Mokslo ir technologijų pasaulis

Yra au­ga­li­nės ver­si­jos reg­os, klaus­os, sko­nio, uos­lės ir lyt­ėj­imo po­jū­čių – ir jie stulb­in­am­ai pa­na­šūs į mūs­išk­ius

Ar kada spėliojote, ką jaučia žolė po jūsų kojomis, ką užuodžia obelis ar ką regi auksažiedė? Augalai nuolatos stimuliuoja mūsų pojūčius, bet jų pačių jaučiančiomis būtybėmis daugelis mūsų nelaikome. Iš tiesų jutimai augalams itin svarbūs. Kokios gyvenimo peripetijos juos beištiktų, lieka savo vietoje – negali migruoti, ieškodami maisto, pasprukti nuo skėrių antplūdžio ar susirasti užuovėją nuo audros. Kad galėtų augti ir išgyventi nenuspėjamomis sąlygomis, augalams reikia jausti aplinką ir atitinkamai reaguoti. Kai kam gali būti nepatogu įvardinti tai, ką daro augalai rega, klausa, uosle, skoniu ir lytėjimu. Žinia, nosių, akių, ausų, burnų ir odos jie neturi, bet tikiuosi parodyti, kad juslinis augalų pasaulis ne taip jau stipriai skiriasi nuo mūsiškio.

REGA

Kaip ir mes, augalai mato šviesą. Kaip mūsų fotoreceptoriai yra akyse, taip augalų stiebuose ir lapuose

Ką augalai mato? Akivaizdus atsakymas, kad, lygiai kaip mes, mato šviesą. Kaip mūsų fotoreceptoriai išdėstyti akyse, taip jų yra stiebuose ir lapuose. Jie leidžia atskirti raudoną šviesą nuo mėlynos ir netgi regi tokių ilgių šviesos bangas, kurios mums neregimos, tolimąją raudoną ir ultravioletinę spektro dalį. Augalai taip pat mato, iš kurios pusės šviesa ateina, gali atskirti ryškią šviesą nuo blankios ir gali spręsti, prieš kiek laiko buvo išjungtos šviesos.

Viename iš paskutiniųjų savo tyrimų, Charlesas Darwinas parodė, kad augalai linksta link šviesos lyg išalkę Saulės spindulių, būtent kas tiksliai ir vyksta. Fotosintezė naudoja šviesos energiją paversti anglies dvideginį ir vandenį cukrumi, tad augalams maitinimuisi reikia aptikti šviesos šaltinius. Dabar žinome, kad jie tai atlieka, naudodami fototropinus – šviesos receptorius ūglių ląstelių membranose. Fototropinas jautrus mėlynai šviesai. Ją pajutę, inicijuoja signalų kaskadą, pasibaigiančią hormono auksino aktyvumo pokyčiu. Tai verčia ląsteles šešėlinėje pusėje ilgėti ir pats augalas pakrypsta link šviesos.

Raudoną šviesą augalai mato lapuose esančiai receptoriais, vadinamaisiais fitochromais. Fitochromai yra lyg šviesai jautrūs jungikliai: paveikti raudona šviesa, jie prisitaiko geriau aptikti tolimąją raudoną šviesą, o apšviesti tolimąja raudona, pasikeičia atgal į formą, jautrią raudonai šviesai. Tai atlieka dvi pagrindines funkcijas. Taip augalas gali „išsijungti“dienos pabaigoje – kadangi tolima raudona šviesa dominuoja saulėlydyje – ir pabusti kitą dieną, kai Saulė pakankamai aukštai danguje, kad raudona šviesa vėl įjungtų fitochromus. Jie taip pat leidžia pajusti, kada augalas atsiduria šešėlyje. Chlorofilas, pagrindinis fotosintezės pigmentas, absorbuoja raudoną, bet ne tolimąją raudoną šviesą, todėl, kai augalą užstoja kiti augalai, jis regės daugiau tolimosios raudonos šviesos, nei augdamas saulėkaitoje. Tai tiesiogiai lemia aktyvuotų fitochromų lygį, lemiantį greitą augalo augimą, stengiantis gauti geresnį apšvietimą.

Fototropinai ir fitochromai visiškai skiriasi nuo gyvūnų akyse randamų fotoreceptorių, nors jie visi sudaryti iš baltymo, prisijungusio prie šviesą sugeriančio cheminio dažo. Tačiau yra ir vienas bendras fotoreceptorius. Dienos metu ląstelių kriptochromos aptinka mėlyną ir UV šviesą, naudodamos šį signalą organizmo vidinio laikrodžio ar cirkadinio ritmo nustatymui. Augaluose šis laikrodis reguliuoja daug procesų, tarp kurių ir lapų judesiai bei fotosintezė. Tad rega netgi padeda augalams sekti laiką.

LYTĖJIMAS

Šakos siūbuoja vėjyje, vabzdžiai ropinėja lapais, vynuogienojai ieško atramos įsikibti: augalų gyvenimas labai apčiuopiamas

Augalai netgi jaučia šilumą ir šaltį, taip galėdami reaguoti į oro permainas, tarkime, keisdami augimo spartą ir vandens sunaudojimą. Paprasčiausio augalo palietimo ar papurtymo gana, kad jis sulėtintų augimą, būtent todėl vegetacija vėjingose vietovėse lėtesnė.

Visi augalai iki tam tikro laipsnio gali jausti mechanines jėgas, bet taktilinis jautrumas akivaizdžiausias plėšriojo jautriojo musėkauto (Dionaea muscipula) atveju. Kai musė, vabalas ar net maža varlė užropoja ant jo specialiai prisitaikiusių lapų, šie staiga susiglaudžia stulbinančia jėga, suglobdami nieko neįtariančią auką, užkirsdami atsitraukimo kelius. Jautrusis musėkautas žino kada užsiverti, kadangi jaučia, kaip grobis liečia didelius plaukelius ant dviejų spąstų pusių. Bet jie neužsiveria nuo bet kokios stimuliacijos – turi būti paliesti bent du plaukeliai maždaug 20 sekundžių intervalu.

Tai padeda užtikrinti, kad grobis yra idealaus dydžio ir nesugebės išsprūsti iš užsivėrusių spąstų.

Mechanizmas, kuriuo jautrusis musėkautas pajaučia savo grobį, neįtikėtinai panašus į padedantį jums pajausti ranka ropinėjančią musę. Jūsų odos lietimo receptoriai pajaučia vabzdį ir aktyvuoja elektros srovę, nervais nueinančią iki smegenų, registruojančių musės buvimą ir inicijuojančių atitinkamą atsaką. Panašiai vyksta ir musei užkliudžius jautriojo musėkauto plaukelius, – šie sukelia srovę, sklindančią lapais. Tai aktyvuoja ląstelių membranos jonų kanalus ir spąstai užsisklendžia. Visa tai įvyksta greičiau, nei per dešimtąją sekundės dalį.

Nors daugelis augalų taip greitai nereaguoja, mechaninius dirgiklius jie jaučia panašiai. Iš tiesų stulbina tai, kad netgi atskirų ląstelių lygyje jutimui augalai ir gyvūnai naudoja panašius baltymus. Šie mechanoreceptoriai išsidėstę ląstelių membranose ir stimuliuojami mechaniniu slėgiu ar lenkimu, leidžia jonams pereiti membraną. Taip atsiranda elektros krūvio skirtumas tarp ląstelės vidaus ir išorės, sukuriantis elektros srovę. Tačiau, kitaip, nei mes, augalai neturi smegenų, kurie galėtų paversti šiuos signalus į jutimus su emocinėmis konotacijomis. Kaip bebūtų, jautrumas lietimui leidžia jiems reaguoti į kintančią aplinką konkrečiais ir tinkamais būdais.

UOSLĖ

Visi augalai turi uoslę. Tai leidžia jiems bendrauti, ir tyrimai rodo, kad prinoksta užuodę tam tikrų chemikalų dvelksmą

Parazitinis vijoklis, vadinamasis brantas, yra augalų pasaulio seklys šuo. Jis beveik neturi chlorofilo – pigmento, kurį daugelis augalų naudoja maisto gamybai, – todėl tam, kad pasisotintų, turi siurbti kitų augalų cukringus syvus. Brantas grobio paieškoms naudojasi uosle. Jis atskiria potencialias aukas iš kvapo, apsigyvendamas ant savo mėgstamų augalų, o taip pat vengdami nesveikų egzempliorių, kuriuos irgi atskiria iš kvapo (Science, vol 313, p 1964).

Brantas yra ypatingai jautrus kvapams, tačiau uoslę turi visi augalai. Gyvūnuose jutikliai nosyje atpažįsta ir ir susijungia su kvapo molekulėmis. Augalai irgi turi receptorius, reaguojančius į lakius chemikalus. Ką jie uodžia?

Trečiajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje, JAV Žemės ūkio departamento tyrėjai pademonstravo, kad paveikus žalius vaisius etileno dujomis, šie prinoksta. Nuo tada paaiškėjo, kad visi nokstantys vaisiai išskiria etileną, jį užuodžia ir reaguoja į jį sunokdami. Dėl to vaisiai ne tik vienodai prinoksta, bet ir šalia esantys vaisiai prinoksta kartu, sukurdami dar etileno ir sukeldami nokimo kaskadą. Koordinuotas sunokimas svarbus, nes privilioja gyvūnus ėsti vaisius ir taip platinti sėklas. Etilenas yra augalų hormonas, reguliuojantis daug procesų, tad gebėjimas jį užuosti turi ir kitų privalumų, pavyzdžiui, lapų spalvos kitimo koordinavimą rudenį.

Bet svarbiausia, kad uoslė leidžia augalams bendrauti. Devintame dešimtmetyje atlikti tyrimai parodė, kad medžiai, augantys vikšrais apkrėstų medžių kaimynystėje, buvo atsparūs kenkėjams, nes lapuose turėjo cheminių medžiagų, darančių juos nevalgomais. Izoliuoti nuo užkrato medžiai tų chemikalų negamino, tad panašu, jog užpulti medžiai oru pasiuntė feromonų žinią, įspėjusią sveikus medžius pasiruošti gresiančiai atakai. Dabar žinome, kad yra daug tokių lakių cheminių junginių.

SKONIS

Augalų skonis taip pat tarpusavyje susijęs, kaip ir pas žmones – bet jie naudoja šią juslę pavojaus ir sausros pajutimui ir netgi giminaičių atpažinimui

Mūsų skonio ir uoslės jutimai glaudžiai susiję. Iš esmė kvapai sustiprina ar prislopina liežuviu jaučiamus skonius. Fiziškai mūsų nosies ir burnos ertmės susijusios taip, kad nosys gali užuosti kvapus, išsiskiriančius kramtant maistą. Didžiausias skirtumas tas, kad uoslė tvarkosi su lakiomis cheminėmis medžiagomis, o skonis jaučia tirpias.

Šie du jutimai tarpusavyje susiję ir augaluose. Tai labiausiai išryškėja jų atsake į vabzdžių ar patogeninių bakterijų atakas. Kaip jau matėme, atakuojami augalai paskleidžia įvairiausių lakių cheminių medžiagų tam, kad įspėtų kaimynus, bet viena medžiaga, vadinamasis metilžasmonatas, ypač svarbi. Čia išryškėja skonio svarba. Nors metilžasmonatas yra dujos tad ir efektyvi oru sklindanti, žinią perduodanti molekulė, ji nelabai aktyvi augaluose. Tačiau prasiskverbęs į vidų per žioteles – poras lapo paviršiuje – jis pavirsta vandenyje tirpia žasmino rūgštimi. Prisijungusi prie specifinių receptorių ląstelėje, ji paleidžia lapo gynybinį atsaką. Lygiai, kaip ant mūsų liežuvio yra receptorių skirtingų skonių molekulių atpažinimui maiste, augalai turi skirtingus receptorius tirpioms molekulėms, tarp kurių ir žasmino rūgštis.

Kadangi skoniui reikia ištirpusių molekulių, tikriausiai nenuostabu, kad didžioji augalų skonio jutimo dalis yra šaknyse, apsuptose dirvos ir vandens. Klasikinis eksperimentas rodo, kad augalai gali naudoti požemines chemines žinutes šalimai augančių giminaičių atpažinimui (New Scientist, 2011 kovo 26, p. 46). Taip pat yra tiesioginis bendravimas šaknimis tarp negiminingų kaimynų. Kai vienai augalų lysvei buvo sudarytos sausros sąlygos, vos per valandą žinutė nukeliavo per penkias lysves ir ten augę augalai užvėrė žioteles, ruošdamiesi vandens trūkumui (PLoS One, vol 6, p e23625). Kiti augalai, buvę tokiu pačiu atstumu, bet nesusijungę šaknimis, nesureagavo. Tad signalas turėjo būti perduodamas iš šaknų į šaknis, tikriausiai kaip tirpios molekulės.

KLAUSA

Muzika ekologiškai nesvarbi augalams, bet yra garsų, kuriuos girdėti jiems būtų naudinga

Tikriausiai girdėjote prieštaringų pasakojimų apie augalų muzikinį skonį. Kai kurie žmonės įsitikinę, kad jie geriau veši, klausydamiesi klasikinės muzikos, kitiems atrodo, kad tokį poveikį daro sunkusis metalas ar bibopas. Kaip bebūtų keista, augalų muzikiniai skoniai įspūdingai sutampa su apie juos pranešančių žmonių. Nors šios srities tyrimų istorija ilga, dauguma jų nėra labai moksliški ir, jei pagalvotume, eksperimentai, tiriantys muziką ir augalus, buvo iš anksto pasmerkti. Nesprendžiame apie augalų regėjimą, rodydami regos tikrinimo lentelę ir prašydami perskaityti apatinę eilutę. Uoslė nematuojama pagal jų sugebėjimą atskirti Chanel No. 5 ir Old Spice.

Muzika nėra ekologiškai svarbi augalams, tad neturėtume tikėtis, jog jie bus tam prisiderinę. Bet yra garsų, kurių girdėjimas, bent jau teoriškai, galėtų suteikti pranašumą. Tai būtų vabzdžių keliamos vibracijos, tarkime, bičių dūzgimas, amarų sparnelių mojai ar silpnučiai netgi mažesnių organizmų sukeliami garsai. Augalai netgi galėtų gauti naudos iš gebėjimo aptikti tam tikrus kitų augalų keliamus garsus. Pavyzdžiui, Augalų mokslų instituto Berne, Šveicarijoje, tyrėjai neseniai įrašė ultragarsines vibracijas, sklindančias iš pušų ir ąžuolų per sausrą (New Phytologist, vol 179, p 1070), galbūt signalizuojančias kitiems medžiams apie pasiruošimą sausoms sąlygoms.

Stefano Mancuso iš Tarptautinės augalų neurobiologijos laboratorijos Florencijos universitete, Italijoje su kolegomis pradeda taikyti griežtus augalų klausos tyrimų standartus (Trends in Plant Sciences, vol 17, p 323). Jų preliminarūs rezultatai rodo, kad javų šaknys auga link tam tikrų dažnių vibracijų. Dar labiau stulbina atradimas, kad pačios šaknys gali leisti garso bangas. Tačiau kol kas neturime supratimo, kaip augalai gali leisti garsus, nekalbant jau apie jų aptikimą.

Jei šis tyrimas bus rezultatyvus, žinosime, kad augalai turi tuos pačius penkis jutimus, kaip ir gyvūnai. Kaip bebūtų, nėra abejonių, kad augalai yra jautrūs patys savaime.

Daniel Chamovitz
New Scientist, № 2879