Как информация о прикосновении распространяется по клеткам растения (вид под микроскопом)
Безо всякой нервной системы растения могут чувствовать, когда что-то прикасается к ним и когда отпускает — это показало исследование, проведённое под руководством Университета штата Вашингтон.
В ходе ряда экспериментов отдельные растительные клетки реагировали на прикосновение тонкой стеклянной палочки, посылая медленные волны кальциевых сигналов другим растительным клеткам, а когда давление ослабевало, они посылали гораздо более быстрые волны. Хотя учёным известно, что растения могут реагировать на прикосновения, данное исследование показывает, что растительные клетки посылают разные сигналы в начале и при окончании прикосновения.
«Удивительно, насколько чувствительны клетки растений — они могут различать, когда к ним что-то прикасается. Они чувствуют давление, а когда оно ослабевает, они чувствуют падение давления, — сказал Майкл Кноблаух, профессор биологических наук ВГУ и старший автор исследования, опубликованного в журнале Nature Plants. — Удивительно, что растения могут делать это совсем иначе, чем животные, без нервных клеток и на очень тонком уровне».
Кноблаух и его коллеги провели серию из 84 экспериментов на 12 растениях, используя специально выведенные кресс-салат и табак с кальциевыми датчиками — это относительно новая технология. Поместив части этих растений под микроскоп, они слегка прикасались к отдельным клеткам растений крошечной стеклянной палочкой диаметром с человеческий волос. Они наблюдали множество сложных реакций, зависящих от силы и продолжительности прикосновения, при этом разница между началом прикосновениея и его окончанием была очевидна.
В течение 30 секунд после прикосновения к клетке исследователи увидели медленные волны ионов кальция (цитозольного кальция), которые распространялись от этой клетки по соседним клеткам растения и продолжались около трёх-пяти минут. После удаления прикосновения наблюдался почти мгновенный набор более быстрых волн, которые рассеивались в течение минуты.
Авторы считают, что эти волны, скорее всего, вызваны изменением давления внутри клетки. В отличие от животных клеток с проницаемыми мембранами, растительные клетки имеют прочные клеточные стенки, которые невозможно легко прорвать, поэтому лёгкое прикосновение временно повышает давление в растительной клетке.
Исследователи проверили теорию давления механически, вставив в растительную клетку крошечный стеклянный капиллярный зонд. Увеличение и уменьшение давления внутри клетки приводило к появлению аналогичных кальциевых волн, вызываемых началом и прекращением прикосновения.
«Люди и животные ощущают прикосновение через сенсорные клетки. У растений механизм, по-видимому, заключается в увеличении или уменьшении внутреннего давления в клетке, — говорит Кноблаух. — И неважно, какая это клетка. Нам, людям, возможно, нужны нервные клетки, но у растений это может делать любая клетка, расположенная на поверхности".
Предыдущие исследования показали, что когда вредитель, например гусеница, кусает лист растения, это может вызвать защитную реакцию растения, например, выделение химических веществ, которые делают листья менее вкусными или даже токсичными для вредителя. Более раннее исследование также показало, что расчёсывание растения вызывает кальциевые волны, которые активируют различные гены.
В нынешнем исследовании удалось различить кальциевые волны между прикосновением и отпусканием, но как именно гены растения реагируют на эти сигналы, ещё предстоит выяснить. По словам Кноблауха, с помощью новых технологий, таких как датчики кальция, использованные в данном исследовании, учёные смогут начать распутывать эту загадку.
