Zmysły roślin. Ukryty system percepcji

Rośliny nie mają oczu ani uszu, ale potrafią rozpoznawać kolory, reagować na drgania, wykrywać dotyk i zapamiętywać warunki środowiskowe. Nowe badania pokazują, że ich systemy percepcji są znacznie bardziej złożone, niż zakładano

Rośliny zwykle przedstawia się jako organizmy bierne, przytwierdzone do jednego miejsca i pozbawione zdolności reagowania na otoczenie. Taki obraz coraz wyraźniej rozmija się jednak z wynikami badań.

Rozwijająca się dziedzina biologii roślin pokazuje, że są one zdolne do precyzyjnego odbioru sygnałów środowiskowych i dostosowywania do nich swojego funkcjonowania. W wielu przypadkach mechanizmy te przypominają – przynajmniej funkcjonalnie – zmysły znane ze świata zwierząt.

Rośliny wykrywają światło za pomocą wyspecjalizowanych białek, reagują na drgania mechaniczne, odpowiadają na dotyk dzięki kanałom mechanowrażliwym, rozpoznają sygnały chemiczne uwalniane przez inne organizmy, a także zachowują ślady wcześniejszych doświadczeń w postaci zmian epigenetycznych.

Badania, na których opiera się ten tekst, koncentrują się na tym, jak rośliny mierzą upływ czasu w cyklu sezonowym. To jednak tylko jeden z elementów szerszego obrazu ich zdolności percepcyjnych.

Rośliny rozpoznają światło i pory roku

Najbardziej oczywistym przykładem jest reakcja na światło. Kwiaty zwracające się w stronę słońca pokazują, że rośliny potrafią je wykrywać i śledzić jego kierunek.

Podobnie jak zwierzęta, wykorzystują do tego różne receptory, z których każdy reaguje na inny zakres długości fali. Fitochromy odpowiadają za światło czerwone i daleką czerwień, a kryptochromy i fototropiny reagują na światło niebieskie oraz ultrafioletowe. Sygnały świetlne są przekształcane w sygnały molekularne, które regulują rytmy dobowe roślin oraz ich funkcjonowanie w cyklu dnia i nocy.

Coraz więcej badań wskazuje, że drzewa potrafią także rozpoznawać najdłuższy dzień w roku. Ten moment działa jak przełącznik sezonowy, uruchamiając procesy takie jak starzenie się liści czy przygotowanie pąków.

Autor badań zidentyfikował gen Early-Flowering-3 u buka zwyczajnego (Fagus sylvatica), który odpowiada za reakcje sezonowe, w tym magazynowanie energii, zmiany w sygnałach hormonalnych i przygotowanie rośliny do zimy.

Rośliny reagują na dźwięk i drgania

Światło to tylko jeden z kanałów odbioru informacji. Rośliny reagują także na dźwięk, a dokładniej na drgania mechaniczne.Eksperymenty pokazują, że potrafią wykrywać wibracje wywołane przez żerujące owady albo dźwięk skrzydeł zapylających je pszczół. Reagują również na odgłos płynącej wody, kierując w jej stronę wzrost korzeni.

Rośliny same również generują sygnały dźwiękowe. Tytoń i pomidory w warunkach stresu emitują ultradźwiękowe kliknięcia, które niosą informacje o stanie rośliny, na przykład o poziomie odwodnienia lub uszkodzeniach. Można je zarejestrować odpowiednim sprzętem.

Badacze obserwowali też, co dzieje się, gdy rośliny są wystawione na działanie dźwięku. Zmieniają się właściwości błon komórkowych oraz sygnalizacja chemiczna w kanałach jonowych.

Rośliny nie mają układu nerwowego, ale kanały jonowe pełnią podobną funkcję. Działają jak mikroskopijne bramki, przez które przekazywane są informacje między wnętrzem komórki a jej otoczeniem.

Nie jest jeszcze jasne, jakie dokładnie struktury odpowiadają za odbiór dźwięku. Trwają badania nad tym, czy rolę tę pełnią drobne, włoskowate struktury na powierzchni liści.

Dotyk uruchamia reakcje obronne

Rośliny reagują także bezpośrednio na dotyk. Widać to szczególnie wyraźnie u gatunków takich jak mimoza wstydliwa (Mimosa pudica) czy muchołówka amerykańska (Dionaea muscipula), które zamykają liście po bodźcu mechanicznym.

To najbardziej spektakularne przykłady, ale reakcje na dotyk są znacznie powszechniejsze. Rośliny wykrywają uderzenia kropli deszczu oraz uszkodzenia powodowane przez zwierzęta roślinożerne. W odpowiedzi uruchamiają mechanizmy obronne. Mogą produkować toksyczne związki albo odkładać ligninę, która wzmacnia tkanki i utrudnia ich zjadanie.

Podobnie jak u zwierząt, odpowiadają za to wyspecjalizowane białka wrażliwe na siły mechaniczne. Przekształcają one bodźce fizyczne w sygnały biochemiczne, często z udziałem jonów wapnia.

Rośliny zapisują doświadczenia w DNA

Jednym z najlepiej poznanych przykładów „pamięci” roślin jest reakcja na temperaturę. Rośliny zapamiętują okres zimna, co pozwala im zakwitnąć we właściwym momencie wiosną. Bez tego mechanizmu cykl rozwojowy byłby zaburzony.

Informacja ta jest zapisywana w zmianach epigenetycznych, czyli chemicznych modyfikacjach DNA, które nie zmieniają samego kodu genetycznego. Zmiany te wpływają na sposób odczytywania genów i tworzą zapis wcześniejszych warunków środowiskowych.

W Nowej Zelandii zaobserwowano, że drzewa potrafią zapamiętywać temperatury z poprzednich lat i synchronizować produkcję nasion w całych lasach. Zjawisko to nazywa się mast seeding.

Masowe owocowanie prowadzi do nagłego wzrostu liczby nasion, a w konsekwencji do wzrostu populacji szkodników, co może wpływać na inne gatunki.

Badania pokazały, że rośliny wykorzystują odwracalne znaczniki chemiczne, które czasowo wyłączają geny. Dzięki temu mogą przenosić informację z jednego sezonu na kolejny.

Te ustalenia zmieniają sposób patrzenia na rośliny. Nie są biernymi organizmami, lecz systemami zdolnymi do odbioru, przetwarzania i zapamiętywania informacji o środowisku.

Artykuł The secret sensory life of plants: researchers are discovering how they see, hear, feel – and even remember ukazał się pierwotnie w serwisie The Conversation.
Oryginał:https://doi.org/10.64628/AA.576gds94h

• Nauki biologiczne i rolnicze