Как растения предупреждают друг друга об опасности

Исследователи получили новые сведения о загадочной способности растений "чуять" угрозу соседям и соответственно вооружаться.

Некоторые из них образуют ядовитые и горькие вещества или развивают отвердевшие тканевые структуры при нападении гусениц. В основе этих реакций лежит распространение в растениях ионов кальция (Ca₂+), если вредитель кусает лист. В 1983 г. было обнаружено, что растения при повреждении выделяют в воздух летучие органические соединения. Они могут послужить сигналом опасности для соседей, чтобы те, "учуяв" эти вещества, начали защищаться от надвигающейся угрозы. Подобная форма коммуникации сегодня зафиксирована у многих видов растений. Однако до сих пор ее точные механизмы были неясны.

Теперь этот пробел ликвидирован благодаря исследованию команды Университета Сайтама, которая экспериментировала с кресс-салатом, являющимся научным модельным растением. Ученые, возглавляемые Масацугу Тойотой, использовали селекционные линии Arabidopsis thaliana,. В их тканях после генетического вмешательства образуются определенные белковые сенсоры, которые реагируют на ионы кальция флуоресцентным свечением. Это позволило визуализировать образование и распространение в растениях этих вещества-посланников.

Сначала ученые изучили реакцию экспериментальных растений на воздух, всасываемый из растений, зараженных гусеницами. Флуоресцентные изображения зафиксировали, как в течение нескольких секунд после того, как растения "узнали" о нашествии вредителей, в них запускаются сигнальные процессы с участием ионов кальция. Подтвердилось, что растения не "чуют" самих гусениц, так как летучие вещества, выделяемые из раздавленных вручную листьев, тоже вызывали сигналы Ca₂+ в неповрежденных соседних растениях.

Наблюдения за реакциями соцветий при введении различных соединений показали, что решающее значение, по крайней мере у арабидопсиса, имеют два члена группы альдегидов, выделяющихся при повреждении листьев, что подтвердилось при изучении генной активности экспериментальных растений, которые реагировали на них повышением уровня регуляции наследственных факторов, выполняющих функции защиты растений. Чтобы продемонстрировать связь между распространением сигнала и защитными реакциями, ученые обработали ряд растений веществами, блокирующими систему ионов кальция.

В результате активации защиты не произошло. Ученым стало ясно, что эти два альдегида запускают защитные реакции в зависимости от Са₂+. Как показали детальные снимки, так называемые стоматы заменяют растениям при "обонянии" отсутствующий нос и служат входными отверстиями для воздуха в промежутки в тканях листа. Выяснилось, что в течение одной минуты после воздействия бобовидные замыкающие клетки стомы реагируют выбросом ионов кальция, затем клетки мезофилла и, наконец, нижние эпидермальные клетки.

Используя метод люминесцентного обнаружения, ученые смогли зафиксировать, какие летучие вещества передают эти предупреждения. Кроме того, было подробно продемонстрировано, как происходит передача сигнала в растениях-приемниках, что приводит к активизации мер по вооружению против угроз нападения.

Источник: wissenschaft.de