Witam!
ROŚLINY TEŻ POTRAFIĄ MYŚLEĆ
http://wyborcza.pl/1,75476,8151919,Rozu ... oslin.htmlRozumne życie roślin
Sławomir Zagórski 2010-07-19, ostatnia aktualizacja 2010-07-19 10:12:26.0
Rośliny wcale nie są prostymi i biernymi organizmami. Nasi zieleni kuzyni
mają podobnie jak my układ nerwowy, dzięki któremu potrafią zapamiętywać
informacje i... myśleć
Ta publikacja wywraca do góry nogami naszą wiedzę na temat roślin. Dowodzi,
że prowadzą one znacznie bardziej skomplikowane życie, niż sądziliśmy przez
wiele, wiele lat. Ogromną satysfakcją jest to, że przełomowych odkryć
dokonał czysto polski zespół młodych naukowców pod kierunkiem prof.
Stanisława Karpińskiego z warszawskiej Szkoły Głównej Gospodarstwa
Wiejskiego.
Karpiński to jeden z naszych wybitnych badaczy, który spędził blisko 20 lat
na Zachodzie i dzięki programowi "Wellcome" Fundacji na rzecz Nauki Polskiej
wrócił niedawno do kraju i rozkręcił duży program badawczy w Warszawie. Na
efekty nie trzeba było długo czekać. W najnowszym numerze "Plant Cell" -
najbardziej prestiżowego pisma z zakresu biologii komórki roślin - ukazała
się sążnista, 18-stronicowa praca zespołu Karpińskiego. A oto czym zajęli
się Polacy.
Hormony czy elektrochemia
Około dziesięciu lat temu, a więc w czasach kiedy Karpiński pracował jeszcze
w Szwecji, udało mu się odkryć, że rośliny potrafią reagować na światło w
sposób systemowy. Co to oznacza? Wyobraźmy sobie rosnące drzewo, którego
część liści wystawiona jest na słońce, a część pozostaje w cieniu. Otóż
okazało się, że liście tego samego drzewa potrafią ze sobą "rozmawiać". W
efekcie te słabiej naświetlone doskonale "wiedzą", że te od słonecznej
strony otrzymały porządną dawkę światła. Wiedzą nie tylko, jakie było jego
natężenie, ale także czy jest to poranek, czy zmierzch.
To był absolutny hit. Ówczesna praca opublikowana w "Science" doczekała się
wielu cytowań, a Karpińskiemu otworzyła drogę do stałej profesury w Szwecji.
Zagadką było, w jaki sposób rośliny przekazują sobie informacje. Początkowo
wydawało się, że za pośrednictwem tzw. rodników tlenowych i hormonów. Jednak
dalsze badania sugerowały, że chodzi o szybkie sygnały elektryczne. W tym
momencie trudno było nie doszukać się analogii ze zwierzęcym układem
nerwowym. U zwierząt komórki porozumiewają się za pomocą sygnałów
elektrochemicznych. W obrębie pojedynczej komórki nerwowej informacja
przemieszcza się jak prąd elektryczny, natomiast w chwili, gdy dochodzi do
synapsy (miejsca połączenia dwóch neuronów), zamienia się w impuls
chemiczny.
A jak to jest u roślin?
Nerwy liścia
Najnowsze eksperymenty zespołu Karpińskiego dowodzą, że tu wszystko zaczyna
się od światła. Odebrane bodźce świetlne (czyli fotony) zamieniane są w
sygnały elektrofizjologiczne. Rozchodzą się one co prawda znacznie wolniej
niż u zwierząt (u nas jest to ok. dwóch metrów na sekundę, u roślin nie
więcej niż centymetr na sekundę), ale roślinom całkowicie to wystarcza. W
końcu nie muszą one uciekać przed wrogiem.
O ile szybkość przewodzenia sygnałów jest stosunkowo niewielka, o tyle
wytworzone potencjały i amplituda przemieszczającej się fali są u roślin i
zwierząt bardzo podobne. Co ciekawe, profil sygnału jest zupełnie inny dla
światła białego, czerwonego czy niebieskiego.
Przewodzeniem sygnałów zajmują się głównie komórki tzw. wiązek
okołopochwowych. To komórki sąsiadujące z naczyniami (popularnie nazywanymi
nerwami) liścia. Teraz okazuje się, że owa popularna nazwa - "nerwy"
liścia - ma swoje głębsze uzasadnienie. Poprzez leżące w "nerwie" naczynia i
rurki sitowe płynie woda i substancje odżywcze, a poprzez komórki wiązki
przebiegają prawdziwe sygnały elektryczne.
Zupełnie jak komputer kwantowy
Jakie to ma znaczenie? Otóż po pierwsze, rośliny starają się jak
najefektywniej wykorzystywać światło. To w końcu podstawa życia na Ziemi. Od
wydajnej fotosyntezy zależy bowiem produkcja tlenu i jedzenia dla wszystkich
innych organizmów na naszej planecie. Ale jak się okazuje, co za dużo, to
niezdrowo, i nadwyżka światła roślinom szkodzi. Po pochłonięciu zbyt dużej
dawki fotonów rośliny muszą się części ich pozbyć. Najnowsza praca
Karpińskiego dowodzi, że informacja o wygaszaniu nadmiaru energii przenosi
się z liścia do liścia również za pomocą elektrofizjologicznych sygnałów.
Rośliny zliczają zaabsorbowane fotony, działając jak coś w rodzaju komputera
kwantowego, a następnie ich naświetlone części przekazują informację dalej.
Uczeni wybrali do badań rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana) -
bliskiego krewniaka kapusty i rzepaku. To modelowa roślina, która od lat
stanowi obiekt dociekań fizjologów i genetyków. Arabidopsis, rosnąc, tworzy
rozetkę liści. Naukowcy oświetlali wyłącznie trzy z nich, a resztę trzymali
w cieniu. Za pomocą cieniusieńkich elektrod odczytywali potencjały
elektryczne w oświetlanych i zaciemnionych partiach rośliny.
Przy zwykłej (tj. niedużej) porcji światła oświetlone liście prowadzą
fotosyntezę, jednocześnie informując te zacienione, jaką ilość fotonów
dostały, na co trzeba "się nastawić", ile energii świetlnej w razie czego
wygasić. I - jak się okazuje - te nieoświetlone liście "słuchają się" i
"uczą".
Jeśli porcja światła rośnie ponad miarę, zacienione liście też o tym wiedzą
i szykują się na niebezpieczeństwo. Co więcej, okazuje się, że każdy liść
"podejmuje niezależnie decyzję", ile światła się pozbyć. Niczego się tu nie
narzuca z góry, poszczególne liście wybierają własną strategię.
- A zatem rośliny nie tylko szybko przewodzą sygnały, nie tylko mają więc
własny system nerwowy, ale także w pewnym sensie myślą - mówi podekscytowany
prof. Karpiński
- Czy komuś z nas się o tym w ogóle śniło? - dodaje naukowiec.
Więcej światła, mniej chorób
Ale to nie koniec. Jeśli jest już układ nerwowy i coś w rodzaju myślenia,
powinna być także pamięć. Ci z państwa, którzy doszli do tej części
artykułu, najprawdopodobniej nie zdziwią się, gdy przeczytają, że tę
roślinną pamięć również udało się odkryć.
Naukowcy już wcześniej wiedzieli, że istnieje związek między reakcją na
światło a odpornością na infekcje. Zakażali rośliny bakterią Pseudomonas i
powodowali, że chorowały one równie ciężko jak my, ludzie, na zapalenie
płuc. Okazało się jednak, że jeśli roślinę przed zakażeniem oświetli się
dawką światła, zamiast "zapalenia płuc" dostaje ona "silnego przeziębienia".
A zatem światło najwyraźniej chroni przed chorobą.
Najciekawsze w tym wszystkim było jednak to, że jeśli pomiędzy naświetleniem
a zakażeniem Pseudomonas zrobi się 24-godzinną przerwę, rośliny dostają już
tylko "lekkiego kataru". Innymi słowy są one w stanie zapamiętać informację
o padającym na nie świetle.
W procesy pamięci zdaniem Karpińskiego zaangażowany jest ten sam system
fotoelektrofizjologicznych sygnałów, o którym mowa była w kontekście
fotosyntezy i wygaszania nadmiaru światła.
Przy okazji wraca tu kwestia barwy światła - rośliny inaczej reagują na
światło niebieskie, inaczej na czerwone. Ma to swój biologiczny sens. W
lecie, kiedy słońce jest wysoko nad horyzontem, przeważa światło niebieskie.
Na jesieni, gdy słońce wisi nisko, dominuje światło czerwone. I wszystko się
zgadza. W lecie rośliny narażone są na nieco inne pasożyty niż jesienią.
Po co roślinom pamięć
Roślinna pamięć zdaniem Karpińskiego służy nie tylko obronie przed
ewentualnymi wrogami, ale także do jak najlepszego przystosowania się np. do
dłuższego okresu opadów czy zachmurzenia.
Zapamiętana informacja o barwie światła wydaje się kluczowym czynnikiem
zwiększającym szansę roślin na przetrwanie w wysoce zmiennym środowisku
piszą Stanisław Karpiński i Magdalena Szechyńska-Hebda w artykule
przygotowywanym do druku w jednym z najbliższych numerów "Świata Nauki".
"Zwarty łan lub struktura korony drzew oraz zmienna pogoda powodują, że
liście roślin nie są stale i całkowicie wystawione na optymalne natężenie
światła. Dlatego też szybka i efektywna wymiana informacji w ramach jednego
liścia lub w różnie naświetlanych liściach tej samej rośliny zapewnia
aklimatyzację całego organizmowi. (...) To niezwykle elegancki system, który
specyficznie wyewoluował u roślin" - podsumowują autorzy publikacji.
Praca zespołu Karpińskiego doczekała się już świetnych recenzji wydawców
"Plant Cell". Ostatnio zaprezentowano jej szczegóły na kongresie w Pradze. -
Słuchacze stali w przejściach i w korytarzu - chwali się Karpiński.
Ponadto badania nad systemem nerwowym i pamięcią u roślin to nie tylko
sztuka dla sztuki. - Mamy już dwa patenty - cieszy się naukowiec.
Na koniec opowiada mi o zaplanowanych kolejnych doświadczeniach. - Ale o tym
na razie cicho sza - ostrzega. - Żeby nie zapeszyć.
a.A.