რატომ სჭირდებათ მცენარეებს ნერვული იმპულსები

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

მრავალსაუკუნოვანი მუხა, აყვავებული ბალახი, ახალი ბოსტნეული - რატომღაც არ ვართ მიჩვეული მცენარეების ცოცხალ არსებებად მიჩნევას და ამაოდ. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ მცენარეებს აქვთ ნერვული სისტემის ერთგვარი რთული ანალოგი და, ისევე როგორც ცხოველებს, შეუძლიათ გადაწყვეტილების მიღება, მოგონებების შენახვა, კომუნიკაცია და საჩუქრების მიცემაც კი.

ოუკვუდის უნივერსიტეტის პროფესორი ალექსანდრე ვოლკოვი დაეხმარა მცენარეების ელექტროფიზიოლოგიის უფრო დეტალურად გაგებას.

ჟურნალისტი: ვერასოდეს ვიფიქრებდი, რომ ვინმე მცენარეთა ელექტროფიზიოლოგიას აკეთებდა, სანამ არ წავაწყდი თქვენს სტატიებს

ალექსანდრე ვოლკოვი: Შენ მარტო არ ხარ. ფართო საზოგადოება მიჩვეულია მცენარეების საკვებად ან ლანდშაფტის ელემენტებად აღქმას ისე, რომ არც კი აცნობიერებს, რომ ისინი ცოცხლები არიან. ერთხელ ჰელსინკში ვაკეთებდი მოხსენებას მცენარეთა ელექტროფიზიოლოგიის შესახებ, შემდეგ კი ჩემი კოლეგები ძალიან გაოცდნენ:”ადრე სერიოზულ თემას ვაწყდებოდი - დაურეველ სითხეებს, ახლა კი რაღაც ხილ-ბოსტნეულთან მქონდა საქმე”. მაგრამ ეს ყოველთვის ასე არ იყო: პირველი წიგნები მცენარეთა ელექტროფიზიოლოგიის შესახებ გამოიცა მე-18 საუკუნეში, შემდეგ კი ცხოველებისა და მცენარეების შესწავლა თითქმის პარალელურად მიმდინარეობდა. მაგალითად, დარვინი დარწმუნებული იყო, რომ ფესვი არის ერთგვარი ტვინი, ქიმიური კომპიუტერი, რომელიც ამუშავებს სიგნალებს მთელი მცენარისგან (იხილეთ, მაგალითად, „მოძრაობა მცენარეებში“). და შემდეგ დაიწყო პირველი მსოფლიო ომი და მთელი რესურსი მოხმარდა ცხოველთა ელექტროფიზიოლოგიის შესწავლას, რადგან ხალხს ახალი წამლები სჭირდებოდა.

W: როგორც ჩანს, ლოგიკურია: ლაბორატორიული თაგვები ჯერ კიდევ უფრო ახლოს არიან ადამიანებთან, ვიდრე იისფერი

A. V: სინამდვილეში, მცენარეებსა და ცხოველებს შორის განსხვავებები არც თუ ისე დიდია და ელექტროფიზიოლოგიაში ისინი ზოგადად მინიმალურია. მცენარეებს აქვთ ნეირონის თითქმის სრული ანალოგი - ფლოემის გამტარ ქსოვილი. მას აქვს იგივე შემადგენლობა, ზომა და ფუნქცია, როგორც ნეირონები. ერთადერთი განსხვავება ისაა, რომ ცხოველებში ნატრიუმის და კალიუმის იონური არხები გამოიყენება ნეირონებში მოქმედების პოტენციალის გადასაცემად, ხოლო მცენარეულ ფლოემებში გამოიყენება ქლორიდი და კალიუმის იონური არხები. ეს არის მთელი განსხვავება ნეიროფიზიოლოგიაში. გერმანელებმა ცოტა ხნის წინ აღმოაჩინეს მცენარეებში ქიმიური სინაფსები, ჩვენ ელექტროები ვართ და საერთოდ, მცენარეებს აქვთ იგივე ნეიროტრანსმიტერები, რაც ცხოველებს. მეჩვენება, რომ ეს ლოგიკურიც კია: სამყაროს რომ ვქმნიდე და ზარმაცი ვარ, ყველაფერს ისე გავხდი, რომ ყველაფერი თავსებადი იყოს.

რატომ სჭირდებათ მცენარეებს ნერვული იმპულსები?

ჩვენ არ ვფიქრობთ ამაზე, მაგრამ მცენარეები თავიანთ ცხოვრებაში ამუშავებენ კიდევ უფრო მეტ სიგნალებს გარე გარემოდან, ვიდრე ადამიანები ან სხვა ცხოველები. ისინი რეაგირებენ სინათლეზე, სიცხეზე, გრავიტაციაზე, ნიადაგის მარილის შემადგენლობაზე, მაგნიტურ ველზე, სხვადასხვა პათოგენებზე და მიღებული ინფორმაციის გავლენით მოქნილად ცვლიან ქცევას. მაგალითად, ფლორენციის უნივერსიტეტის სტეფანო მანკუსოს ლაბორატორიაში ჩატარდა ექსპერიმენტები ორი ცოცვის ლობიოს გასროლით. მეცნიერებმა დაამყარეს საერთო საყრდენი მცენარეებს შორის და ყლორტებმა დაიწყეს რბოლა მასზე. მაგრამ როგორც კი პირველი მცენარე ავიდა საყრდენზე, მეორემ მაშინვე თავი დამარცხებულად აღიარა და ამ მიმართულებით ზრდა შეწყვიტა. მიხვდა, რომ რესურსებისთვის ბრძოლა უაზროა და ჯობია სხვაგან ეძებო ბედნიერება.

W: მცენარეები არ მოძრაობენ, ნელა იზრდებიან და ძირითადად ცხოვრობენ აუჩქარებლად. როგორც ჩანს, მათი ნერვული იმპულსებიც გაცილებით ნელა უნდა გავრცელდეს

ალექსანდრე ვოლკოვი: ეს არის ბოდვა, რომელიც დიდი ხანია არსებობს მეცნიერებაში. XIX საუკუნის 70-იან წლებში ბრიტანელებმა გაზომეს, რომ ვენერას მფრინავის მოქმედების პოტენციალი წამში 20 სანტიმეტრი სიჩქარით ვრცელდება, მაგრამ ეს შეცდომა იყო.ისინი ბიოლოგები იყვნენ და საერთოდ არ იცოდნენ ელექტრული გაზომვების ტექნიკა: თავიანთ ექსპერიმენტებში ბრიტანელებმა გამოიყენეს ნელი ვოლტმეტრები, რომლებიც ნერვულ იმპულსებს აღრიცხავდნენ კიდევ უფრო ნელა, ვიდრე ავრცელებდნენ, რაც სრულიად მიუღებელია. ახლა ჩვენ ვიცით, რომ ნერვულ იმპულსებს შეუძლიათ მცენარეებში გაიარონ ძალიან განსხვავებული სიჩქარით, რაც დამოკიდებულია სიგნალის აგზნების ადგილისა და მის ბუნებაზე. მცენარეებში მოქმედების პოტენციალის გამრავლების მაქსიმალური სიჩქარე შედარებულია ცხოველებში იგივე მაჩვენებლებთან, ხოლო მოქმედების პოტენციალის გავლის შემდეგ დასვენების დრო შეიძლება განსხვავდებოდეს მილიწამებიდან რამდენიმე წამამდე.

W: რისთვის იყენებენ მცენარეები ამ ნერვულ იმპულსებს?

A. V: სახელმძღვანელოს მაგალითია ვენერას მფრინავი, რომელიც უკვე აღვნიშნე. ეს მცენარეები ცხოვრობენ ძალიან ტენიანი ნიადაგის მქონე ადგილებში, სადაც ჰაერი ძნელად აღწევს და, შესაბამისად, ამ ნიადაგში ცოტაა აზოტი. მფრინავები ამ აუცილებელი ნივთიერების ნაკლებობას იღებენ მწერების და პატარა ბაყაყების ჭამით, რომლებსაც ელექტრული ხაფანგით იჭერენ - ორი ფურცელი, რომელთაგან თითოეულში ჩაშენებულია სამი პიეზომექანიკური სენსორი. როდესაც მწერი ზის რომელიმე ფურცელზე და ამ რეცეპტორებს თათით ეხება, მათში მოქმედების პოტენციალი წარმოიქმნება. თუ მწერი 30 წამში ორჯერ შეეხო მექანოსენსორს, მაშინ ხაფანგი წამის მეასედში იკეტება. ჩვენ შევამოწმეთ ამ სისტემის მუშაობა - ხელოვნური ელექტრული სიგნალი მივაყენეთ ვენერას მფრინავის ხაფანგზე და ყველაფერი იგივენაირად მუშაობდა - ხაფანგი დაიხურა. შემდეგ გავიმეორეთ ეს ექსპერიმენტები მიმოზასთან და სხვა მცენარეებთან და ასე ვაჩვენეთ, რომ შესაძლებელია მცენარეების გაღება, დახურვა, გადაადგილება, დახრილობა - ზოგადად, ელექტრული სიგნალების გამოყენებით რაც გინდათ, გააკეთეთ. ამ შემთხვევაში, სხვადასხვა ხასიათის გარეგანი აგზნება წარმოქმნის მცენარეებში მოქმედების პოტენციალს, რომელიც შეიძლება განსხვავდებოდეს ამპლიტუდით, სიჩქარით და ხანგრძლივობით.

W: კიდევ რაზე შეუძლიათ მცენარეებს რეაგირება?

A. V: თუ თქვენს აგარაკზე ბალახს მოჭრით, მაშინ სამოქმედო პოტენციალი დაუყოვნებლივ წავა მცენარეების ფესვებამდე. მათზე დაიწყება ზოგიერთი გენის ექსპრესია, ჭრილობებზე კი წყალბადის ზეჟანგის სინთეზი აქტიურდება, რაც მცენარეებს ინფექციისგან იცავს. ანალოგიურად, თუ თქვენ შეცვლით სინათლის მიმართულებას, მაშინ მცენარე პირველი 100 წამის განმავლობაში არანაირ რეაქციას არ მოახდენს მასზე, რათა ჩიტს ან ცხოველს ჩრდილის ვარიანტი მოუჭრას და შემდეგ კვლავ წავა ელექტრული სიგნალები, რომლის მიხედვითაც ქარხანა წამებში შემობრუნდება ისე, რომ მაქსიმალურად გაზარდოს მანათობელი ნაკადი. იგივე მოხდება, და როდესაც დაიწყებთ მდუღარე წყლის წვეთს, და როდესაც ამოიღებთ ანთებულ სანთებელას და როდესაც მცენარეს ყინულში ჩადებთ - მცენარეები რეაგირებენ ნებისმიერ სტიმულზე ელექტრული სიგნალების დახმარებით, რომლებიც აკონტროლებენ მათ პასუხებს გარემოს ცვლილებაზე. პირობები.

მცენარის მეხსიერება

მცენარეებმა არა მხოლოდ იციან როგორ რეაგირებენ გარე გარემოზე და, როგორც ჩანს, გამოთვალონ თავიანთი ქმედებები, არამედ აკავშირებენ გარკვეულ სოციალურ ურთიერთობებს ერთმანეთთან. მაგალითად, გერმანელი მეტყევე პიტერ ვოლებენის დაკვირვება აჩვენებს, რომ ხეებს აქვთ ერთგვარი მეგობრობა: პარტნიორი ხეები ფესვებითაა გადაჯაჭვული და ყურადღებით აკვირდებიან, რომ მათი გვირგვინები ხელს არ უშლიან ერთმანეთის ზრდას, ხოლო შემთხვევით ხეებს არ აქვთ განსაკუთრებული გრძნობები. მეზობლებისთვის ისინი ყოველთვის ცდილობენ აითვისონ მეტი საცხოვრებელი ფართი. ამავდროულად, მეგობრობა შეიძლება წარმოიშვას სხვადასხვა ტიპის ხეებს შორის. ასე რომ, იმავე მანკუსოს ექსპერიმენტებში მეცნიერებმა დააკვირდნენ, თუ როგორ, დუგლასის სიკვდილამდე ცოტა ხნით ადრე, როგორც ჩანს, ის ტოვებს მემკვიდრეობას: მისგან არც თუ ისე შორს ყვითელი ფიჭვის ხემ დიდი რაოდენობით ორგანული ნივთიერებები გაგზავნა ფესვთა სისტემაში.

W: აქვთ თუ არა მცენარეებს მეხსიერება?

ალექსანდრე ვოლკოვი: მცენარეებს აქვთ იგივე ტიპის მეხსიერება, როგორც ცხოველებს.მაგალითად, ჩვენ ვაჩვენეთ, რომ ვენერას მფრინავი ხაფანგი ფლობს მეხსიერებას: იმისათვის, რომ ხაფანგმა იმუშაოს, მას 10 მიკროწყვილი ელექტროენერგია უნდა გაუგზავნოს, მაგრამ გამოდის, რომ ეს არ არის საჭირო ერთ სესიაზე. შეგიძლიათ ჯერ ორი მიკროკულონი მიირთვათ, შემდეგ კიდევ ხუთი და ა.შ. როდესაც ჯამი იქნება 10, მცენარეს მოეჩვენება, რომ მასში მწერი მოხვდა და ის დაიხურება. ერთადერთი ის არის, რომ სესიებს შორის 40 წამზე მეტი შესვენების გაკეთება არ შეიძლება, წინააღმდეგ შემთხვევაში მრიცხველი ნულამდე დაბრუნდება - მიიღებთ ასეთ მოკლევადიან მეხსიერებას. და მცენარეების გრძელვადიანი მეხსიერების დანახვა კიდევ უფრო ადვილია: მაგალითად, გაზაფხულის ერთმა ყინვამ 30 აპრილს დაგვატყდა და ფაქტიურად ღამით ყველა ყვავილი გაიყინა ლეღვის ხეზე, შემდეგ წელს კი ის 1 მაისამდე არ აყვავდა. რადგან ახსოვდა რაც იყო.დამთავრდა. მრავალი მსგავსი დაკვირვება გაკეთდა მცენარეთა ფიზიოლოგების მიერ ბოლო 50 წლის განმავლობაში.

W: სად ინახება მცენარეთა მეხსიერება?

A. V: ერთხელ კანარის კუნძულებზე კონფერენციაზე შევხვდი ლეონ ჩუას, რომელმაც ერთ დროს იწინასწარმეტყველა მემრისტორების არსებობა - წინააღმდეგობები გავლილი დინების მეხსიერებით. საუბარში შევედით: ჩუამ თითქმის არაფერი იცოდა იონური არხების და მცენარეების ელექტროფიზიოლოგიის შესახებ, მე - მემრისტორებზე. შედეგად, მან მთხოვა, მემრისტორების ძიება in vivo-ში, რადგან მისი გამოთვლებით, ისინი მეხსიერებასთან უნდა იყოს დაკავშირებული, მაგრამ ჯერჯერობით არავის უპოვია ისინი ცოცხალ არსებებში. ჩვენ ეს ყველაფერი გავაკეთეთ: ვაჩვენეთ, რომ ალოე ვერას, მიმოზას და იგივე ვენერას ბუზის ხაფანგის ძაბვაზე დამოკიდებული კალიუმის არხები ბუნებით მემრისტორები არიან და შემდეგ ნამუშევრებში მემრისტური თვისებები აღმოჩნდა ვაშლში, კარტოფილში, გოგრის თესლში და სხვა. ყვავილები. სავსებით შესაძლებელია, რომ მცენარეების მეხსიერება სწორედ ამ მემრისტორებთან იყოს მიბმული, მაგრამ ეს ჯერ ზუსტად არ არის ცნობილი.

W: მცენარეებმა იციან გადაწყვეტილებების მიღება, აქვთ მეხსიერება. შემდეგი ნაბიჯი არის სოციალური ურთიერთობები. შეუძლიათ მცენარეებს ერთმანეთთან კომუნიკაცია?

A. V: იცით, ავატარში არის ეპიზოდი, სადაც ხეები ერთმანეთს მიწისქვეშ ეკონტაქტებიან. ეს არ არის ფანტაზია, როგორც შეიძლება იფიქროს, არამედ დადასტურებული ფაქტი. სსრკ-ში რომ ვცხოვრობდი, ხშირად დავდიოდით სოკოს საკრეფად და ყველამ იცოდა, რომ სოკო საგულდაგულოდ უნდა გაჭრა დანით, რომ მიცელიუმი არ დაზიანდეს. ახლა ირკვევა, რომ მიცელიუმი არის ელექტრული კაბელი, რომლის მეშვეობითაც ხეებს შეუძლიათ დაუკავშირდნენ როგორც ერთმანეთთან, ასევე სოკოებთან. უფრო მეტიც, არსებობს უამრავი მტკიცებულება იმისა, რომ ხეები ცვლის არა მხოლოდ ელექტრულ სიგნალებს მიცელიუმის გასწვრივ, არამედ ქიმიურ ნაერთებს ან თუნდაც სახიფათო ვირუსებსა და ბაქტერიებს.

W: რას იტყვით მითზე, რომ მცენარეებს ესმით ადამიანის მეტყველება და ამიტომ საჭიროა მათთან კეთილგანწყობა და მშვიდად საუბარი, რათა უკეთ გაიზარდონ?

A. V: ეს მხოლოდ მითია, მეტი არაფერი.

ვ: შეგვიძლია თუ არა მცენარეებზე გამოვიყენოთ ტერმინები „ტკივილი“, „ფიქრები“, „ცნობიერება“?

A. V: ამის შესახებ არაფერი ვიცი. ეს უკვე ფილოსოფიის კითხვებია. გასულ ზაფხულს სანკტ-პეტერბურგში იყო სიმპოზიუმი მცენარეებში სიგნალების შესახებ და იქ ერთდროულად რამდენიმე ფილოსოფოსი ჩამოვიდა სხვადასხვა ქვეყნიდან, ამიტომ ამ თემის განხილვა ახლა იწყება. მაგრამ მიჩვეული ვარ იმაზე საუბარი, რისი გამოცდა ან გამოთვლა შემიძლია.

მცენარეები, როგორც სენსორები

მცენარეებს შეუძლიათ თავიანთი მოქმედებების კოორდინაცია განშტოებული ქსელების გამოყენებით. ამრიგად, აფრიკის სავანაში მზარდი აკაცია არა მხოლოდ ათავისუფლებს ტოქსიკურ ნივთიერებას ფოთლებში, როდესაც ჟირაფები იწყებენ მის ჭამას, არამედ ასხივებენ აქროლად "განგაშის გაზს", რომელიც აგზავნის უბედურების სიგნალს მიმდებარე მცენარეებს. შედეგად, საკვების საძიებლად ჟირაფებს უწევთ გადაადგილება არა უახლოეს ხეებთან, არამედ მათგან საშუალოდ 350 მეტრზე დაშორება. დღეს მეცნიერები ოცნებობენ გამოიყენონ ცოცხალი სენსორების ასეთი ქსელები, ბუნებით გამართული, გარემოს მონიტორინგისა და სხვა ამოცანებისთვის.

W: სცადეთ თუ არა თქვენი მცენარეთა ელექტროფიზიოლოგიის კვლევის პრაქტიკაში გამოყენება?

ალექსანდრე ვოლკოვი: მე მაქვს პატენტები მცენარეების გამოყენებით მიწისძვრების პროგნოზირებისა და აღრიცხვისთვის.მიწისძვრების წინა დღეს (მსოფლიოს სხვადასხვა კუთხეში დროის ინტერვალი მერყეობს ორიდან შვიდ დღემდე) დედამიწის ქერქის მოძრაობა იწვევს დამახასიათებელ ელექტრომაგნიტურ ველებს. ერთ დროს, იაპონელებმა შესთავაზეს მათი შეკეთება გიგანტური ანტენების დახმარებით - რკინის ნაჭრები ორი კილომეტრის სიმაღლით, მაგრამ ვერავინ ააშენებდა ასეთ ანტენებს და ეს არ არის საჭირო. მცენარეები იმდენად მგრძნობიარეა ელექტრომაგნიტური ველების მიმართ, რომ მათ შეუძლიათ მიწისძვრის პროგნოზირება უკეთესად, ვიდრე ნებისმიერი ანტენა. მაგალითად, ამ მიზნებისთვის გამოვიყენეთ ალოე ვერა - მის ფოთლებს დავუკავშირდით ვერცხლის ქლორიდის ელექტროდები, ჩავწერეთ ელექტრული აქტივობა და დავამუშავეთ მონაცემები.

W: აბსოლუტურად ფანტასტიურად ჟღერს. რატომ არ არის ეს სისტემა ჯერ კიდევ პრაქტიკაში დანერგილი?

A. V: აქ იყო მოულოდნელი პრობლემა. შეხედე: ვთქვათ, სან-ფრანცისკოს მერი ხარ და გაიგე, რომ ორ დღეში მიწისძვრა იქნება. Რას აპირებ? თუ ხალხს ამის შესახებ უთხარით, მაშინ პანიკისა და განადგურების შედეგად შეიძლება კიდევ უფრო მეტი ადამიანი დაიღუპოს ან დაშავდეს, ვიდრე მიწისძვრისას. ასეთი შეზღუდვების გამო, საჯაროდ ვერც კი განვიხილავ ჩვენი მუშაობის შედეგებს ღია პრესაში. ყოველ შემთხვევაში, ვფიქრობ, ადრე თუ გვიან გვექნება სხვადასხვა სახის მონიტორინგის სისტემები, რომლებიც მუშაობენ სენსორულ სადგურებზე. მაგალითად, ჩვენს ერთ-ერთ ნაშრომში ვაჩვენეთ, რომ ელექტროფიზიოლოგიური სიგნალების ანალიზის გამოყენებით შესაძლებელია სასოფლო-სამეურნეო მცენარეების სხვადასხვა დაავადების მყისიერი დიაგნოსტიკის სისტემის შექმნა.

დაწვრილებით თემაზე:

მცენარის გონება

მცენარეების ენა