Ինչու են բույսերին անհրաժեշտ նյարդային ազդակներ

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Դարավոր կաղնիներ, փարթամ խոտ, թարմ բանջարեղեն - ինչ-որ կերպ մենք սովոր չենք բույսերը կենդանի արարածներ համարել, և ապարդյուն: Փորձերը ցույց են տալիս, որ բույսերն ունեն նյարդային համակարգի մի տեսակ բարդ անալոգային և, ինչպես կենդանիները, կարողանում են որոշումներ կայացնել, հիշողություններ պահել, շփվել և նույնիսկ նվերներ տալ միմյանց:

Օքվուդի համալսարանի պրոֆեսոր Ալեքսանդր Վոլկովն օգնեց ավելի մանրամասն հասկանալ բույսերի էլեկտրաֆիզիոլոգիան։

Լրագրող. Երբեք չէի մտածի, որ ինչ-որ մեկը բույսերի էլեկտրաֆիզիոլոգիա է անում, քանի դեռ չեմ հանդիպել ձեր հոդվածներին։

Ալեքսանդր Վոլկով. Դու մենակ չես. Լայն հասարակությունը սովոր է բույսերը դիտել որպես սնունդ կամ լանդշաֆտային տարրեր՝ նույնիսկ չհասկանալով, որ դրանք կենդանի են: Մի անգամ ես Հելսինկիում զեկուցում էի անում բույսերի էլեկտրաֆիզիոլոգիայի մասին, և այդ ժամանակ գործընկերներս շատ զարմացան. Բայց դա միշտ չէ, որ այդպես է եղել. 18-րդ դարում լույս են տեսել բույսերի էլեկտրաֆիզիոլոգիայի մասին առաջին գրքերը, իսկ հետո կենդանիների և բույսերի ուսումնասիրությունն ընթացել է գրեթե զուգահեռ ճանապարհներով։ Օրինակ, Դարվինը համոզված էր, որ արմատը ուղեղի մի տեսակ է, քիմիական համակարգիչ, որը մշակում է ամբողջ բույսի ազդանշանները (տե՛ս, օրինակ, «Շարժումը բույսերում»): Եվ հետո եկավ Առաջին համաշխարհային պատերազմը, և բոլոր ռեսուրսները նետվեցին կենդանիների էլեկտրաֆիզիոլոգիայի ուսումնասիրության համար, քանի որ մարդկանց նոր դեղամիջոցներ էին անհրաժեշտ։

W: Թվում է, թե տրամաբանական է. լաբորատոր մկները դեռ շատ ավելի մոտ են մարդկանց, քան մանուշակները:

A. V. Իրականում բույսերի և կենդանիների միջև տարբերություններն ամենևին էլ այդքան մեծ չեն, իսկ էլեկտրաֆիզիոլոգիայում դրանք ընդհանուր առմամբ նվազագույն են։ Բույսերն ունեն նեյրոնի գրեթե ամբողջական անալոգը՝ ֆլոեմային հաղորդիչ հյուսվածք։ Այն ունի նույն կազմը, չափը և գործառույթը, ինչ նեյրոնները: Միակ տարբերությունն այն է, որ կենդանիների մոտ նատրիումի և կալիումի իոնային ուղիներն օգտագործվում են նեյրոններում՝ գործողության պոտենցիալները փոխանցելու համար, մինչդեռ բույսերի ֆլոեմում՝ քլորիդային և կալիումի իոնային ուղիները։ Սա է նեյրոֆիզիոլոգիայի ողջ տարբերությունը: Գերմանացիները վերջերս քիմիական սինապսներ են հայտնաբերել բույսերում, մենք էլեկտրական ենք, իսկ ընդհանրապես բույսերն ունեն նույն նեյրոհաղորդիչները, ինչ կենդանիները։ Ինձ թվում է, որ դա նույնիսկ տրամաբանական է. եթե ես ստեղծեի աշխարհը, իսկ ես ծույլ մարդ լինեի, ամեն ինչ կդարձնեի նույնը, որպեսզի ամեն ինչ համատեղելի լինի։

Ինչու են բույսերին անհրաժեշտ նյարդային ազդակներ:

Մենք չենք մտածում այդ մասին, բայց բույսերն իրենց կյանքում ավելի շատ ազդանշաններ են մշակում արտաքին միջավայրից, քան մարդիկ կամ այլ կենդանիներ: Նրանք արձագանքում են լույսին, ջերմությանը, ձգողականությանը, հողի աղային բաղադրությանը, մագնիսական դաշտին, տարբեր հարուցիչներին և ստացված տեղեկատվության ազդեցության տակ ճկուն կերպով փոխում են իրենց վարքը։ Օրինակ, Ֆլորենցիայի համալսարանի Ստեֆանո Մանկուզոյի լաբորատորիայում փորձեր են իրականացվել երկու մագլցող լոբի ընձյուղներով։ Գիտնականները բույսերի միջև ընդհանուր հենարան հաստատեցին, և կադրերը սկսեցին վազել դեպի այն: Բայց հենց որ առաջին բույսը բարձրացավ հենարանի վրա, երկրորդը անմիջապես կարծես իրեն պարտված ճանաչեց և դադարեց աճել այս ուղղությամբ: Հասկանում էր, որ ռեսուրսների համար պայքարն անիմաստ է, և ավելի լավ է երջանկությունը փնտրել այլ տեղ։

W: Բույսերը չեն շարժվում, դանդաղ են աճում և հիմնականում ապրում են անշտապ: Թվում է, թե նրանց նյարդային ազդակները նույնպես պետք է շատ ավելի դանդաղ տարածվեն։

Ալեքսանդր Վոլկով. Սա մոլորություն է, որը վաղուց գոյություն ունի գիտության մեջ։ 19-րդ դարի 70-ական թվականներին բրիտանացիները չափեցին, որ Վեներայի ճանճաթուղթի գործողության ներուժը տարածվում է վայրկյանում 20 սանտիմետր արագությամբ, բայց դա սխալ էր։Նրանք կենսաբան էին և ընդհանրապես չգիտեին էլեկտրական չափումների տեխնիկան. իրենց փորձերում բրիտանացիները օգտագործում էին դանդաղ վոլտմետրեր, որոնք նյարդային ազդակներ էին գրանցում նույնիսկ ավելի դանդաղ, քան տարածում էին, ինչը միանգամայն անընդունելի է։ Այժմ մենք գիտենք, որ նյարդային ազդակները կարող են անցնել բույսերի միջով շատ տարբեր արագություններով՝ կախված ազդանշանի գրգռման վայրից և դրա բնույթից: Բույսերում գործողության պոտենցիալների տարածման առավելագույն արագությունը համեմատելի է կենդանիների նույն ցուցանիշների հետ, իսկ գործողության ներուժի անցումից հետո թուլացման ժամանակը կարող է տատանվել միլիվայրկյաններից մինչև մի քանի վայրկյան:

W: Ինչի՞ համար են բույսերը օգտագործում այս նյարդային ազդակները:

A. V. Դասագրքի օրինակ է Վեներայի ճանճաթուղթը, որի մասին արդեն նշեցի։ Այս բույսերը ապրում են շատ խոնավ հողով տարածքներում, որտեղ օդը դժվար է թափանցել, և, համապատասխանաբար, այս հողում քիչ ազոտ կա։ Ճանճորսիչները ստանում են այս էական նյութի պակասը՝ ուտելով միջատներ և փոքր գորտեր, որոնց բռնում են էլեկտրական թակարդով՝ երկու ծաղկաթերթ, որոնցից յուրաքանչյուրում ներկառուցված են երեք պիեզոմեխանիկական սենսորներ։ Երբ միջատը նստում է ծաղկաթերթերից որևէ մեկի վրա և թաթով դիպչում այդ ընկալիչներին, դրանցում առաջանում է գործողության ներուժ։ Եթե միջատը 30 վայրկյանում երկու անգամ դիպչում է մեխանոսենսորին, ապա թակարդը փակվում է վայրկյանների ընթացքում: Մենք ստուգեցինք այս համակարգի աշխատանքը՝ արհեստական էլեկտրական ազդանշան կիրառեցինք Վեներայի ճանճերի թակարդի վրա, և ամեն ինչ նույն կերպ աշխատեց՝ թակարդը փակվեց։ Այնուհետև մենք կրկնեցինք այս փորձերը միմոզայի և այլ բույսերի հետ և ցույց տվեցինք, որ հնարավոր է ստիպել բույսերին բացել, փակել, շարժվել, թեքվել, ընդհանրապես, արեք այն, ինչ ուզում եք՝ օգտագործելով էլեկտրական ազդանշաններ: Այս դեպքում տարբեր բնույթի արտաքին գրգռումները բույսերում առաջացնում են գործողության պոտենցիալներ, որոնք կարող են տարբերվել ամպլիտուդով, արագությամբ և տևողությամբ:

W: Էլ ինչի՞ն կարող են արձագանքել բույսերը:

A. V. Եթե դուք կտրում եք ձեր երկրի տան խոտը, ապա գործողության ներուժը անմիջապես կգնա բույսերի արմատներին: Նրանց վրա կսկսվի որոշ գեների արտահայտումը, իսկ կտրվածքների վրա ակտիվանում է ջրածնի պերօքսիդի սինթեզը, որը պաշտպանում է բույսերը վարակվելուց։ Նույն կերպ, եթե փոխեք լույսի ուղղությունը, ապա առաջին 100 վայրկյանում բույսը ոչ մի կերպ չի արձագանքի դրան, որպեսզի կտրի ստվերի տարբերակը թռչունից կամ կենդանուց, իսկ հետո. նորից կգան էլեկտրական ազդանշաններ, որոնց համաձայն կայանը վայրկյանների ընթացքում կպտտվի այնպես, որ առավելագույնի հասցնի գրավել լուսային հոսքը: Նույնը տեղի կունենա, և երբ դուք սկսում եք կաթել եռացող ջուրը, և երբ դուք բարձրացնում եք վառվող կրակայրիչը, և երբ բույսը դնում եք սառույցի մեջ, բույսերը արձագանքում են ցանկացած գրգռիչներին էլեկտրական ազդանշանների օգնությամբ, որոնք վերահսկում են նրանց արձագանքը շրջակա միջավայրի փոփոխությանը: պայմանները.

Բույսերի հիշողություն

Բույսերը ոչ միայն գիտեն, թե ինչպես արձագանքել արտաքին միջավայրին և, ըստ երևույթին, հաշվարկել իրենց գործողությունները, այլև կապում են որոշ սոցիալական հարաբերություններ իրենց միջև: Օրինակ, գերմանացի անտառապահ Պիտեր Վոլլեբենի դիտարկումները ցույց են տալիս, որ ծառերը մի տեսակ բարեկամություն ունեն. գործընկեր ծառերը միահյուսված են արմատներով և ուշադիր հետևում են, որ նրանց պսակները չխանգարեն միմյանց աճին, մինչդեռ պատահական ծառերը հատուկ զգացմունքներ չունեն: իրենց հարևանների համար նրանք միշտ փորձում են իրենց համար ավելի շատ բնակելի տարածք գրավել: Միևնույն ժամանակ, բարեկամությունը կարող է առաջանալ նաև տարբեր տեսակի ծառերի միջև։ Այսպիսով, նույն Mancuso-ի փորձերում գիտնականները նկատեցին, թե ինչպես Դուգլասի մահից կարճ ժամանակ առաջ թվում է, որ այն ժառանգություն է թողնում. նրանից ոչ հեռու դեղին սոճին մեծ քանակությամբ օրգանական նյութեր ուղարկեց արմատային համակարգով:

W: Բույսերը հիշողություն ունե՞ն:

Ալեքսանդր Վոլկով. Բույսերն ունեն հիշողության բոլոր տեսակները, ինչ կենդանիները:Օրինակ, մենք ցույց ենք տվել, որ Վեներայի ճանճաթուղթը հիշողություն ունի. որպեսզի թակարդն աշխատի, պետք է 10 միկրոզույգ էլեկտրականություն ուղարկվի դրան, բայց պարզվում է, որ դա պարտադիր չէ անել մեկ նստաշրջանում: Կարող եք նախ մատուցել երկու միկրոկուլոմբ, ապա ևս հինգը և այլն։ Երբ ընդհանուրը 10 լինի, բույսին կթվա, թե միջատ է մտել մեջը, և նա կփակվի: Միակ բանն այն է, որ դուք չեք կարող 40 վայրկյանից ավելի ընդմիջումներ կատարել նիստերի միջև, հակառակ դեպքում հաշվիչը կզրոյականացվի. դուք կստանաք այդպիսի կարճաժամկետ հիշողություն: Իսկ բույսերի երկարաժամկետ հիշողությունն ավելի հեշտ է տեսնել. օրինակ, ապրիլի 30-ին մի գարնանային ցրտահարվեց մեզ, և բառացիորեն մի գիշերվա ընթացքում բոլոր ծաղիկները սառեցին թզենու վրա, իսկ հաջորդ տարի այն չծաղեց մինչև մայիսի 1-ը, որովհետև նա հիշում էր, թե ինչ է դա: ավարտվեց: Նմանատիպ բազմաթիվ դիտարկումներ են արվել բույսերի ֆիզիոլոգների կողմից վերջին 50 տարիների ընթացքում:

W: Որտե՞ղ է պահվում բույսերի հիշողությունը:

A. V. Մի անգամ ես հանդիպեցի Կանարյան կղզիների կոնֆերանսի ժամանակ Լեոն Չուային, ով ժամանակին կանխատեսում էր մեմրիստորների գոյությունը՝ դիմադրություններ անցած հոսանքի հիշողությամբ: Մենք խոսեցինք. Չուան գրեթե ոչինչ չգիտեր իոնային ալիքների և բույսերի էլեկտրաֆիզիոլոգիայի մասին, ես՝ մեմրիստորների մասին։ Արդյունքում նա խնդրեց ինձ փորձել մեմրիստորներ փնտրել in vivo-ում, քանի որ ըստ իր հաշվարկների՝ դրանք պետք է ասոցացվեն հիշողության հետ, բայց մինչ այժմ ոչ ոք նրանց չի գտել կենդանի էակների մեջ։ Մենք ամեն ինչ արեցինք. մենք ցույց տվեցինք, որ հալվեի, միմոզայի և նույն Վեներայի ճանճերի լարումից կախված կալիումային ուղիներն իրենց բնույթով մեմրիստորներ են, և հաջորդ աշխատություններում հիշողության հատկությունները հայտնաբերվել են խնձորի, կարտոֆիլի, դդմի սերմերի և տարբեր տեսակների մեջ: ծաղիկներ. Միանգամայն հնարավոր է, որ բույսերի հիշողությունը կապված է հենց այդ մեմրիստորների հետ, բայց դա դեռ հստակ հայտնի չէ:

W: Բույսերը գիտեն, թե ինչպես պետք է որոշումներ կայացնել, ունեն հիշողություն: Հաջորդ քայլը սոցիալական փոխազդեցությունն է: Կարո՞ղ են բույսերը շփվել միմյանց հետ:

A. V. Գիտեք, Ավատարում կա մի դրվագ, որտեղ ծառերը շփվում են միմյանց հետ գետնի տակ։ Սա ֆանտազիա չէ, ինչպես կարելի է կարծել, այլ հաստատված փաստ։ Երբ ես ապրում էի ԽՍՀՄ-ում, մենք հաճախ էինք գնում սունկ հավաքելու և բոլորը գիտեին, որ սունկը պետք է խնամքով կտրել դանակով, որպեսզի չվնասվի միկելիումը։ Այժմ պարզվում է, որ միցելիումը էլեկտրական մալուխ է, որի միջոցով ծառերը կարող են շփվել ինչպես միմյանց, այնպես էլ սնկերի հետ։ Ավելին, կան բազմաթիվ ապացույցներ, որ ծառերը փոխանակում են ոչ միայն էլեկտրական ազդանշանները միկելիումի երկայնքով, այլ նաև քիմիական միացություններ կամ նույնիսկ վտանգավոր վիրուսներ և բակտերիաներ:

W: Ի՞նչ կարող եք ասել այն առասպելի մասին, որ բույսերը հասկանում են մարդկային խոսքը, և, հետևաբար, դուք պետք է նրանց հետ խոսեք բարի և հանգիստ, որպեսզի նրանք ավելի լավ աճեն:

A. V. Սա ընդամենը միֆ է, ուրիշ ոչինչ։

W: Կարո՞ղ ենք բույսերի նկատմամբ կիրառել «ցավ», «մտքեր», «գիտակցություն» տերմինները:

A. V. Ես ոչինչ չգիտեմ այս մասին: Սրանք արդեն փիլիսոփայության հարցեր են։ Անցյալ ամառ Սանկտ Պետերբուրգում կայացավ բույսերի ազդանշանների մասին սիմպոզիում, և միանգամից մի քանի փիլիսոփաներ եկան տարբեր երկրներից, ուստի այս թեման այժմ սկսում է զբաղվել: Բայց ես սովոր եմ խոսել այն մասին, թե ինչ կարող եմ փորձնականորեն փորձարկել կամ հաշվարկել։

Բույսերը որպես սենսորներ

Բույսերը կարողանում են համակարգել իրենց գործողությունները՝ օգտագործելով ճյուղավորված ցանցերը: Այսպիսով, աֆրիկյան սավաննայում աճող ակացիա ոչ միայն թունավոր նյութ է արձակում իր տերևների մեջ, երբ ընձուղտները սկսում են ուտել այն, այլև ցնդող «տագնապ գազ» է արձակում, որը աղետի ազդանշան է ուղարկում շրջակա բույսերին: Արդյունքում, սնունդ փնտրելու համար ընձուղտները ստիպված են շարժվել ոչ թե մոտակա ծառերի մոտ, այլ նրանցից հեռանալ միջինը 350 մետրով։ Այսօր գիտնականները երազում են օգտագործել բնության կողմից կարգաբերված կենդանի սենսորների նման ցանցերը շրջակա միջավայրի մոնիտորինգի և այլ խնդիրների համար:

W: Փորձե՞լ եք գործնականում կիրառել ձեր բույսերի էլեկտրաֆիզիոլոգիայի հետազոտությունները:

Ալեքսանդր Վոլկով. Ես ունեմ բույսերի միջոցով երկրաշարժերի կանխատեսման և գրանցման արտոնագրեր:Երկրաշարժերի նախօրեին (աշխարհի տարբեր մասերում ժամանակային միջակայքը տատանվում է երկուից յոթ օր) երկրակեղևի շարժումն առաջացնում է բնորոշ էլեկտրամագնիսական դաշտեր։ Ժամանակին ճապոնացիներն առաջարկեցին դրանք ուղղել հսկա ալեհավաքների օգնությամբ՝ երկաթի կտորներ երկու կիլոմետր բարձրությամբ, բայց ոչ ոք չէր կարող նման ալեհավաքներ կառուցել, և դա անհրաժեշտ չէ։ Բույսերն այնքան զգայուն են էլեկտրամագնիսական դաշտերի նկատմամբ, որ կարող են երկրաշարժերը կանխատեսել ավելի լավ, քան ցանկացած ալեհավաք: Օրինակ, մենք օգտագործել ենք ալոե վերա այս նպատակների համար. մենք միացրել ենք արծաթի քլորիդ էլեկտրոդները դրա տերևներին, գրանցել էլեկտրական ակտիվությունը և մշակել տվյալները:

W: Բացարձակապես ֆանտաստիկ է հնչում: Ինչո՞ւ այս համակարգը գործնականում դեռ չի ներդրվում։

A. V. Այստեղ անսպասելի խնդիր կար. Նայեք՝ ասենք, դուք Սան Ֆրանցիսկոյի քաղաքապետն եք և իմացեք, որ երկու օրից երկրաշարժ է լինելու։ Ինչ ես պատրաստվում անել? Եթե մարդկանց ասեք այս մասին, ապա խուճապի և ջախջախման արդյունքում կարող է ավելի շատ մարդ զոհվել կամ վիրավորվել, քան երկրաշարժից։ Նման սահմանափակումների պատճառով ես նույնիսկ չեմ կարող հրապարակայնորեն քննարկել մեր աշխատանքի արդյունքները բաց մամուլում։ Ամեն դեպքում, կարծում եմ, վաղ թե ուշ մենք կունենանք մոնիտորինգի տարբեր համակարգեր, որոնք կգործեն սենսորային կայանների վրա: Օրինակ, մեր աշխատանքից մեկում մենք ցույց ենք տվել, որ օգտագործելով էլեկտրաֆիզիոլոգիական ազդանշանների վերլուծությունը, հնարավոր է ստեղծել գյուղատնտեսական բույսերի տարբեր հիվանդությունների ակնթարթային ախտորոշման համակարգ:

Ավելին թեմայի վերաբերյալ.

Բույսերի միտք

Բույսերի լեզուն