прикасаются

Растения — удивительные существа, которые способны адаптироваться к различным условиям среды и защищаться от врагов. Но как они это делают без нервной системы и мозга? Оказывается, что растения обладают сложными механизмами сигнализации, которые позволяют им реагировать на разные виды стимулов, в том числе на прикосновения.


Недавнее исследование, проведенное под руководством ученых из Вашингтонского государственного университета (WSU), показало, что растения могут не только чувствовать прикосновения, но и различать их начало и конец. Для этого они используют кальций — важный элемент, который участвует во многих процессах в живых клетках.

Ученые провели серию из 84 экспериментов на 12 растениях, используя кресс-салат и растения табака, которые были специально выведены с включением сенсоров кальция. Эти сенсоры позволяют наблюдать за изменениями концентрации ионов кальция в цитозоле — жидкой части клетки. Ионы кальция служат сигналами для разных физиологических процессов, таких как рост, развитие, защита и стресс.

Сенсоры кальция состоят из двух белков: один связывается с кальцием, а другой светится зеленым цветом. Когда концентрация кальция в клетке повышается, белки объединяются и светятся ярче. Когда концентрация кальция падает, белки разделяются и светятся тусклее. Таким образом, можно видеть изменения уровня кальция в клетке под микроскопом.

Как растения реагируют на прикосновения

Поместив кусочки этих растений под микроскоп, ученые слегка прикоснулись к отдельным растительным клеткам с помощью микроконсоли — крошечной стеклянной палочки размером с человеческий волос. Они увидели множество сложных реакций в зависимости от силы и продолжительности прикосновения, но разница между прикосновением и его удалением была очевидна.

В течение 30 секунд после прикосновения к клетке исследователи наблюдали медленные волны ионов кальция, называемые цитозольным кальцием, которые перемещались из этой клетки через соседние растительные клетки. Это продолжалось 3-5 минут. Удаление прикосновения показало почти мгновенный набор более быстрых волн, которые рассеялись в течение минуты.

Авторы считают, что эти волны связаны с изменением давления внутри клетки. В отличие от животных клеток с проницаемыми мембранами, растительные клетки имеют прочные клеточные стенки, которые нелегко пробить, поэтому легкое прикосновение временно повышает давление в растительной клетке. Исследователи проверили теорию давления механически, вставив крошечный стеклянный капиллярный датчик давления в растительную клетку. Увеличение и уменьшение давления внутри клетки приводило к подобным кальциевым волнам, вызываемым началом и прекращением прикосновения.

Зачем им чувствовать прикосновения

Исследование показало, что растения способны различать прикосновения и передавать информацию о них другим клеткам без нервной системы. Это может иметь значение для защиты растений от вредителей, а также для их адаптации к окружающей среде. Например, растения могут выделять химические вещества, которые делают листья менее вкусными или токсичными для насекомых, или активировать гены, которые увеличивают устойчивость к засухе или солености.

Исследование было опубликовано в журнале Current Biology под названием «Calcium signaling in plant cells is differentially affected by the onset and release of mechanical stress».