Эмне үчүн өсүмдүктөргө нерв импульстары керек

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-16 16:10

Кылымдарды карыткан эмен дарактары, жапжашыл чөптөр, жаңы жашылчалар – эмнегедир биз өсүмдүктөрдү тирүү жандык катары кароого көнгөн эмеспиз, бекер эле. Тажрыйбалар көрсөткөндөй, өсүмдүктөр нерв системасынын татаал аналогуна ээ жана жаныбарлар сыяктуу эле чечим кабыл алууга, эс тутумдарды сактоого, баарлашууга, жада калса бири-бирине белек берүүгө жөндөмдүү.

Оквуд университетинин профессору Александр Волков өсүмдүктөрдүн электрофизиологиясын кеңири түшүнүүгө жардам берген.

Журналист: Мен сиздин макалаларыңызды көргөнгө чейин кимдир бирөө өсүмдүктөрдүн электрофизиологиясы менен алектенет деп ойлогон эмесмин

Александр Волков: Сен жалгыз эмес. Жалпы коомчулук өсүмдүктөрдү тамак же пейзаж элементтери катары көрүп, алардын тирүү экенин да түшүнбөй көнүп калган. Бир жолу мен Хельсинкиде өсүмдүктөрдүн электрофизиологиясы боюнча доклад жасап жаткан элем, анан менин кесиптештерим абдан таң калышты: «Мен олуттуу тема - аралашпаган суюктуктар менен алектенчүмүн, азыр болсо жашылча-жемиштердин кандайдыр бир түрү менен алектенип жүрдүм». Бирок бул дайыма эле болгон эмес: өсүмдүктөрдүн электрофизиологиясы боюнча биринчи китептер 18-кылымда жарык көргөн, андан кийин жаныбарлар менен өсүмдүктөрдү изилдөө дээрлик параллелдүү жол менен жүргөн. Мисалы, Дарвин тамырдын мээнин бир түрү, бүт өсүмдүктөн келген сигналдарды иштеткен химиялык компьютер экенине ынанган (караңыз: мисалы, "Өсүмдүктөрдүн кыймылы"). Анан биринчи дүйнөлүк согуш келип, бардык ресурстар жаныбарлардын электрофизиологиясын изилдөөгө жумшалган, анткени адамдарга жаңы дарылар керек болчу.

В: Бул логикалуу окшойт: лабораториялык чычкандар фиалкаларга караганда адамдарга дагы эле жакыныраак

A. V: Чындыгында, өсүмдүктөр менен жаныбарлардын ортосундагы айырмачылыктар анчалык деле чоң эмес, ал эми электрофизиологияда алар жалпысынан минималдуу. Өсүмдүктөр нейрондун дээрлик толук аналогуна ээ - флоэма өткөргүч кыртыш. Нейрондор сыяктуу курамы, көлөмү жана функциясы бар. Бир гана айырмасы жаныбарларда натрий жана калий иондук каналдары нейрондордо аракет потенциалын өткөрүү үчүн колдонулат, ал эми өсүмдүктөрдө флоэмада хлорид жана калий ион каналдары колдонулат. Нейрофизиологиянын айырмасы мына ушунда. Немистер жакында эле өсүмдүктөрдө химиялык синапстарды табышты, биз электрдик, жана жалпысынан алганда, өсүмдүктөр жаныбарлар сыяктуу эле нейротрансмиттерлерге ээ. Менин оюмча, бул дагы логикалуу окшойт: эгерде мен дүйнөнү жаратсам, жана мен жалкоо адам болсом, анда бардыгы шайкеш келгидей кылып, баарын бирдей кылмакмын.

Эмне үчүн өсүмдүктөр нерв импульстарына муктаж?

Биз бул жөнүндө ойлонбойбуз, бирок өсүмдүктөр жашоосунда сырткы чөйрөдөн адамдарга же башка жаныбарларга караганда көбүрөөк сигналдарды кабыл алышат. Алар жарыкка, жылуулукка, гравитацияга, топурактын туздуу курамына, магнит талаасына, ар кандай оору козгогучтарга реакция кылып, алынган маалыматтын таасири астында кыймыл-аракетин ийкемдүү өзгөртөт. Мисалы, Флоренция университетинин Стефано Манкусо лабораториясында төө буурчактын эки бүчүрлөрү менен эксперименттер жүргүзүлгөн. Окумуштуулар өсүмдүктөрдүн ортосунда орток таяныч орнотуп, бүчүрлөр ага жарыша башташты. Бирок биринчи өсүмдүк тирөөчкө чыгаары менен, экинчиси дароо өзүн жеңилип калгандай сезип, бул багытта өсүүнү токтотту. Бул ресурстар үчүн күрөш маанисиз экенин жана бакытты башка жактан издеген жакшы экенин түшүндү.

В: Өсүмдүктөр кыймылдабайт, жай өсөт жана жалпысынан шашпай жашашат. Алардын нерв импульстары дагы жайыраак тарашы керек окшойт

Александр Волков: Бул илимде илгертен бери келе жаткан адашуу. XIX кылымдын 70-жылдарында британдыктар Венеранын чымын капканынын аракет потенциалы секундасына 20 сантиметр ылдамдыкта тарай турганын өлчөгөн, бирок бул жаңылыштык болгон. Алар биолог болушкан жана электрдик өлчөө техникасын такыр билишкен эмес: британиялыктар өз эксперименттеринде жай вольтметрлерди колдонушкан, алар таралгандан да жайыраак нерв импульстарын жазышкан, бул таптакыр кабыл алынгыс. Азыр биз нерв импульстары сигналдын дүүлүктүрүүчү жерине жана анын табиятына жараша ар кандай ылдамдыкта өсүмдүктөрдү аралай аларын билебиз. Өсүмдүктөрдүн аракет потенциалынын таралышынын максималдуу ылдамдыгы жаныбарлардагы ошол эле көрсөткүчтөр менен салыштырууга болот, ал эми аракет потенциалы өткөндөн кийинки релаксация убактысы миллисекунддан бир нече секундага чейин өзгөрүшү мүмкүн.

В: Өсүмдүктөр бул нерв импульстарын эмне үчүн колдонушат?

A. V: Окуу китебинин мисалы катары мен жогоруда айтып өткөн Венера чымын капкандары. Бул өсүмдүктөр абанын өтүшү кыйын болгон өтө нымдуу топурактуу аймактарда жашашат, демек, бул топуракта азот аз. Чымын кармагычтар бул маанилүү заттын жетишсиздигин курт-кумурскаларды жана кичинекей бакаларды жеп, алар электр капкан менен кармашат - эки гүл жалбырактуу, алардын ар биринде үч пьезомеханикалык сенсор орнотулган. Курт-кумурскалар желекчелердин кайсынысына болбосун отуруп, бул рецепторлорго табаны менен тийгенде, аларда аракет потенциалы пайда болот. Эгерде курт-кумурскалар 30 секунддун ичинде механикалык сенсорго эки жолу тийсе, анда капкан бир секундда катуу жабылат. Биз бул системанын иштешин текшердик - биз Венеранын чымын капканынын капканына жасалма электр сигналын бердик жана бардыгы ушундай эле иштеди - капкан жабылды. Анан биз бул эксперименттерди мимоза жана башка өсүмдүктөр менен кайталадык жана ошентип биз өсүмдүктөрдү ачууга, жабууга, жылдырууга, эңкейүүгө мажбурлоо мүмкүн экенин көрсөттүк - жалпысынан электрдик сигналдарды колдонуу менен каалаганыңды кыл. Мында башка мүнөздөгү тышкы дүүлүктүрүү өсүмдүктөрдө амплитудасы, ылдамдыгы жана узактыгы боюнча айырмаланышы мүмкүн болгон аракет потенциалын жаратат.

В: Өсүмдүктөр дагы эмнеге реакция кыла алышат?

A. V: Эгерде сиз өзүңүздүн үйүңүздөгү чөптөрдү кырксаңыз, анда аракет потенциалы дароо өсүмдүктөрдүн тамырына өтөт. Аларда кээ бир гендердин экспрессиясы башталат, ал эми кесилген жерлерде суутек перекисинин синтези активдешип, өсүмдүктөрдү инфекциядан коргойт. Ошо сыяктуу эле, эгер жарыктын багытын өзгөртсөңүз, анда канаттуудан же жаныбардан көлөкө опциясын өчүрүү үчүн алгачкы 100 секундда өсүмдүк ага эч кандай реакция кылбайт, анан электрдик сигналдар кайра кетет, ага ылайык завод жарык агымын максималдуу кармай тургандай секунданын ичинде айланат. Баары ушундай болот, жана сиз кайнак сууну тамчылатып баштаганда, күйгүзгүчтү алып келгенде жана өсүмдүктү музга салганда - өсүмдүктөрдүн айлана-чөйрөнүн өзгөрүшүнө болгон жоопторун башкарган электрдик сигналдардын жардамы менен ар кандай стимулдарга реакция кылышат. шарттар.

Өсүмдүк эси

Өсүмдүктөр сырткы чөйрөгө кандай реакция кылууну жана, кыязы, өз аракеттерин эсептеп гана тим болбостон, өз ара кандайдыр бир коомдук мамилелерди да байлап коюшат. Мисалы, немис токойчусу Питер Воллебендин байкоолору бак-дарактардын кандайдыр бир достукка ээ экенин көрсөтүп турат: өнөктөш дарактар тамыры менен чырмалышып, алардын таажы бири-биринин өсүшүнө тоскоол болбоосу үчүн кылдаттык менен көзөмөлдөшөт, ал эми туш келди дарактарга карата өзгөчө сезимдер жок. кошуналарына, алар ар дайым өздөрү үчүн көбүрөөк жашоо аянтын басып алууга аракет кылышат. Ошол эле учурда, достук да ар түрдүү дарактардын ортосунда пайда болушу мүмкүн. Ошентип, ошол эле Манкусонун эксперименттеринде окумуштуулар Дугластын өлүмүнө аз калганда ал мурас калтырып жатканын байкашкан: андан алыс эмес жердеги сары карагай тамыр системасы аркылуу көп сандагы органикалык заттарды жөнөткөн.

В: Өсүмдүктөрдүн эс тутуму барбы?

Александр Волков: Өсүмдүктөр жаныбарлар сыяктуу эс тутумдун бардык түрлөрүнө ээ. Мисалы, биз Венера чымын капканынын эс тутумуна ээ экенин көрсөттүк: капкандын иштеши үчүн ага 10 микропара электр энергиясын жөнөтүү керек, бирок муну бир сеанста жасоонун кажети жок экен. Сиз адегенде эки микрокулон, андан кийин дагы беш, ж.б. Жалпы саны 10 болгондо, өсүмдүккө курт-кумурскалар кирип кеткендей сезилет жана ал катуу жабылат. Бир гана нерсе, сиз сеанстардын ортосунда 40 секунддан ашык тыныгууга болбойт, антпесе эсептегич нөлгө айланат - сиз ушундай кыска мөөнөттүү эстутумга ээ болосуз. Ал эми өсүмдүктөрдүн узак мөөнөттүү эс тутумун көрүү дагы оңой: мисалы, 30-апрелде бизге бир жазгы аяз тийип, анжир дарагында бир түндө бардык гүлдөр тоңуп, кийинки жылы ал 1-майга чейин гүлдөй элек. анткени ал эмне болгонун эстеди. Акыркы 50 жылдын ичинде өсүмдүктөрдүн физиологдору тарабынан көптөгөн окшош байкоолор жүргүзүлгөн.

W: Өсүмдүктүн эс тутуму кайда сакталат?

A. V: Бир жолу мен Канар аралдарында өткөн конференцияда Леон Чуа менен жолугуп калдым, ал бир убакта мемристорлордун - өткөн агымдын эси менен каршылыктын бар экенин алдын ала айткан. Биз аңгемелештик: Чуа иондук каналдар жана өсүмдүктөрдүн электрофизиологиясы жөнүндө дээрлик эч нерсе билчү эмесмин, мен - мемристорлор жөнүндө. Жыйынтыгында ал менден memristors in vivo издөөгө аракет кылууну өтүндү, анткени анын эсептөөлөрү боюнча, алар эс тутум менен байланыштырылышы керек, бирок азырынча аларды тирүү жандыктардан эч ким таба элек. Биз мунун баарын жасадык: алоэ вера, мимоза жана ошол эле Венера чымын капканынын чыңалууга көз каранды калий каналдары табияты боюнча мемристорлор экенин көрсөттүк жана кийинки эмгектерде алма, картошка, ашкабак данында жана ар кандай мемристикалык касиеттер табылган. гүлдөр. Өсүмдүктөрдүн эс тутуму так ушул мемристерге байланыштуу болушу мүмкүн, бирок ал азырынча так белгилүү эмес.

В: Өсүмдүктөр чечим чыгарганды билет, эс тутуму бар. Кийинки кадам - коомдук өз ара аракеттенүү. Өсүмдүктөр бири-бири менен байланыша алабы?

A. V: Билесизби, «Аватарда» дарактар жер астында бири-бири менен байланышып турган эпизод бар. Бул кимдир бирөө ойлогондой фантазия эмес, чындап эле аныкталган факт. Мен СССРде жашап жүргөндө биз козу карын терүүгө көп барчубуз жана мицелийге зыян келтирбеш үчүн козу карынды кылдаттык менен бычак менен кесүү керектигин баары билишчү. Эми мицелий дарактар бири-бири менен да, козу карындар менен да байланыша турган электр кабели экени белгилүү болду. Болгондо да, дарактар мицелия боюндагы электрдик сигналдарды гана эмес, химиялык кошулмаларды, атүгүл кооптуу вирустарды жана бактерияларды да алмашып турганына көптөгөн далилдер бар.

В: Өсүмдүктөр адамдын сөзүн түшүнөт, ошондуктан алар жакшы өсүш үчүн алар менен жылуу-жумшак сүйлөшүү керек деген миф жөнүндө эмне айта аласыз?

A. V: Бул жөн эле жомок, башка эч нерсе эмес.

В: Биз өсүмдүктөргө "оору", "ой", "аң-сезим" деген терминдерди колдоно алабызбы?

A. V: Мен бул тууралуу эч нерсе билбейм. Булар философиянын суроолору. Өткөн жайда Санкт-Петербургда өсүмдүктөрдөгү сигналдар боюнча симпозиум болуп, ал жерге бир эле убакта ар кайсы өлкөлөрдөн бир нече философтор келишкен, ошондуктан бул тема азыр карала баштады. Бирок мен эксперименталдык түрдө сынап же эсептей турган нерселер жөнүндө айтууга көнүп калдым.

Сенсорлор катары өсүмдүктөр

Өсүмдүктөр тармакталган тармактарды колдонуу менен өз аракеттерин координациялай алышат. Ошентип, африкалык саваннада өскөн акация жирафтар жей баштаганда жалбырактарына уулуу затты бөлүп чыгарбастан, курчап турган өсүмдүктөргө коркунучтуу сигнал жиберүүчү учуучу «кооптуу газды» да чыгарат. Натыйжада жирафтар тамак издеп, эң жакынкы дарактарга эмес, алардан орто эсеп менен 350 метрге жылыш керек. Бүгүнкү күндө илимпоздор табияты тарабынан оңдолгон тирүү сенсорлордун мындай тармактарын экологиялык мониторинг жана башка милдеттер үчүн колдонууну кыялданышат.

В: Сиз өзүңүздүн өсүмдүк электрофизиология боюнча изилдөөңүздү иш жүзүндө колдонууга аракет кылдыңызбы?

Александр Волков: Менде өсүмдүктөрдүн жардамы менен жер титирөөнү алдын ала айтуу жана каттоо боюнча патенттерим бар. Жер титирөөлөрдүн алдында (дүйнөнүн ар кайсы аймактарында убакыт аралыгы экиден жети күнгө чейин өзгөрөт) жер кыртышынын кыймылы мүнөздүү электромагниттик талааларды пайда кылат. Бир убакта жапондор аларды гигант антенналардын – бийиктиги эки километр темир кесимдердин жардамы менен оңдоону сунушташкан, бирок мындай антенналарды эч ким кура алган эмес жана бул зарыл эмес. Өсүмдүктөр электромагниттик талаага ушунчалык сезгич болгондуктан, алар жер титирөөнү башка антеннага караганда жакшыраак алдын ала айта алышат. Мисалы, биз алоэ вераны ушул максаттарда колдондук – анын жалбырактарына күмүш хлоридинин электроддорун туташтырдык, электрдик активдүүлүктү жаздык жана маалыматтарды иштеп чыктык.

W: Абсолюттук фантастикалык угулат. Эмне үчүн бул система дагы деле иш жүзүндө ишке ашырылбай келет?

A. V: Бул жерде күтүлбөгөн көйгөй келип чыкты. Караңыз: сиз Сан-Франциско шаарынын мэрисиз дейли жана эки күндөн кийин жер титирөө болорун билиңиз. Сиз эмне кыласыз? Бул тууралуу элге айтсаң, анда дүрбөлөңдүн жана жанчуунун натыйжасында жер титирөөдөн да көп адам өлүп же жарадар болушу мүмкүн. Ушундай чектөөлөрдөн улам мен ачык басма сөздө ишибиздин жыйынтыгын эл алдында талкуулай албайм. Кандай болгон күндө да, эртеби-кечпи бизде сенсордук заводдордо иштеген ар кандай мониторинг системалары болот деп ойлойм. Маселен, биз езубуздун иш-терибиздин биринде электрофизиологиялык сигналдардын анализин колдонуу менен айыл чарба есумдуктерунун ар турдуу илдеттерин дароо диагностикалоонун системасын тузууге боло тургандыгын керсеттук.

Тема боюнча көбүрөөк:

Өсүмдүк акыл

Өсүмдүктөрдүн тили