Nima uchun o'simliklar nerv impulslariga muhtoj

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Ko'p asrlik emanlar, yam-yashil o'tlar, yangi sabzavotlar - negadir biz o'simliklarni tirik mavjudot deb hisoblashga o'rganmaganmiz va bekorga. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, o'simliklar asab tizimining o'ziga xos murakkab analogiga ega va xuddi hayvonlar kabi qaror qabul qilish, xotiralarni saqlash, muloqot qilish va hatto bir-birlariga sovg'alar berishga qodir.

Okvud universiteti professori Aleksandr Volkov o'simliklarning elektrofiziologiyasini batafsilroq tushunishga yordam berdi.

Jurnalist: Men sizning maqolalaringizni uchratmagunimcha, kimdir o'simliklar elektrofiziologiyasi bilan shug'ullanadi deb o'ylamagan bo'lardim

Aleksandr Volkov:Sen yolg'iz emassan. Keng omma o'simliklarni tirikligini anglamasdan ham oziq-ovqat yoki landshaft elementlari sifatida ko'rishga odatlangan. Bir marta men Xelsinkida o'simliklarning elektrofiziologiyasi bo'yicha ma'ruza qilayotgan edim, keyin hamkasblarim juda hayron bo'lishdi: "Men jiddiy mavzu - aralashmaydigan suyuqliklar bilan shug'ullanardim, lekin hozir men qandaydir meva va sabzavotlar bilan shug'ullanardim". Ammo bu har doim ham shunday emas edi: o'simliklarning elektrofiziologiyasi bo'yicha birinchi kitoblar 18-asrda nashr etilgan, keyin hayvonlar va o'simliklarni o'rganish deyarli parallel ravishda davom etdi. Masalan, Darvin ildiz miyaning bir turi, butun o'simlikdan signallarni qayta ishlaydigan kimyoviy kompyuter ekanligiga ishonch hosil qilgan (qarang, masalan, "O'simliklar harakati"). Va keyin Birinchi Jahon urushi keldi va barcha resurslar hayvonlarning elektrofiziologiyasini o'rganishga tashlandi, chunki odamlarga yangi dorilar kerak edi.

V: Mantiqiy ko'rinadi: laboratoriya sichqonlari hali ham binafshalarga qaraganda odamlarga ancha yaqinroq

A. V:Aslida, o'simliklar va hayvonlar o'rtasidagi farqlar unchalik katta emas va elektrofiziologiyada ular odatda minimaldir. O'simliklar neyron - floem o'tkazuvchan to'qimalarining deyarli to'liq analogiga ega. U neyronlar bilan bir xil tarkibi, hajmi va funktsiyasiga ega. Yagona farq shundaki, hayvonlarda natriy va kaliy ion kanallari neyronlarda harakat potentsiallarini uzatish uchun ishlatiladi, o'simlik floemasida xlorid va kaliy ion kanallari ishlatiladi. Bu neyrofiziologiyadagi barcha farq. Nemislar yaqinda o'simliklarda kimyoviy sinapslarni topdilar, biz elektrmiz va umuman olganda, o'simliklar hayvonlar kabi bir xil neyrotransmitterlarga ega. Menimcha, bu hatto mantiqiy: agar men dunyoni yaratganimda va men dangasa odam bo'lsam, hamma narsani bir xil qilib qo'ygan bo'lardim, shunda hamma narsa mos keladi.

Nima uchun o'simliklar nerv impulslariga muhtoj?

Biz bu haqda o'ylamaymiz, lekin o'simliklar o'z hayotida odamlar yoki boshqa hayvonlarga qaraganda tashqi muhitdan ko'proq signallarni qabul qilishadi. Ular yorug'likka, issiqlikka, tortishish kuchiga, tuproqning tuz tarkibiga, magnit maydonga, turli patogenlarga ta'sir qiladi va olingan ma'lumotlar ta'sirida o'z xatti-harakatlarini moslashuvchan tarzda o'zgartiradi. Misol uchun, Florensiya universitetining Stefano Mancuso laboratoriyasida ikkita toqqa chiqadigan loviya kurtaklari bilan tajribalar o'tkazildi. Olimlar o'simliklar o'rtasida umumiy tayanchni o'rnatdilar va kurtaklar unga poyga qila boshladilar. Ammo birinchi o'simlik tayanchga ko'tarilishi bilanoq, ikkinchisi darhol o'zini mag'lubiyatga uchraganini tan oldi va bu yo'nalishda o'sishni to'xtatdi. Resurslar uchun kurash ma'nosiz ekanligini va baxtni boshqa joydan izlash yaxshiroq ekanligini tushundi.

V: O'simliklar harakat qilmaydi, sekin o'sadi va odatda shoshilmasdan yashaydi. Aftidan, ularning nerv impulslari ham sekinroq tarqalishi kerak

Aleksandr Volkov: Bu ilm-fanda uzoq vaqtdan beri mavjud bo'lgan yolg'ondir. XIX asrning 70-yillarida inglizlar Venera chivinining harakat salohiyati soniyasiga 20 santimetr tezlikda tarqalishini o'lchagan, ammo bu xato edi. Ular biologlar edi va elektr o'lchovlari texnikasini umuman bilishmasdi: o'z tajribalarida inglizlar sekin voltmetrlardan foydalanganlar, ular nerv impulslarini tarqalishdan ham sekinroq qayd etgan, bu mutlaqo qabul qilinishi mumkin emas. Endi bilamizki, nerv impulslari signalning qo'zg'alish joyiga va tabiatiga qarab, o'simliklardan juda farqli tezlikda o'tishi mumkin. O'simliklardagi harakat potentsiallarining tarqalishining maksimal tezligi hayvonlardagi bir xil ko'rsatkichlar bilan taqqoslanadi va harakat potentsiali o'tgandan keyin bo'shashish vaqti millisekundlardan bir necha soniyagacha o'zgarishi mumkin.

W: O'simliklar bu nerv impulslaridan nima uchun foydalanadi?

A. V: Darslik misoli - men allaqachon aytib o'tgan Venera pashshasi. Bu o'simliklar havoning kirib borishi qiyin bo'lgan juda nam tuproqli joylarda yashaydi va shunga mos ravishda bu tuproqda azot kam. Flycatchers bu muhim moddaning etishmasligini hasharotlar va kichik qurbaqalarni iste'mol qilish orqali oladi, ular elektr tuzoq bilan tutadilar - ikkita gulbarg, ularning har birida uchta piezomexanik sensor mavjud. Hasharot gulbarglarning birortasiga o‘tirib, panjasi bilan bu retseptorlarga tegsa, ularda harakat potensiali hosil bo‘ladi. Agar hasharot 30 soniya ichida mexanizatorga ikki marta tegsa, bir soniya ichida tuzoq yopiladi. Biz ushbu tizimning ishlashini tekshirdik - Venera chivin qopqonining tuzog'iga sun'iy elektr signalini berdik va hamma narsa xuddi shunday ishladi - tuzoq yopildi. Keyin biz bu tajribalarni mimoza va boshqa o'simliklar bilan takrorladik va shuning uchun biz o'simliklarni ochishga, yopishga, harakatga, egilishga majburlash mumkinligini ko'rsatdik - umuman olganda, elektr signallari yordamida xohlagan narsani qiling. Bunda har xil tabiatdagi tashqi qo’zg’alishlar o’simliklarda amplituda, tezlik va davomiylik jihatidan farq qilishi mumkin bo’lgan harakat potentsiallarini hosil qiladi.

W: O'simliklar yana nimaga ta'sir qilishi mumkin?

A. V: Agar siz o'z uyingizda o'tlarni kessangiz, unda harakat potentsiali darhol o'simliklarning ildizlariga o'tadi. Ularda ba'zi genlarning ifodasi boshlanadi va vodorod periks sintezi kesilgan joylarda faollashadi, bu o'simliklarni infektsiyadan himoya qiladi. Xuddi shu tarzda, agar siz yorug'lik yo'nalishini o'zgartirsangiz, birinchi 100 soniya davomida o'simlik qush yoki hayvondan soya variantini kesib tashlash uchun unga hech qanday munosabat bildirmaydi va keyin elektr signallari yana ketadi, unga ko'ra o'simlik yorug'lik oqimini maksimal darajada ushlab turadigan tarzda soniyalarda aylanadi. Xuddi shu narsa sodir bo'ladi va siz qaynoq suvni tomizishni boshlaganingizda, yonib turgan zajigalkani ko'targaningizda va o'simlikni muzga qo'yganingizda - o'simliklar atrof-muhitning o'zgarishiga javoblarini boshqaradigan elektr signallari yordamida har qanday ogohlantirishlarga reaksiyaga kirishadi. sharoitlar.

O'simlik xotirasi

O'simliklar nafaqat tashqi muhitga qanday munosabatda bo'lishni bilishadi va, ehtimol, o'z harakatlarini hisoblashadi, balki o'zaro ijtimoiy munosabatlarni ham bog'laydilar. Masalan, nemis o'rmonchisi Piter Vollebenning kuzatishlari shuni ko'rsatadiki, daraxtlar o'ziga xos do'stlikka ega: sherik daraxtlar ildizlar bilan bog'langan va ularning tojlari bir-birining o'sishiga xalaqit bermasligini diqqat bilan kuzatib boradi, tasodifiy daraxtlar esa o'ziga xos his-tuyg'ularga ega emas. qo'shnilariga, ular har doim o'zlari uchun ko'proq yashash joyini egallashga harakat qilishadi. Shu bilan birga, do'stlik turli xil daraxtlar o'rtasida ham paydo bo'lishi mumkin. Shunday qilib, xuddi shu Mancuso tajribalarida, olimlar Duglasning o'limidan biroz oldin, u qanday qilib meros qoldirganga o'xshaydi: undan unchalik uzoq bo'lmagan sariq qarag'ay daraxti ildiz tizimi orqali katta miqdordagi organik moddalarni yuborgan.

W: O'simliklarning xotirasi bormi?

Aleksandr Volkov: O'simliklar hayvonlar kabi barcha xotira turlariga ega. Misol uchun, biz Venera pashsha qorni xotiraga ega ekanligini ko'rsatdik: tuzoq ishlashi uchun unga 10 mikrojuft elektr toki yuborilishi kerak, ammo ma'lum bo'lishicha, buni bir seansda qilish shart emas. Siz birinchi navbatda ikkita mikrokoulomga, keyin yana beshtasiga va hokazolarga xizmat qilishingiz mumkin. Hammasi bo'lib 10 ta bo'lsa, o'simlik ichiga hasharot kirib qolgandek tuyuladi va u yopiladi. Bitta narsa shundaki, siz sessiyalar orasida 40 soniyadan ko'proq tanaffus qila olmaysiz, aks holda hisoblagich nolga qaytadi - siz shunday qisqa muddatli xotiraga ega bo'lasiz. Va o'simliklarning uzoq muddatli xotirasini ko'rish yanada osonroq: masalan, 30 aprel kuni bizni bir bahor ayozi urdi va tom ma'noda bir kechada anjir daraxtida barcha gullar muzlab qoldi va keyingi yil u 1 maygacha gullamadi, chunki u nima ekanligini esladi. So'nggi 50 yil ichida o'simlik fiziologlari tomonidan ko'plab shunga o'xshash kuzatishlar o'tkazildi.

W: O'simlik xotirasi qayerda saqlanadi?

A. V: Bir marta Kanar orollarida bo'lib o'tgan konferentsiyada Leon Chua bilan uchrashdim, u bir vaqtning o'zida memristorlar - o'tgan oqim xotirasi bilan qarshilik mavjudligini bashorat qilgan. Biz suhbatga kirishdik: Chua ion kanallari va o'simliklarning elektrofiziologiyasi haqida deyarli hech narsa bilmas edi, men - memristorlar haqida. Natijada, u mendan in vivo memristorlarni izlashga harakat qilishimni so'radi, chunki uning hisob-kitoblariga ko'ra, ular xotira bilan bog'liq bo'lishi kerak, ammo hozirgacha hech kim ularni tirik mavjudotlarda topmagan. Biz hammasini qildik: biz aloe vera, mimoza va bir xil Venera chivinlarining kuchlanishga bog'liq kaliy kanallari tabiatan memristor ekanligini ko'rsatdik va keyingi ishlarda olma, kartoshka, qovoq urug'lari va turli xil mevalarda memristiv xususiyatlar topildi. gullar. O'simliklar xotirasi aynan shu memristorlar bilan bog'liq bo'lishi mumkin, ammo bu hali aniq ma'lum emas.

V: O'simliklar qaror qabul qilishni biladi, xotiraga ega. Keyingi qadam ijtimoiy o'zaro munosabatlardir. O'simliklar bir-biri bilan aloqa qila oladimi?

A. V: Bilasizmi, "Avatar"da daraxtlar bir-biri bilan er ostida aloqa qiladigan epizod bor. Bu, kimdir o'ylagandek, xayol emas, balki tasdiqlangan haqiqat. SSSRda yashaganimda, biz tez-tez qo'ziqorin terish uchun borardik va hamma qo'ziqorinni miselyumga zarar bermaslik uchun pichoq bilan ehtiyotkorlik bilan kesish kerakligini bilardi. Endi ma'lum bo'lishicha, miselyum elektr kabeli bo'lib, u orqali daraxtlar ham bir-biri bilan, ham qo'ziqorinlar bilan aloqa o'rnatishi mumkin. Bundan tashqari, daraxtlar mitseliy bo'ylab nafaqat elektr signallarini, balki kimyoviy birikmalarni yoki hatto xavfli virus va bakteriyalarni ham almashishi haqida ko'plab dalillar mavjud.

V: O'simliklar inson nutqini tushunadi, shuning uchun ular yaxshi o'sishi uchun ular bilan mehribon va xotirjam gaplashish kerak degan afsona haqida nima deya olasiz?

A. V: Bu shunchaki afsona, boshqa hech narsa emas.

V: "Og'riq", "fikr", "ong" atamalarini o'simliklarga qo'llay olamizmi?

A. V: Men bu haqda hech narsa bilmayman. Bu allaqachon falsafa savollari. O'tgan yozda Sankt-Peterburgda o'simliklardagi signallarga bag'ishlangan simpozium bo'lib o'tdi va u erda bir vaqtning o'zida turli mamlakatlardan bir nechta faylasuflar kelishdi, shuning uchun bu mavzu hozirda ko'rib chiqila boshlandi. Lekin men eksperimental ravishda sinab ko'rishim yoki hisoblashim mumkin bo'lgan narsalar haqida gapirishga odatlanganman.

Sensor sifatida o'simliklar

O'simliklar tarmoqlangan tarmoqlar yordamida o'z harakatlarini muvofiqlashtirishga qodir. Shunday qilib, Afrika savannasida o‘sadigan akatsiya jirafalar eyishni boshlaganda barglariga zaharli moddani chiqaribgina qolmay, balki atrofdagi o‘simliklarga xavf signalini yuboruvchi uchuvchi “signal gaz”ni ham chiqaradi. Natijada, jirafalar oziq-ovqat izlab, eng yaqin daraxtlarga emas, balki ulardan o'rtacha 350 metrga uzoqlashishi kerak. Bugungi kunda olimlar tabiat tomonidan tuzatilgan tirik sensorlarning bunday tarmoqlaridan atrof-muhit monitoringi va boshqa vazifalar uchun foydalanishni orzu qilmoqdalar.

W: Siz o'simlik elektrofiziologiyasi bo'yicha tadqiqotlaringizni amaliyotga tatbiq etishga harakat qildingizmi?

Aleksandr Volkov: Menda o‘simliklar yordamida zilzilalarni bashorat qilish va ro‘yxatga olish uchun patentlarim bor. Zilzilalar arafasida (dunyoning turli burchaklarida vaqt oralig'i ikki kundan etti kungacha o'zgarib turadi) er qobig'ining harakati xarakterli elektromagnit maydonlarni keltirib chiqaradi. Bir vaqtlar yaponlar ularni ulkan antennalar - balandligi ikki kilometr bo'lgan temir bo'laklari yordamida tuzatishni taklif qilishgan, ammo bunday antennalarni hech kim qura olmadi va bu kerak emas. O'simliklar elektromagnit maydonlarga shunchalik sezgirki, ular zilzilalarni har qanday antennaga qaraganda yaxshiroq bashorat qila oladilar. Misol uchun, biz bu maqsadlar uchun aloe veradan foydalandik - biz kumush xlorid elektrodlarini barglariga uladik, elektr faolligini qayd etdik va ma'lumotlarni qayta ishladik.

V: Mutlaqo ajoyib eshitiladi. Nega bu tizim hanuzgacha amalda joriy etilmayapti?

A. V: Bu yerda kutilmagan muammo yuzaga keldi. Qarang: deylik, siz San-Frantsisko merisiz va ikki kundan keyin zilzila bo'lishini bilib oling. Siz nima qilasiz? Agar siz bu haqda odamlarga aytsangiz, vahima va siqilish natijasida zilziladan ko'ra ko'proq odamlar halok bo'lishi yoki jarohatlanishi mumkin. Bunday cheklovlar tufayli men ochiq matbuotda ishimiz natijalarini ochiq muhokama qila olmayman. Qanday bo'lmasin, menimcha, ertami-kechmi biz sensorli zavodlarda ishlaydigan turli xil monitoring tizimlariga ega bo'lamiz. Masalan, biz bir ishimizda elektrofiziologik signallarni tahlil qilish yordamida qishloq xo‘jaligi o‘simliklarining turli kasalliklarini bir zumda aniqlash tizimini yaratish mumkinligini ko‘rsatdik.

Mavzu bo'yicha batafsil:

O'simlik aqli

O'simliklar tili