Умные растения

Арцт Фолькер

Даже чувствительность венериной мухоловки и мимозы словно бы оказалась забыта — феномены, связанные с этими растениями, отправились на задворки ботаники как особые случаи. Наука тоже подчиняется модным тенденциям, а изучение электрических сигналов растений казалось тогда неактуальным. В конце концов, оставалось еще много неизученного — начиная с генетики и заканчивая молекулярным строением клеточной мембраны.

Но именно во время изучения клеточной мембраны электрические импульсы растений снова попали в поле зрения науки. На клеточной мембране, которая, подобно мыльному пузырю, обволакивает содержимое клетки, могут возникать мощные импульсы, впоследствии распространяющиеся по всей мембране. Обычные растительные клетки производят

электрические сигналы, хотя до сих пор эту способность приписывали лишь нервным клеткам. Так растения показали себя в новом свете: они не только «химические организмы», пересылающие по своим телам растворенные вещества и гормоны, они ко всему прочему «электрические организмы».

Все исследованные растения — от образцового арабидопсиса до тыквы и тополя — оказались восприимчивыми: они генерируют электрические импульсы или иные сигналы и пересылают их, словно новости, по всему своему телу. Мимоза и венерина мухоловка утратили исключительный статус: они всего лишь наглядно демонстрируют то, что другие растения делают втайне.

Красная марь в клетке

Красная марь у Эдгара Вагнера получила привилегированное место. Она стоит посреди комнаты, огороженная со всех сторон мелкосетчатыми проволочными стенками. Ее освещают яркими лампами — прямо как на допросе. А мы и вправду ожидаем от нее ответа. По команде растение должно произвести электрический импульс, направив его вверх по стеблю. Прямо на наших глазах. Большая клетка, куда можно зайти и нам, задерживает искажающие поля, способные перекрыть слабый сигнал растения, — например, если лифт в здании придет в движение, внезапно подпрыгнет холодильник или Брайан запустит свою камеру.

Чтобы отслеживать путь сигнала, Эдгар Вагнер закрепил на стебле три электрода на расстоянии десяти сантиметров один от другого. Они прижимаются к ткани стебля, словно манжеты, регистрируя любой проходящий по ним сигнал. На мониторе компьютера, стоящего рядом с клеткой, все это отображается в виде графика.

Доктор Ларе Ленер демонстрирует чувствительность собранной им аппаратуры. Даже нежнейшее прикосновение к электроду отображается на мониторе как резкий всплеск. А иногда к всплеску приводит даже электростатический заряд наших тел — тогда и прикосновения не надо. Ясное дело — когда начнется опыт, в клетке останется одно лишь растение.

Красная марь хорошо перенесла транспортировку из подвала: ведь она росла под вентиляторами. Тем не менее Эдгар Вагнер выделил ей два дня на адаптацию к новому помещению и особенно — к присоединенным электродам. Он считает, что стресс у растения должен быть полностью исключен, иначе оно понизит электрическую активность и начнет демонстрировать «усталость».

Все готово. Брайан у камеры. Ларе Ленер — за компьютером. Эдгар Вагнер подает стартовый сигнал при помощи зажигалки: он подпаливает кончик листа на самой верхушке растения и покидает клетку. Ответ опаленного листа уже в пути, как поясняет нам Ларе. В скором времени электрический заряд пройдет через верхний электрод. Мы как зачарованные не сводим глаз с монитора. Сначала на нем только слегка подрагивающая линия, затем начинает вырисовываться мощный «пик», который вновь исчезает, — это прохождение сигнала. Мы смотрим на часы. Примерно через девяносто секунд сигнал оказывается на среднем электроде, а еще через девяносто — на нижнем.

Измерения по всей длине пути дают четкую картину — черепашьим шагом сигнал движется по направлению к корням. Эдгар Вагнер и Ларе Ленер довольны. Оказывается, они уже наблюдали за тем, как корни после короткого «обдумывания» посылают импульс обратно — к листьям. Но все же, добавляют исследователи, никто не знает, чего, собственно, добивается красная марь с помощью этих раневых сигналов.

У растений существует система электрических сигналов, посредством которой «общаются» их органы — корни, побеги

и листья. Как им это удается без нервных волокон, ученые раньше не знали. Еще Чарлз Дарвин бился над этой загадкой. Сегодня в общих чертах известно, как срабатывает такая система.

На короткие дистанции сигналы путешествуют от одной клетки к другой; для этого они используют маленькие поры, типичные для растительных клеток. Импульс, если можно так выразиться, пробирается от двери к двери и может доползти до любого «помещения».

Чтобы преодолеть большие расстояния, сигналы подыскивают особые пути — они следуют по пучкам волокон, которые проходят по стволу, стеблям и прожилкам листа. Эти тонкие трубочки отвечают за транспортировку влаги, однако используются также и для передачи сообщений. Кто бы мог подумать, что народ не зря прозвал прожилки на листах «нервами»! Правда, речь идет не совсем о нервах — скорее, о проводящих путях для электрических импульсов.

По-прежнему неясно, какие расстояния могут преодолевать эти сигналы. Действительно ли они добираются, скажем, от корневища дуба по стволу до самых кончиков листьев? Или только от одной ветки до другой?

Сейчас проверке подвергается тополь, растущий в Гамбурге. Он хорошо защищен и обитает в оранжерее Института биологии леса. Профессор Йорг Фромм хочет измерить, насколько далеко распространяются электрические сигналы. Глава института поясняет, что, конечно, запихнуть тополь в проволочную клетку Фарадея не получится. Вместо этого ученый снабдил каждый электрод на тестируемом участке дерева проволочным резистором, так что помехи тоже можно исключить.

Этот масштабный эксперимент идет полным ходом. Будем с нетерпением ожидать результатов, поскольку Йорг Фромм — один из первых ботаников, занимающихся электрическими импульсами у растений. В США он четыре года исследовал прохождение импульсов у мимозы. Фромм постоянно задается вопросом: насколько биологически эффективна электрическая активность растительной клетки? Мы не сумели бы жить без нервов. А растения? Когда и для чего они применяют электрические сигналы?

Даже в случае с хорошо изученной мимозой пока неясно, чего она, собственно, добивается, сжимая листья? Чтобы усевшийся жук улетел прочь, когда поверхность листа начнет двигаться? Или листья, сворачиваясь, просто хотят «исчезнуть», стать невидимыми?

Еще труднее обнаружить цель сигналов у «обычных» растений, но здесь команде Йорга Фромма удалось сделать потрясающее открытие. Например, это касается цветка гибискуса. Когда рыльце его пестика опылено, оно производит целый залп из десяти-пятнадцати импульсов. Присутствие противоположного пола в виде пыльцы приводит к сильнейшему возбуждению. Импульсы бегут вниз по пестику к завязи плода, где хранятся яйцеклетки, и там приводят в действие дыхание и обмен веществ — так растение готовится к предстоящему оплодотворению.

Если что-то нужно сделать быстро, в ход идут электрические сигналы — кажется, таков закон растений.

Кукуруза тоже придерживается этого правила: если после засушливого периода в землю внезапно поступает вода, корни посылают сигналы вверх. Листья получают информацию о предстоящем притоке влаги и уже заранее берут больше углекислого газа из воздуха. Всего должно быть в достатке, когда растение наконец получит так долго отсутствовавшую жидкость.

Самозащита растений, для которой требуются яды и гормоны, тоже в большинстве случаев состязание на время. Нетрудно догадаться, что здесь применяются не только химические сигналы, распространяющиеся довольно медленно. Так и есть: картофель и томаты отдают электрические команды, чтобы запустить механизм производства жасмоновой кислоты — для раневого гормона, который играет ключевую роль в растительной защите. Многое свидетельствует о том, что и другие растения выстраивают свою внутреннюю связь при помощи совместных действий химических и электрических сигналов. Это типично также для животных. И для нас.