Растения используют систему кальциевой сигнализации, чтобы сообщить о повреждениях

Когда комар кусает вас за плечо, вы сразу смахиваете его, стараясь не допустить еще одного укуса. Растения так делать не могут, но, как обнаружили ученые, они способны предупреждать свои еще не «атакованные» части о надвигающейся угрозе.

Международная группа исследователей из Японии и США доказала, что при повреждении какой-либо части растения глутамат, присутствующий в нем, запускает кальциевую сигнализацию в клетках. Это становится своего рода системой оповещения других частей растения о повреждениях. Исследование опубликовано в журнале Science.

Известно, что хоть у растений и нет центральной нервной системы, как у животных, они могут реагировать на раздражители и распространять по организму электрические сигналы, напоминающие нервные импульсы. То, что клетки растений способны генерировать электрический сигнал, впервые обнаружил индийский ученый Джагадис Чандра Бозе (Jagadish Chandra Bose) еще около века назад.

Интересно, что в ответ на раздражители растения могут демонстрировать внешние проявления. Например, изменять свою ориентацию в пространстве. Явление, когда растение изгибается по направлению к источнику света, называется фототропизмом. Есть и более знакомый нам пример, когда части растения реагируют на изменение температуры: например, мимоза, скручивающая листья на холоде. Такая реакция называется термотропизмом.

Исследователи из Японии и США изучали, как гравитация влияет на растение семейства капустных резуховидку (Arabidopsis). Для того чтобы узнать, как уровень кальция изменяется в клетках растений при разных условиях, ученые наблюдали за мечеными белками, меняющими интенсивность флуоресценции при изменении концентрации кальция. В ходе исследования случайно было обнаружено интересное явление: когда часть растения, например лист, повреждалась, по остальным частям распространялось флуоресцентное свечение, свидетельствующее о том, что происходит кальциевая сигнализация, то есть последовательное изменение концентрации кальция в клетках. Этот процесс запечатлен на видео ниже.

Выяснилось, что уровнем кальция в клетках растения управляет глутамат — в то же время он исполняет роль возбуждающего нейротрансмиттера в нервной системе животных. Таким образом, системы сигнализаций оказались невероятно похожи друг на друга, хоть у растений электрические сигналы двигаются гораздо медленнее нервных импульсов. Впрочем, этой скорости хватает, чтобы отдаленные части растения могли успеть повысить уровень гормонов, связанных с защитой. Так растения готовятся к будущим угрозам.

У растений есть множество способов защиты. В этом видео мы подробно рассказываем о самых интересных.