Сучасна флора та фауна
Креацентр > Статті > Сучасна флора та фауна > Спілкування рослин: рослини навчилися говорити

Спілкування рослин: рослини навчилися говорити

Рослини мають незручне становище. Оскільки вони не можуть просто встати й піти, або навіть кричати, коли знаходяться в небезпеці, ми часто думаємо про рослини як про пасивні приймачі всього, що кидає проти них навколишнє середовище. Як відзначала одна група авторів «рослини німі й глухі, а спілкування між рослинами суперечить людському здоровому глузду».1 Проте рослини далеко не пасивні. Насправді, рослини дуже активні й товариські. Рослинна комунікація виявляється в багатьох формах і зустрічається в багатьох сім'ях рослин. Але чи можуть вчені пояснити, як і чому рослини розвинули цю складну систему?

Зв'язок рослин: той же вид

Вперше продемонстроване на деревах у 1983 році, спілкування між рослинами досі оповите таємницею.2 Те, що було виявлено, вказує на те, що рослини спілкуються кількома способами. Ця стаття буде присвячена наземному зв'язку, але рослини також спілкуються під землею. При спілкуванні над землею рослини використовують спеціальні хімічні речовини, звані летючими речовинами. Ці летючі речовини викидаються в повітря й приймаються сусідніми рослинами. Було ідентифіковано більше двадцяти летючих сполук.3

На перший погляд

• Рослини, незважаючи на нерухомість і безмовність, вільно спілкуються з іншими сусідніми рослинами, включаючи представників інших видів.

• Рослини також можуть спілкуватися з хижими комахами, щоб змусити комах харчуватися будь-якою травоїдною твариною яка нападає на рослину.

• Спілкування відбувається з використанням хімічних речовин, званих летючими речовинами.

• Летючи речовини часто налаштовані на реагування на дану ситуацію, як правило, хижацтво.

• У еволюціоністів немає хорошого пояснення, чому відбувається спілкування рослин, особливо між видами.

Було показано, що рослини того ж виду «допомагають» своїм найближчим родичам. В одному дослідженні вчені дозволяли травоїдному шкіднику вільно харчуватися тільки набором лімської квасолі. Потім вони перевірили прилеглі рослини лімської квасолі, які не були з'їдені, і виявили, що ті показали підвищену стійкість до нападу травоїдних.4 Ще одним прикладом були скручені сосни, на які напав травоїдний жук. Атаковані сосни посилали мінливий сигнал монотерпенів, так що сусідні родинні сосни були в змозі підготуватися до нападу.5 Якщо рослини можуть спілкуватися, то можна очікувати, що вони будуть спілкуватися з представниками свого виду в еволюційному світогляді, використовуючи ті ж хімічні сполуки й рецептори. Для креаціоніста цей зв'язок також має сенс, враховуючи, що члени одного виду за замовчуванням є членами одного роду.

Спілкування з хижаками

Інші дослідження важче узгодити з еволюційним світоглядом. Дослідники виявили, що рослинні летючі викиди не тільки впливають на інші рослини для захисту травоїдних; вони також можуть залучити природних хижаків, травоїдних, щоб харчуватися шкідником. В одному дослідженні рослини квасолі, заражені попелицями, були посаджені в той самий горщик, що й рослини без попелиці. Потім було показано, що незаражені рослини виділяють ті ж сполуки, які роблять їх привабливими для паразитичної оси, яка полює на попелиць, як заражені рослини. Це також застосовувалося, коли неінфіковані рослини вирощувалися в гідропонному розчині, який раніше містив заражені рослини.6 Це, мабуть, вказує на те, що летючі речовини передаються від рослини до рослини через грунт, оскільки це відбувається навіть тоді, коли корені не стикаються чи не ділять одночасно один і той же контейнер.

Рослина крес-салат, поширений модельний організм в ботаніці, виділяє летючі речовини у відповідь на хижацтво гусениць, капустяних білих метеликів. Коли гусениці жують крес-салат, він випускає летючі речовини, які приваблюють осу-паразита. Оси-паразити більше реагували на рослини, пошкоджену гусеницями білокачанну капусту, хоча вони також були залучені до рослин, які були пошкоджені вручну й через загальне пошкодження травоїдних.7 Цей результат може свідчити про те, що крес-салат зміг розпізнати травоїдну, що живиться ним, і налаштувати його летючі речовини, щоб залучити потрібного хижака для боротьби з ним.

Ще один дуже розумний експеримент був проведений з лімською квасолею, кукурудзою й тютюном. Замість того, щоб припустити, що неінфіковані рослини, які відчували летючі речовини, мали кращий захист від травоїдних тварин, ці дослідники перевірили цю ідею, помістивши неінфіковані тютюнові рослини в аеродинамічну трубу та помістивши рослини квасолі проти вітру. Потім лімська квасоля була заражена травоїдними кліщами, а тютюнові рослини видалені. Потім були введені нові, неінфіковані рослини лімської квасолі. Через кілька днів травоїдні кліщі були введені в неінфіковані рослини. Той же процес був застосований до рослин кукурудзи, за винятком іншої комбінації травоїдних і хижаків. Було виявлено, що в лабораторному середовищі з повітряним потоком неінфіковані рослини були більш стійкі до своїх травоїдних тварин, у той час як в тепличному середовищі без повітряного потоку не було ніякої різниці.8 Це очікувано, оскільки рослинні летючі речовини переносяться вітром над землею й зазвичай мають діапазон у кілька сантиметрів навіть у найкращих умовах.

Грунтування захисту

Дослідження, проведене на звичайному бур'яні золотушнику, виявило деякі цікаві відкриття в серії з п'яти експериментів. При впливі мобільного хижака, такого як жук, що використовується в дослідженні, золотушники змогли збільшити свою летючу продукцію, як для попередження інших прилеглих золотушників, так і для заохочення личинки жука до переходу на іншу, сусідню рослину.9 Золотушники, пошкоджені комахами й неушкоджені, але ті що знаходяться в безпосередній близькості від пошкоджених рослин, виявляли дуже схожі реакції, хоча й змінювалися з часом. Цей результат показує, що летючі речовини рослин не завжди є просто попередженням для інших рослин. Дослідники називають цю підготовчу здатність грунтовкою. Ґрунтовка дозволяє рослинам реагувати на потенційну атаку травоїдних, виробляючи хімічні речовини, які роблять їх менш привабливими для сусіднього травоїдного, виробляючи токсини, або роблячи себе непривабливими.10

Не всі ґрунтовки відбуваються між представниками одного виду чи навіть одного роду. Тютюнові рослини продемонстрували здатність отримувати сигнали від рослин полину, які готують тютюн до потенційної появи травоїдних.11 Бавовняні рослини продемонстрували здатність посилювати захисні сили, як конюшини, так і люцерни. В цьому конкретному експерименті рослини бавовнику, пошкоджені хробаком, випускали летючі речовини, які попереджали довколишню конюшину і люцерну про майбутню небезпеку, як у лабораторних, так і в польових дослідженнях. Проте зворотне невірно.12 Ні конюшина, ні люцерна не захищають бавовну, коли вони пошкоджені травоїдними тваринами. Це означає, що летючі речовини не є універсальною рослинною мовою. Деякі рослини можуть «розуміти» представників інших видів, але зворотне не завжди вірно.

Цікаво, виявляється, що грунтовку може запам'ятати рослина, принаймні, на короткий час. Тести на рослинах кукурудзи з використанням звичайного хробака визначили, що ґрунтовка триває мінімум п'ять днів і, можливо, довше.13 Ці зміни опосередковані эпігенетично. Оскільки дослідники продемонстрували, що епігенетичні зміни можуть передаватися в спадщину протягом кількох поколінь, цілком можливо, що ця грунтовка може бути передана будь-якому насінню, виробленому під час грунтування рослини.14 Ця ідея була продемонстрована на прикладі крес-салату та помідорів.Було виявлено, що обидва вони здатні передавати стійкість до травоїдних, принаймні, в наступному поколінні рослин.15

Хоча грунтовка не така вже дивна ні для еволюціоніста, ні для креаціоніста, той факт, що неспоріднені види можуть бути грунтовані тим самим сигналом, який ґрунтує членів одного й того ж виду, викликає подив. Немає ніякої еволюційної причини для полину, щоб виховати таку віддалено «родинну» тютюнову рослину. Це не дає ніякої еволюційної переваги. Принаймні, це було б вигідно полину, щоб уникнути ґрунтовкою тютюнового захисту, щоб вона відволікала напад травоїдних від інших членів виду полину. Таким чином, міжвидова грунтовка повинна бути обрана в еволюційній парадигмі. Проте, якщо дивитися через призму створення, міжвидове грунтування має набагато більше сенсу. В ідеальному світі, до гріхопадіння, рослини всі були б з'їдені травоїдними. Проте, оскільки прокляття не було введено в дію, цілком можливо, що рослини були призначені для співпраці одна з одною та обміну інформацією про діяльність травоїдних шляхом обміну летючими речовинами.

Хімія рослинних комунікацій

 Більшість досліджень зв'язку рослин були проведені в лабораторних умовах, що призвело деяких дослідників до питання про те, чи може зв'язок між рослинами, або між рослинами й комахами, відбуватися в природі. В ході огляду цієї теми було висловлено припущення про те, що комунікація між рослинами буде такою ж «в польових умовах», але при цьому було застереження проти різких заяв з невеликою кількістю наявних доказів.16 З погляду творення очікується, що рослини повинні бути здатні спілкуватися в природних умовах, а також в лабораторних умовах, якщо Бог вмонтував у них цю здатність.

Для деяких рослин був проаналізований і опублікований весь їхній хімічний набір летючих речовин. Одним з таких прикладів є резуха. Було виявлено більше ста таких сполук.17 Іншим прикладом є полин, яка, як було встановлено, має два дуже різних «хемотипа» всередині одного йтого ж виду, які були спадковані.18 Більшість цих летючих речовин називають липідофільними, або залучаються до природних жирів.19 Через цей і той факт, що клітинні мембрани складаються з фосфоліпідного бішару, летючі речовини здатні швидко випаровуватися з рослинних клітин в атмосферу при пошкодженні рослини.20 Проте метод, за допомогою якого рослина, яка отримує летючі речовини, «розуміє» їх, до того часу в значній мірі невідомий.21 Проте, було кілька недавніх натяків, що зв'язування білка бере участь в отриманнілетючих речовин.22

Існує чотири поширених типи хімічних сполук у рослинних летючих речовинах.23 Першими є терпеноїдні сполуки, які можуть виконувати ряд функцій. Було ідентифіковано понад 22 000 терпеноїдів.24 Терпеноїди синтезуються з ізопентенілу пірофосфату з утворенням будівельних блоків. Ці будівельні блоки служать субстратами для спеціальних ферментів, званих ферментами терпен-синтази, які потім каталізують виробництво терпеноїдних летючих речовин.25 Одним з прикладів терпеноїда, який бере участь у комунікації рослин, є (Е,Е)-α-фарнезен, який міститься в огірках.26

Другий клас летючих речовин — похідні жирні кислоти. Залежно від включеної жирної кислоти, шлях біосинтезу різний. Проте, як правило, він включає в себе окислення жирних кислот, перш ніж вони вивільняються у вигляді летючих речовин.27 Імовірно, найбільш поширеними похідними жирних кислот є жасмонати. Було показано, що одна з таких хімічних речовин, метил-жасмонат, допомагає ініціювати захист рослин на декількох рослинах при отриманні з повітря, навіть якщо ці рослини не є тим самим видом.28

Третій тип рослинних летючих речовин — ароматичні сполуки. У хімії це сполуки, які містять молекулу бензольного кільця (C6 H6). В рослинах ці сполуки часто отримують з амінокислоти L-фенілаланін.29 Ароматичні речовини не так поширені, як терпеноїди, але вони з'являються в рослинних летючих речовинах з регулярністю. Бензиловий спирт — один із прикладів, який був знайдений у резухи.30

Похідні амінокислоти являють собою четвертий тип рослинних летючих речовин, крім вищезазначених похідних L-фенілаланіну, розглянутих вище. Різні амінокислоти розщеплені з утворенням різних рослинних летючих речовин, а деякі з них утворюють більше однієї летючої речовини. Наприклад, метіонін може бути розщеплений на діметілдісульфід і різні тіоефіри.31

Походження рослинних комунікацій

Пояснення походження рослинної комунікації стало проблемою для еволюціоністів. Дуже небагато статей намагалися звернутися до цієї теми. В одній статті, опублікованій у престижному журналі «Proceedings of the Royal Society B», стверджувалося, що рослини краще реагують на сигнали близьких родичів. Ця відповідь відповідає недавнім дослідженням на скручених соснах, згаданих вище.32 Дослідники стверджують у своєму висновку, що визнання спорідненості «робить таку еволюцію більш імовірною».33 Проте, хоча розпізнавання споріднення може пояснити, чому деякі рослини розуміють летючі викиди свого родича, воно не пояснює, чому випромінювачі виробляють летючі речовини або чому рослини можуть реагувати на летючі речовини різних видів.34 Дослідники визнають, що випромінювачі не «знали», що вони випускають летючі речовини для родичів, тому еволюція не пояснюється.35

Нездатність емпірично пояснити, як і чому рослини спілкуються, залишила багатьох еволюціоністів розчарованими. В одній із статей визнавалося: «В цілому, є під рукою теорії, які могли б пояснити еволюцію сигналів, що випускаються в повітря, але не вистачає емпіричних даних для їхньої перевірки. Досвідченим шляхом відомо, що рослини можуть сприймати ЛОС (летючі органічні сполуки), але немає ніяких теоретичних моделей, щоб зрозуміти еволюційне походження цієї здатності, і не зовсім зрозуміло, як летючі речовини сприймаються й перетворюються в сигнали».36

Спілкування рослин — це чудо Божого задуму. У світі до гріхопадіння рослини, можливо, могли вільно обмінюватися інформацією через кордон виду, щоб попередити своїх сусідів про наближення травоїдної тварини. Можливо, здатність спілкуватися з комахами, які полюють на травоїдних, є адаптацією після гріхопадіння, або через розблокування генів при гріхопадінні, або через видоутворення та генетичний дрейф. Хімічна складність цих летючих речовин і той факт, що ми досі не знаємо, як саме рослини переводять одержувані ними сигнали, говорять про складність задуму Бога, вбудованого в Його досконале творіння. І для вченого-креаціоніста, яка радість мати можливість продовжувати вивчати більше про Творця через складну роботу Його творінь.


Автор: Гаррі Ф. Сандерс, III

Дата публікації: 8 жовтня 2019 року

Джерело: Answers In Genesis


Переклад: Горячкіна Г.

Редактор: Недоступ А.

Посилання:

1. Мартін Хайль і Річард Карбан, Пояснення еволюції зв'язки рослин повітряними сигналами, Trends in Ecology & Evolution 25, № 3 (2010):137-144, http://agri.ckcest.cn/ass/NK003-20161121004.pdf.

2. Ян Т. Болдуін і Джек К. Шульц, Швидкі зміни в хімії листя дерева, викликані ушкодженням: докази зв'язку між рослинами, Science 221, № 4607 (1983):277-279, https://science.sciencemag.org/content/221/4607/277.

3. Гюнтер Вітцані, Біосеміотика комунікації рослин, The American Journal of Semiotics 24, №. 1-3 (2008):39-56, https://philpapers.org/archive/WITTBO-2.pdf.

4. К. Кост і М. Хайль, Викликані травоїдними рослинами летючі речовини викликають непрямий захист у сусідніх рослин, Journal of Ecology 94, № 3 (2006):619-628, https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1365-2745.2006.01120.x.

5. Альтаф Хусейн, Жан К. Родрігес-Рамос і Надир Эрбільгін, Просторові характеристики мінливої комунікації зв'язку в скручених соснах: докази спорідненого визнання та внутрішньовидової підтримки, Science of the Total Environment 692 (2019):127-135, https://www.researchgate.net/profile/Altaf_Hussain38/publication/334543861_Spatial_characteristics_of_volatile_communication_in_lodgepole_pine_trees_Evidence_of_kin_recognition_and_intra-species_support/links/5d36426f4585153e591967d8/Spatial-characteristics-of-volatile-communication-in-lodgepole-pine-trees-Evidence-of-kin-recognition-and-intra-species-support.pdf.

6. Гер’єрі, і співавт., Комунікація між рослинами, опосередуюча орієнтацію в польоті Aphidius ervi в польоті, Journal of Chemical Ecology 28, № 9 (2002): 1703-1715, https://www.researchgate.net/profile/Emilio_Guerrieri/publication/11018898_Plant-to-Plant_Communication_Mediating_In-Flight_Orientation_of_Aphidius_ervi/links/56e6c82508aedb4cc8af857f.pdf.

7. Ремко M. П. ван Поєкє, Маартен A. Постумус і Марсель Дік, Викликана травоїдними летюча продукція Arabidopsis thaliana призводить до залучення паразитоїда Cotesia rubecula: хімічний, поведінковий та аналіз експресії генів, Journal of Chemical Ecology 27, № 10 (2001):1911-1928, https://link.springer.com/article/10.1023/A:1012213116515.

8. Ацуши Мурою та ін., Комбінована дія трансгенних рослинних летючих речовин на набутий імунітет до травоїдних, викликаний міжпланетними комунікаціями, PLOS One (2011), https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0024594.

9.Кімберлі Моррелл і Андре Кесслер, Зв'язок рослин у широко поширеному золотушнику: збереження травоїдних у русі, Functional Ecology 31, № 5 (2017):1049-1061, https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-  2435.12793.

 10. Моррелл і Кесслер 2017.

 11. Андре Кесслер і ін., Грунтування захисних реакцій рослин у природі повітряно-крапельним сигналом між Artemisia tridentata і Nicotiana attenuate, Oecologia 148, no. 2 (2006):280-292, https://www.researchgate.net/profile/Ian_Baldwin2/publication/42089067_Priming_of_plant_defense_responses_in_nature_by_airborne_signaling_between_Artemisia_tridentata_and_Nicotiana_attenuata/links/56571e6308ae4988a7b527a8.pdf.

 12. Алі Закір і ін., Летючі речовини рослин, індуковані травоїдними, забезпечують асоціативну стійкість до травоїдних, які відкладають яйця Journal of Ecology 101, № 2 (2013):410-417, https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi  /full/10.1111/1365-2745.12041.

 13. Мохаммед Алі і ін., Пам'ять комунікацій рослин для грунтування анти-травоїдних реакцій, Nature Communications 3 (2013), https://www.nature.com/articles/srep01872.

 14. Ребекка С. Мур, Рейчел Калецькі й Колін т. Мерфі, Piwi/PRG-1 Argonaute і TGF-β опосередковують трансгенераційне наукове патогенне уникнення, Cell 177 (2019):1827-1841, https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.05.024.

 15. Серхіо Расманн і співавт., Травоїдні рослини попереднього покоління для підвищення стійкості до комах, Plant Physiology 158, № 2 (2012):854-863, http://www.plantphysiol.org/content/plantphysiol/158/2/  854.full.pdf.

 16. Андреа Клавіхо Маккормік, може зв'язок між рослинами й природою протистояти порушенню біотичних і абіотичних факторів?, Ecology and Evolution 6, № 23 (2016):8569-8582, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/ece3.2567.

17. Дженс Ролоф і Атлє M. Боунз, Летючи профілювання Arabidopsis thaliana — передбачувані нюхові з'єднання в рослинній комунікації, Phytochemistry 66, № 16 (2005):1941-1955, https://www.researchgate.net/profile/Atle_Bones/publication/7679209_Volatile_profiling_of_Arabidopsis_thaliana_what number is this?-_Putative_olfactory_compounds_in_plant_communication/links/5a78262c0f7e9b41dbd26a8b/Volatile-profiling-of-Arabidopsis-thaliana-Putative-olfactory-compounds-in-plant-communication.документ pdf.

18. Річард Карбан, Розшифровка мови спілкування рослин: летючі хемотипи полину, New Phytologist 204 (2016):380-385. https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/nph.12887%4010.1002/%28ISSN%291469-8137%28CAT%29VirtualIssues%28VI%29Plantvolatiles.

19. Еран Пичерський, Джозеф П. Ноель і Наталя Дударєва, Біоситез летючих речовин рослин: різноманітність і винахідливість природи, Science 311, № 5762 (2006):808-811, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2861909/.

20. Ян Т. Болдуін, Рослинні летючі речовини, Current Biology 20, № 9 (2010):R392-R397, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982210002411.

21. Карбан та ін., 2013.

22. Аюмі Нагасима та ін., Транскрипційні регулятори, які беруть участь в реакціях на летючи органічні сполуки в рослинах, Journal of Biological Chemistry 294 (2019):2256-2266, http://www.jbc.org/content/294/7/2256.short.

23. Болдуін, 2010.

24. Дуглас Л. Макгарві та Родні Крото, Терпеноїдный метаболізм, The Plant Cell 7, № 7 (1995):1015-1026, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC160903/pdf/071015.pdf.

25. Болдуін, 2010.

26. Асаф Ахароні, Мартен А. Джонсма та Харрі Дж. Бувмістер, Мінлива наука? Метаболічна інженерія терпеноїдів у рослинах, TRENDS in Plant Science 10, № 12 (2005):594-602, https://ucanr.edu/datastoreFiles/608-311.pdf.

27. Болдуін, 2010.

28. Едвард Е. Фармер і Кларенс А. Райан, Міжпланетний зв'язок: повітрянодесантний метил жасмонат індукує синтез інгібіторів протеїнази в листях рослин, Proceedings of the National Academy of Sciences 87, № 19 (1990):7713-7716, https://www.pnas.org/content/pnas/87/19/7713.full.pdf.

29. Болдуін, 2010.

30. Ролоф і Боунз, 2005.

31. Абдул Рашид Уор та ін., Травоїдні індуковані рослинні летючі речовини: їхня роль у захисті рослин для боротьби з шкідниками. Plant Signaling & Behavior 6, № 12 (2011):1973-1978, https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.4161/psb.6.12.18053.

32. Хуссейн та ін., 2019.

33. Річард Карбантаін., Визнання спорідненості впливає на зв'язок і захист рослин, Proceedings of the Royal Society B 280, № 1756 (2013), https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rspb.2012.3062.

34. Кесслер та ін., 2016.

35. Карбан та ін., 2013.

36. Хайль і Карбан, 2010.

Написати коментар