Mokslo ir technologijų pasaulis

„Vi­sos me­ta­fo­ros tu­ri pras­mę“ – pa­sa­ky­ta ne taip se­niai nu­vil­ni­ju­siuo­se „au­ga­lų neu­ro­bio­lo­gi­jos“, kaip nau­jos moks­lo sri­ties, pa­va­di­ni­mo de­ba­tuo­se. Iš tie­sų, au­ga­lai neu­ro­nų ne­tu­ri, to­dėl pir­mą kar­tą iš­gir­dus apie šią sri­tį, ga­li su­kir­bė­ti pa­grįs­ta abe­jo­nė, ar net aso­ci­aci­ja su pseu­do­moks­lu. Ta­čiau anaip­tol, au­ga­lų neu­ro­bio­log­ija – vie­na iš spar­čiau­siai be­si­vys­tan­čių šiuo­lai­ki­nio moks­lo sri­čių, po tru­pu­tį at­­sklei­­džian­­ti ge­ro­kai di­des­nį, nei manyta, mū­sų ir au­galų pa­na­šu­mą.

Informacijos srautai augalams svarbūs taip pat, kaip ir mums

Nervų sistema žmonės ir kiti gyvūnai renka informaciją apie aplinką ir ją interpretuoja. Pavyzdžiui, jei šalta – drebame, jei šviečia skaisti saulė – prisimerkiame, jei puola kaimyno šuo – bėgame. Augalai nuo besirengiančio jais užkandžiauti gyvūno pabėgti, deja, negali, tačiau tai nereiškia, kad jie tėra bejėgis žolėdžių mitalas, anaiptol.

Informacija apie aplinką augalui be galo svarbi – ne be reikalo pievos augalai žiedus kaip vienas susiskleidžia vakarėjant ar palijus, ar pasuka lapus saulės pusėn. Ir čia tik mūsų, žmonių, akimis regimi kitimai. Augalų gyvenimo užkulisiuose netrūksta ir kitokių subtilaus elgesio pavyzdžių, įskaitant apsaugą nuo puolančių žvėrių, ar net „karo veiksmus“ prieš konkuruojančias rūšis!

Visa tai vykdo koordinuoti procesai, išorės informaciją panaudojantys „sprendimų“ priėmimui. Labai panašiai veikia ir mūsų nervų sistema.

Augalų „nervų signalai“

Informacija gyvūnų nervų sistemoje perduodama elektriniais impulsais bei cheminėmis medžiagomis – neuromediatoriais. Įdomu, jog ir vienu ir kitu procesu puikiausiai naudojasi ir augalai.

Visų pirma, elektrinis impulsas priklauso nuo skirtingai įkrautų elektringų dalelių – jonų – pasiskirstymo priešingose ląstelių membranų pusėse. Neseniai atlikti augalų komunikacijos tyrimai parodė, jog toks elektrinis impulsas augaluose lemia daugybę procesų, nuo pražydėjimo (pvz., todėl vieno augalo žiedai pražysta vienu metu, o ne atsitiktinai) ir fotosintezės aktyvavimo, iki žaizdų gijimo (pvz., pažeidus medžio žievę).

Prieš kelis mėnesius žurnale The Cell pasirodžiusio straipsnio duomenimis, augalams elektrocheminis signalas ne tik būdingas – augalo audiniai sudaro „nervinius“ tinklus, kuriais signalas gali toli keliauti. Pavyzdžiui, vamzdiški augalų rėtiniai indai veikia kaip „žalieji kabeliai“, kuriais sklinda elektrinis impulsas reaguojant į „skausmą“ ar šaltį.

Nervinio signalo perdavimu cheminėmis medžiagomis augalų irgi nenustebintume – aktyvus medžiagų perdavimas iš ląstelės į ląstelę augaluose vyksta panašiai kaip ir gyvūnuose. Negana to, augaluose aptinkama daugybė gyvūnams būdingų neuromediatorių, o jų perdavimą gyvūnuose, įskaitant ir žmogaus smegenis veikiančios medžiagos veikia ir augalus!

Narkotinės medžiagos – iš augalų, ar... augalams?

Smegenų veiklą kartais, norom ar nenorom, ir patys paveikiame įvairių medžiagų pagalba – mažų mažiausiai išgeriame ramunėlių arbatos, kad po dienos darbų lengviau atsipalaiduotume ir užmigtume. Medžiagos, veikiančios mūsų nervų sistemą, vadinamos psichoaktyviomis medžiagomis – toks yra ir alkoholis, nikotinas ir kitos narkotinės medžiagos.

Psichoaktyvios medžiagos vienaip ar kitaip veikia signalo perdavimą smegenyse jau minėtų neuromediatorių pagalba. Pavyzdžiui, amfetaminai skatina dopamino – „laimės“ hormono – išsiskyrimą, opiatai, pvz., morfinas, blokuoja už skausmą atsakingus receptorius smegenyse ir t.t.

Sprendžiant iš archeologinių duomenų, psichoaktyvios medžiagos buvo naudojamos jau prieš 10 tūkst. Tuo metu technologijų susintetinti narkotines medžiagas, kaip tai dažnai daroma šiandien, nebuvo, todėl pirminis narkotinių medžiagų šaltinis buvo augalai. Iš augalų išgautas narkotines medžiagas naudojame iki šiol, pradedant nuo mentolio mėtų arbatoje, kuris atšaldo ir sumažina gerklės perštėjimą, iki stiprių nuskausminamųjų .

Taigi, augalams ne tik būdingas panašus į gyvūnų signalo perdavimas, tačiau jie patys ir gamina tokias pačias, nervų sistemą veikiančias medžiagas! Tiesa, šios medžiagos nebūtinai pačius augalus veikia identiškai. Pavyzdžiui, mentolis – mėtų antrinis produktas, kuris kaip ir kitos panašios medžiagos išskiriamos daugiausia kitiems organizmams, tarp jų ir augalėdžiams gyvūnams paveikti (nuo jų apsiginti), o pačios mėtos „šaldančiai“, ko gero, neveikia. Vis dėl to, neseniai atlikti tyrimai parodė, jog kai kurios augalų gaminamos, gyvūnams psichoaktyvios, medžiagos veikia ir augalus, į nervinio signalo perdavimą panašiu būdu.

Tas pats mentolis ir kamparas, veikiantys gyvūnų nervų sistemą, taip pat stabdo kukurūzų šaknų augimą. Etilenas, kuris žmones veikia kaip anestetikas, augaluose turi be galo daug vaidmenų – nuo vaisių nokimo skatinimo, iki anestetinio poveikio augalų šaknims. Be to, etilenas augaluose išskiriamas ir atsiradus žaizdai. Todėl, mokslininkų manymu, ši medžiaga gali turėti tam tikrą „skausmo“ malšinimo funkciją augaluose. Nors, skirtingai negu mes, augalai skausmo aktyviai ir nesuvokia, cheminiai procesai žaizdų atsiradimo vietose gali būti labai panašūs.

Plėtojantis augalų molekuliniams tyrimams, medžiagų, kurios panašiai veikia ir augalų, ir gyvūnų, tarp jų ir žmogaus, „nervų sistemas“ atrandama vis daugiau. Viena tokių – auksinas, atsakantis daugelį klausimų apie tiksliai „sustyguotą“ augalų gyvenimą.

Auksinas – augalų nervų sistemos „centras“

Apie auksiną, kuris sandara ir veikimu primena į šviesos ir tamsos pokyčius reaguojantį hormoną melatoniną, būdingą ir žmonėms, žinota jau seniai – nuo Darvino atliktų fototropizmo eksperimentų, kai jis pastebėjo, jog augalai yra linkę suktis į šviesą. Tačiau darosi aišku, kad šio augalų hormono vaidmuo tuo toli gražu neapsiriboja.

Įdomu, jog nors auksino molekulė gan nedidelė ir galėtų savaime „prasprūsti“ pro tarpląstelines jungtis, augalai nuolat kontroliuoja šios medžiagos transportą. Auksinas aktyviai perduodamas iš ląstelės į ląstelę membraninių pūslelių pagalba – lygiai taip pat, kaip gyvūnų nervinėje sistemoje iš ląstelės į ląstelę perduodami neuromediatoriai . Tai kainuoja be galo daug energijos, todėl nekyla abejonių, jog šie procesai nevyksta atsitiktinai.

Auksinas, be atsako į šviesą, taip pat yra atsakingas ir už kitų fizinių procesų interpretavimą, įskaitant gravitaciją ir augalo organų išsidėstymą (pvz., kuria kryptimi auga šaknys ir kuria – stiebelis), šaknų atsaką į drėgmę, prisilietimą (pvz., kliudžius kito augalo šaknį ar kietą daiktą) ir kitus aplinkos faktorius. Taigi, be auksino augalai normaliai vystytis išvis negalėtų. Būtent todėl, mokslininkų teigimu, auksinas yra viena „kertinių“ medžiagų, padėsiančių suprasti augalų nervinių signalų perdavimą, bei plėtoti visą augalų neurobiologijos sritį, nes kol kas apie šią visagalę molekulę „vis dar beveik nieko nežinome“.

Augalai miega, juda, ginasi ir „kariauja“!

Augalai slepia ir daugiau paslapčių, kurias viena po kitos stengiasi išnarplioti besikuriančios srities mokslininkai. Pavyzdžiui, neseniai atskleista, jog augalams tiek pat, kiek ir mums, svarbus miegas. Neleidžiant augalams atlikti „naktinių judesių“ (t.y. susiskleisti) šie žūva. Tuo tarpu, jei jiems leidžiama „miegoti“, augalai auga sveiki ir stiprūs – visai kaip žmonės!

Vienas skiriamųjų augalų karalystės bruožų yra ir tai, jog jie nejudrūs. Tačiau, ar tai tikrai tiesa? Augalų judesius plačiai yra aprašęs dar ir pats Darvinas, jų svarba darosi vis aiškesnė ir šiandieniniams mokslininkams. Šaknys auga drėgmės ir įvairių virpesių link, vijokliniai augalai juda tol, kol randa už ko užsikabinti. Ką jau kalbėti apie visiems žinomas, muses medžiojančias saulašares, kurios akimirksniu, vos nutūpus grobiui, šį suspaudžia į tvirtus spąstus ir suvirškina.

Manėte, kad augalai vis vien bejėgiai apsiginti prieš juos atakuojančius parazitus ir žolėdžius? Ir vėl netiesa! Surenkama vis daugiau duomenų apie augalų „socialinį gyvenimą“ bei informacijos perdavimą kitiems augalams, pavyzdžiui, taip juos perspėjant apie artėjantį grobį. Pasak neurobiologų František Baluška ir Stefano Mancuso, „Augalų bendruomenės padidina savo imunitetą, kai gauna perspėjimą apie užpultus kaimynus“. Tai jie pasiekia įvairiausiais būdais, tačiau vienas įspūdingiausių – išskiriamos specialios medžiagos, kurios privilioja žolėdžius gyvūnus medžiojančius plėšrūnus!

Negana to, „karas“ augalams taip pat būdingas. Pavyzdžiui, teritoriją bepradedantys užgrobti augalai iš šaknų galiukų išskiria kitoms rūšis nuodingas medžiagas ir taip jas nužudo. Parazitiniai augalai šaknų galiukais „jaučia“, kur auga jų aukos, kerojasi link jų, o aukas pasiekę išaugina specialias šaknines struktūras, kurios padeda įaugti į aukos audinius.

Tokiu būdu augalai, užuot pasyviai priimdami savo aplinką, į ją aktyviai reaguoja, renka informaciją, ją interpretuoja ir „priima sprendimus“. Svarbiausia tai, augalai geba netgi modifikuoti juos supančią gyvąją gamtą, pavyzdžiui, atbaidant ar priviliojant tam tikrus organizmus!

Todėl, nors „tikrų“ neuronų augalai ir neturi, akivaizdu, jog panašūs į gyvūnų procesai augalų „nervų sistemose“ tikrai vyksta, o patys jie gyvena subtilų, dar menkai ištirtą gyvenimą. Panašu, jog besivystant augalų neurobiologijos sričiai tokių atradimų bus atskleidžiama vis daugiau. Vis dėl to, jau dabar abejojama – ar tikrai augalai taip toli evoliuciškai nutolę nuo mūsų, žmonių..?

Apie augalų komunikaciją bei kur , dar paties Darvino teigimu, iš tiesų slypi augalų „smegenys“ skaitykite ateinančiuose Technologijos.lt straipsniuose.

Eglė Marija Ramanauskaitė