23.04.2014

Тли помогли узнать, как растения реагируют на гусениц

У растений, как известно, есть собственная транспортная система, которую можно до какой-то степени уподобить кровеносной системе животных. Вода и нужные вещества из земли распространяются от корней по всему телу растения с помощью ксилемы, сосуды которой сложены из мёртвых клеток. Сахара, получающиеся в результате фотосинтеза в листьях, транспортируются живыми сосудами флоэмы.

В 1980-х учёные обнаружили, что одним лишь транспортом функция флоэмы не исчерпывается: её живые клетки выполняли ещё и роль нервной системы, передавая друг другу электрические импульсы. Как и у животных, эти электрические импульсы, разбегающиеся по всему телу, могут сообщать растениям о каких-то воздействиях внешней среды — к примеру, о том, что пришло некое травоядное и отъело у растения кусок. Правда, в случае растений импульсы не сбегаются в мозг, а отправляются в другую часть тела. И тогда растение может как-то отреагировать и защитить свои неповреждённые части от нападения травоядного (скажем, быстро выделить какое-нибудь едкое или резко пахнущее вещество).

Однако некоторые животные (например, гусеницы), «нападая» на растение, не причиняют ему сразу таких уж сильных повреждений. И может показаться, что в этом случае животное как бы обманывает растение: электрические импульсы ни о чём серьёзном не сигнализируют, и гусеница может продолжать спокойно питаться. Но, как показали исследования специалистов Лозаннского университета (Швейцария), даже при небольших повреждениях, наносимых гусеницами, растения всё равно их чувствуют и могут отреагировать.

Однако куда более любопытно тут то, что биологи обнаружили это с помощью тлей.

Тли питаются растительным соком, вводя свои хоботки во флоэму, при этом целостность флоэмы они не нарушают. То есть они подключаются к сосудистой системе, становясь как бы её частью. И вот Эдварду Фармеру (Edward E. Farmer) и его коллегам пришло в голову, что тлей можно использовать подобно... электродам, вводимым в нервные клетки: как электроды чувствуют электрический импульс, бегущий по нервной цепочке, так и тля может быть естественным датчиком, демонстрирующим движения электрических сигналов по флоэме растения.

Оставалось лишь посадить на растение с тлями гусениц и наблюдать, какие электрические сигналы приходят к тлям.

В журнале New Phytologist исследователи сообщают, что, несмотря на ничтожность повреждений, растения реагировали на «пощипывания» гусеницы, и реакция эта была подобна той, которая возникает в ответ на более серьёзный вред (только в случае гусеницы ответ был заметно слабее). Электрические сигналы распространялись по растению волнами, и быстрее всего они приходили к листьям, находившимся рядом с тем участком, на котором кормилась гусеница. При этом сам лист с гусеницей сигналов тревоги не чувствовал.

Что же до молекулярного механизма, лежащего в основе этих сигналов, то, по словам исследователей, тут у животных и растений дело опять-таки обстоит похожим образом: у клеток есть ионные каналы, благодаря которым в нужный момент случается перераспределение ионов по обе стороны мембраны, и за счёт этого рождается электрохимический импульс. Когда во флоэме отключали канал для ионов кальция, никакой реакции на гусеницу не было, растение не чувствовало повреждений. (Стоит подчеркнуть, что, хотя система передачи электрического импульса у растений в чём-то сильно похожа на то, как это происходит у животных, совсем уж уподоблять это специализированной нервной системе животных нельзя.)

Учёные надеются, что с помощью этой необычной уловки — использования тлей для того, чтобы подслушивать внутренние сигналы растений, — можно будет ещё многое узнать о том, как растения реагируют на внешнюю среду. Возможно, у растений есть и некие сенсорные системы, предназначенные специально для тлей: всё-таки эти насекомые достаточно долго живут вместе с растениями, чтобы те научились их чувствовать.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru