Komunikácia rastlín

Už takmer dve desaťročia, vedci z rastlinnej biológie neustále pozorujú prekvapujúce schopnosti, ktoré sa považujú za vyhradené pre živočíšnu ríšu. Rastliny skutočne medzi sebou komunikujú, vyvíjajú stratégie na boj proti útočníkom, varujú svojich susedov v prípade nebezpečenstva a produkujú záhadné elektrické signály.

Chemické signály ako prostriedok komunikácie a spolupráce medzi rastlinami

Bolo to počas osemdesiatych rokov, kedy biológ a chemik, Jack Schultz a Ian Baldwin, otvorili cestu svojou prácou publikovanou vo vedeckom časopise „Science“ [Baldwin 1983]. Dvaja autori pozorovali, že mladé topoľové a javorové rastliny, v ktorých bolo čiastočne poškodené lístie, zvýšili svoju koncentráciu fenolových zlúčenín v priebehu 36 až 52 hodín, rovnako tak zdravé susedné rastliny.

Prvýkrát sa teda preukázalo, že vzduchom prenášaný signál z tkanív poškodenej rastliny by mohol stimulovať biochemické zmeny u susedných jedincov, a tak ovplyvňovať, napríklad, kŕmenie a rast fytofágneho hmyzu.

Práca juhoafrického biológa Woutera van Hoven v 90. rokoch vyzdvihla prekvapivý mechanizmus vzájomnej obrany v akáciách (Acacia drepanolobium Harms ex Y. Sjöstedt) v juhoafrickej rezervácii Transvaal v dôsledku nadmerného pasenia sa kudu antilop. Po nevysvetlenej smrti viac ako 2 000 týchto prežúvavcov, výskumník z Pretoria uskutočnil vedecký výskum, ktorý spočiatku ukázal, že smrť antilop bola spôsobená prítomnosťou abnormálne vysokých koncentrácií trieslovín v porovnaní s tými, ktoré sa zvyčajne vyskytujú v spojení s významnou spotrebou listov. Niektoré taníny požité vo vysokých dávkach môžu u prežúvavcov spôsobiť akútnu tráviacu toxicitu [Robbins, 1987]. Zavedenie indukovanej chemickej obrany v rastlinách (produkcia alkaloidov, trieslovín a ďalších zložiek, ktoré sú škodlivé pre zvieratá) je dobre známym mechanizmom, ale v ďalšej časti to tak nebolo.

Úplné porozumenie prišlo neskôr, keď sa zistilo, že vetvy poškodené prechodom prežúvavcov emitujú prchavú organickú zlúčeninu, etylén. To má za následok spustenie tvorby trieslovín v susedných akáciách skôr, ako kudu antilopy dorazia. Akácie tak varujú svojich susedov pred nebezpečenstvom a reagujú aktivovaním svojho obranného systému [Van Hoven 1985, Van Hoven 1991].

Komunikácia medzi rastlinami môže prebiehať aj v podzemí. To je prípad rajčiaka pomocou koreňovej huby, s ktorou tvorí mykorízu. Počas jednej štúdie, po vysadení rastlín rajčiaka vo dvojiciach, bolo lístie jednej z týchto rastlín napadnuté patogénnou hubou. Zistilo sa, že susedná zdravá rastlina začína produkovať obranné enzýmy, ktoré sa zvyčajne tvoria pri plesňovom útoku. Naopak, ak sieť koreňových húb chýba alebo stena bráni jej spojeniu týchto dvoch rastlín, ochrana zdravých rajčiakov sa nespustí [Song 2010].

Preto môžu byť obranné mechanizmy proti parazitom alebo predátorom implementované ako odpoveď na signály vysielané susednými rastlinami, ktoré boli napadnuté, predtým ako sa sami stanú obeťami útoku. Dobré príklady vzájomnej pomoci a kooperatívnych vzťahov medzi rastlinami!

Niekoľko štúdií ukazuje, že veľa rastlín je schopných rozpoznať, či ich susedia sú toho istého druhu, a navyše, či existuje väzba „príbuzenstva“ (rozpoznávanie príbuzných). Počas prvej štúdie rodu, ktorá sa uskutočnila v roku 2007, sa zistilo, že sadenice Cakile edentula (Bigelow), ktoré rastú vedľa sadeníc pochádzajúcich zo semien toho istého jedinca, po 40-tich dňoch vyprodukovali menej koreňov ako páry sadeníc, ktoré nepochádzajú zo semien toho istého jedinca, a preto uprednostňujú investovanie svojej energie do rozvoja svojho reprodukčného systému [Dudley 2007].

Posledným dobrým príkladom spolupráce je príklad Duglasky tisolistej (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco). Kanadská ekologička Suzanne Simard a jej tím zabalili borovicové konáre do plastových vreciek obsahujúcich CO2 označený uhlíkom 14. Zistila, že časť rádioaktivity sa preniesla na mnoho okolitých stromov, ale najmä to, že najvýznamnejší prenos bol medzi starými, najväčšími stromami a mladými, čo rastú pri ich nohách, najčastejšie pochádzajúcich z ich semien. Výživa sa prenáša hubami v zemi, ktoré navzájom spájajú korene stromov (mykoríza).

Staré stromy teda hrajú hlavnú úlohu, spájajú všetkých jednotlivcov a distribuujú tok živín, najmä medzi mladými [Simard, 2012].

Elektrické signály ako prostriedok komunikácie medzi rastlinami 

Aj keď vieme, že rastliny majú elektrickú aktivitu, dlho sme jej význam podceňovali. Tím vedený Edwardom Farmerom z Lausanne University sa pýtal, „či tieto elektrické signály generované pri poškodení rastliny môžu spustiť obranné mechanizmy“, pretože obranné bielkoviny sa produkujú nielen v napadnutých častiach, ale aj v zdravých častiach rastliny. Ako model sa použila Arábkovka Thalova (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.), tím bol schopný identifikovať gény, ktoré spúšťajú elektrický signál, a bol schopný overiť súvislosť s aktiváciou obranných proteínov mimo poškodenia. Výsledky uverejnené v roku 2013 v slávnom časopise Nature ukazujú, že do tohto elektro-fyziologického procesu sú zapojené tri gény GLR (podobné glutamátovým receptorom), ktoré sú podobné génom u zvierat [Moussavi 2013].

Farmár vysvetľuje, „prekvapujúce, je to, že tieto gény sú veľmi podobné génom aktivovaným v rýchlych synapsách ľudského mozgu, zatiaľ čo rastlina nemá žiadne neuróny. Je to veľmi zaujímavé a vzrušujúce.“

Hypotézy sa zameriavajú na vaskulárny systém rastliny, ktorý sa skladá z floému (tkanivo, ktoré prenáša šťavu z listov do zvyšku rastliny) a xylému (tkanivo, ktoré prenáša šťavu - vodu a minerálne soli - od koreňov k zvyšku rastliny). , Podľa Farmera, „mnohí vedci si myslia, že je to jeden alebo druhý, kto je zapojený do elektrického prenosu: v mojom laboratóriu veríme, že tieto dva typy buniek spolupracujú pri vysielaní signálu. Stále však nevieme, ktorý čo robí.“

Podľa Francis Bouteau z membránového elektro-fyziologického laboratória (Sorbonne Paris Cité) „elektrická komunikácia medzi rastlinami a cirkulácia správ cez membránové depolarizáciu boli demonštrované pred rokmi. A teraz vieme, že medzi rastlinami existujú javy exocytózy a endocytózy, konkrétne vylúčenie a absorpcia molekúl membránami, ktoré sa veľmi podobajú nervovým synapsám u zvierat. Je zrejmé, že rastliny neobsahujú neuróny, synapsy alebo orgány, ktoré by sa dali nazvať mozog; s nimi všetko ide omnoho pomalšie ... ale určite môžeme hovoriť o rastlinnej neuro-biológii.“

Okrem toho bola v rastlinách opísaná prítomnosť klasických neuromediátorovv živočíšnej ríše, ktoré sa podieľajú na mnohých funkciách v centrálnom aj periférnom nervovom systéme - serotonín (alebo „fytoserotonín“) [Ramakrishna 2011], dopamín a glutamát. Ich úloha sa lepšie chápe [Roshchina 2010].

Auxin, zvlášť dôležitý rastlinný hormón, bol dokonca porovnávaný s neuromediátorom.

Didier Guédon, Expert vo výbore pre francúzsky liekopis

Bibliografia:

Baldwin IT, Schultz JC. Rapid changes in tree leaf chemistry induced by damage: evidence for communication between plants. Science 1983;221:277-9.
Dudley SA, File AL. Kin recognition in an annual plant. Biol Lett 2007;3:435–8.
Mousavi SA, Chauvin A, Pascaud F, Kellenberger S, Farmer EE. Glutamate receptor-like genes mediate leaf-to-leaf wound signalling. Nature 2013;500(7463):422-6.
Ramakrishna A, Giridhar P, Ravishankar GA. Phytoserotonin, a review. Plant Signal Behav 2011;6:800–9.
Robbins CT. Role of tannins in defending plants against ruminants: reduction in dry matter digestion? Ecology 1987;68:1606-15.
Roshchina VV. Evolutionary considerations of neurotransmitters in microbial, plant, and animal cells. In Microbial endocrinology. Lyte M et al. (Eds), p. 17-52, Springer 2010.
Simard SW, Beiler KJ, Bingham MA, Deslippe JR, Philip LJ, Teste FP. Mycorrhizal networks: mechanisms, ecology and modeling. Fungal Biol Rev 2012;26:39–60.
Song YY, Zeng RS, Xu JF, Li J, Shen X, Yihdego WG. Interplant communication of tomato plants through underground common mycorrhizal networks. PLoS One 2010; 5: e13324.
Van Hoven W. Mortalities in Kudu (Tragelaphus strepsiceros) populations related to chemical defence of trees. Rev Zool Afric 1991;105:141-5.
Van Hoven W. The tree’s secret weapon. South African panorama 1985;30:34-7.