Po žeme slypinčios augalų smegenys bei slapti pokalbiai požeminiame komunikacijos tinkle, 𝙒𝙤𝙤𝙙 𝙒𝙞𝙙𝙚 𝙒𝙚𝙗

Ankstesniuose šios serijos straipsniuose jau aptarėme stulbinančius, nors ir ne visada akivaizdžius, augalų ir gyvūnų panašumus, bei augalų neurobiologijos – vienos iš sparčiausiai besivystančių šiuolaikinio mokslo sričių – laimėjimus, griaunančius nusistovėjusius įsitikinimus apie augalus. Užsiminėme ir apie procesus, kurių koordinavimui, atrodo, būtinos „smegenys“, pvz., šaknies augimas tekančio vandens link, tai atliekant koordinuotais it vikšro judesiais, ar pavojaus „suvokimas“ ir kitų augalų kaimynystėje perspėjimas.

Tačiau augalai juk smegenų ar po visą kūną išsiraizgiusių nervų neturi? Tokių pačių kaip mes tikrai neturi – tačiau šiuos organus augalams atstoja jų pačių audiniai.

Šaknys – augalų smegenys

Taigi, kur vis dėlto slypi augalų protas? Ne kur kitur, o šaknyse – aukštyn kojomis apverstose ir po žeme paslėptose „smegenyse“.

Vieni garsiausių pasaulio augalų neurobiologų, František Baluška ir Stefano Mancuso su kolegomis išstudijavo šaknų „pereinamąsias zonas“ (angl., transition zones), ir pastebėjo, jog būtent šis audinys veikia kaip pagrindinis komandų centras, reguliuojantis visas nervinei sistemai būdingas reakcijas. Tarp jų ir atsaką į dirgiklius ar sužeidimus, maistinių medžiagų trūkumą, taip pat mokymąsi primenančius procesus ir net atmintį.

Pavyzdžiui, žolėdžiui apgraužus augalo lapus, „žinia“ apie tai pasiekia šaknis, o šios reaguoja, išskirdamos tam tikrais chemines medžiagas, kurios pasiekia kitų augalų šaknis ir taip įspėja apie gresiantį pavojų. Įspėti augalai į gautą informaciją reaguoja atitinkamai – dažnai jie iš šaknų siunčia signalą į savo pačių lapus, kad ten pradėtų gamintis žolėdžius atbaidančios medžiagos.

Tačiau įdomiausia, kaip šie signalai taip greitai nukeliauja didelius atstumus nuo lapų iki šaknų ir atgal? Juk didžiausi augalai gali užaugti ir iki 100 metrų aukščio! Pavyzdžiui, aukščiausios sekvojos aukštis siekia 115.61 metrų, o šie medžiai apskritai yra didžiausi organizmai Žemėje!

Augalų „neuronai“ veikia taip pat, kaip gyvūnų

Gyvūnų nervinės ląstelės – neuronai – sudaro ilgus „kabelius“ (nervus), jungiančius visus organizmo audinius su tam tikromis centrinės nervų sistemos dalimis. Pavyzdžiui, prisilietus prie karšto daikto, pirštų galiukuose esantys receptoriai siunčia apie tai signalą į nugaros smegenis, o jos, savo ruožtu, siunčia atsaką į rankoje esančius raumenis, kad šie susitrauktų ir ranką atitrauktume. Ši reakcija vyksta labai greitai, o signalas nueina didelį kelią. Visai kaip pavojaus signalas iš apgraužtų lapų sklinda į greta esančius medžius ir jų lapus.

Tačiau įdomiausia, jog už signalo pernešimą nuo pirštų galiukų iki nugaros smegenų atsakingas tik vienas – labai ilgas – nervas! Nenuostabu, jog ir augalams reikia ilgų, nuo šaknų iki pat lapų galiukų besidriekiančių ląstelių signalo perdavimui.

Pasirodo, atsakymas gan paprastas – tam jie naudoja augalo vandens indus – nuo šaknų per stiebą kylančius ir kiekvieną lapą pasiekiančius vandenį į lapus tiekiančius vamzdelius. Nors pirminė jų paskirtis augalo aprūpinimas vandeniu, be kurio nevyktų fotosintezė, šie vamzdeliai puikiausiai tinka greitam signalo perdavimui, ir primena ilgus, po kūną besidriekiančius gyvūnų neuronus.

Tačiau kaip augaluose susidaro nervinis impulsas? Ir vėl – lygiai taip pat kaip gyvūnuose! Tiesą sakant, gyviesiems organizmams būdingas bioelektrinis impulsas, kuris ir sklinda mūsų neuronais, apskritai pirmą kartą nustatytas augaluose. 1873 metais, mokslininkas John Burdon-Sanderson šį fenomeną užfiksavo, tirdamas dionėjos (lot.,Dionaea) lapus, kurie veikia kaip spąstai judantiems vabzdžiams. Vabzdžiui prisilietus prie specialių dantelių lapo paviršiuje, susidaro jonų gradientas, kuris signalizuoja tam tikroms lapo dalims jį uždaryti.

Tačiau tokie elektriniai-nerviniai impulsai būdingi ne tik vabzdžiaėdžiams, bet visiems augalams. Pavyzdžiui, pomidoruose ir vynuogėse, pažeidus augalą per jį visą nuvilnija tai signalizuojantis elektrinis impulsas. Elektriniu impulsu sudaromas ir augalų „imunitetas“ – ligos sukėlėjui pažeidus vieną augalo dalį, visos kitos augalo dalys įgyja sisteminę apsaugą.

Yra žinoma, jog nerviniu signalu visi augalai reaguoja ir į pagrindines aplinkos sąlygas: šviesos kiekį, gravitaciją ir kt. Ląstelės matuoja ir vienos kitoms greitai perduoda informaciją apie pasikeitusias sąlygas, bei priima „protingus“ sprendimus, kaip tas sąlygas geriausiai išnaudoti.

Šiuolaikiniai atradimai griauna nusistovėjusias neurobiologijos žinias

Tačiau gyvūnų nervų sistema neapsiriboja vien elektrinio impulso perdavimu. Kertinę reikšmę čia sinapsės – tarpląstelinės jungtys, kur informacija iš neurono į kitas ląsteles perduodama cheminėmis medžiagomis – neuromediatoriais.

Pasirodo, mūsų žinios apie sinapses irgi jau senstelėjusios – neseniai suprasta, jog sinapsės gali susidaryti ir tarp kitų ląstelių, ne tik nervinių. Pavyzdžiui, tokios jungtys susidaro tarp baltųjų kraujo kūnelių imuninio atsako metu.

Pasak Baluška ir kt. (2004) , sinapsių sampratą reikėtų praplėsti, įtraukiant ir augalų „tarpneuronines“ jungtis, nes savo sandara ir veikimo principu jos nesiskiria nuo gyvūnų.

Augalams būdingi ir tie patys neuromediatoriai – informaciją iš ląstelės į ląstelę perduodančios medžiagos, pvz., serotoninas, dopaminas ir kt. Be to, augalai – pagrindinis mūsų nervų sistemą veikiančių medžiagų, pvz., nikotino, kofeino, mentolio ir kt., šaltinis. Daugelis šių medžiagų veikia ir pačius augalus.

Vienas svarbiausių augalų hormonų – auksinas – veikia kaip neuromediatorius, ir daro įtaką daugybei augalo funkcijų, įskaitant viso augalo augimą, skirtingų organų pasiskirstymą (kodėl šaknys visada auga po žeme, o stiebas ir lapai – virš žemės?), ir taip toliau. (Daugiau apie auksiną pasakojome ankstesniame šios serijos straipsnyje .)