Растения различают начало и окончание прикосновения

Исследование под руководством Университета штата Вашингтон показало, что растения, даже не имея нервной системы, способны чувствовать, когда к ним прикасаются и когда прикосновение прекращается.

В серии экспериментов отдельные клетки растений реагировали на прикосновение очень тонкого стеклянного стержня, посылая медленные волны кальциевых сигналов другим клеткам. Когда давление прекращалось, они посылали гораздо более быстрые волны. Хотя науке было известно, что растения могут реагировать на прикосновение, это исследование демонстрирует, что клетки растений посылают разные сигналы при начале и окончании касания.

"Весьма удивительно, насколько тонко чувствительны клетки растений — они могут различать, когда что-то касается их. Они чувствуют давление, а когда оно прекращается, чувствуют его падение. Удивительно, что растения делают это совершенно иным, чем животные, способом — без нервных клеток и на очень тонком уровне", — сказал Майкл Ноблаух, профессор биологических наук и старший автор статьи в журнале Nature Plants.

Ноблаух и его коллеги провели 84 эксперимента на 12 растениях резуховидки Таля и табака, специально выведенных для включения кальциевых сенсоров — относительно новой технологии. Поместив части этих растений под микроскоп, они прикладывали легкое касание к отдельным клеткам с помощью микро-кантилевера — крошечного стеклянного стержня размером с человеческий волос. Они наблюдали множество сложных реакций в зависимости от силы и продолжительности касания, но разница между касанием и его прекращением была очевидна.

В течение 30 секунд после прикосновения к клетке исследователи наблюдали медленные волны ионов кальция (цитозольного кальция), распространяющиеся от этой клетки через соседние, длительностью около 3–5 минут. Прекращение касания вызывало почти мгновенный набор более быстрых волн, которые рассеивались в течение минуты.

Авторы полагают, что эти волны, вероятно, вызваны изменением давления внутри клетки. В отличие от животных клеток с проницаемыми мембранами, растительные клетки также имеют прочные клеточные стенки, которые нелегко преодолеть, поэтому даже легкое прикосновение временно повышает давление в клетке растения.

Исследователи механически проверили теорию давления, введя в растительную клетку крошечный капиллярный датчик давления. Увеличение и уменьшение давления внутри клетки приводило к аналогичным кальциевым волнам, вызванным началом и остановкой касания.

"Люди и животные чувствуют прикосновение через сенсорные клетки. Механизм у растений, по-видимому, заключается в этом увеличении или уменьшении внутреннего клеточного давления. И неважно, какая это клетка. Нам, людям, могут быть нужны нервные клетки, но у растений это может делать любая клетка на поверхности", — отметил Ноблаух.

Предыдущие исследования показали, что когда вредитель, например гусеница, кусает лист растения, это может инициировать защитные реакции, такие как выделение химических веществ, делающих листья менее вкусными или даже токсичными для вредителя. Более раннее исследование также показало, что прикосновение к растению запускает кальциевые волны, активирующие разные гены.

Данное исследование позволило дифференцировать кальциевые волны между касанием и его прекращением, однако то, как именно гены растения реагируют на эти сигналы, еще предстоит выяснить. С новыми технологиями, такими как кальциевые сенсоры, использованные в этой работе, ученые могут начать распутывать эту загадку.

"В будущих исследованиях нам нужно будет запускать сигнал иным способом, чем это делалось ранее, чтобы понять, какой сигнал — касание или его прекращение — запускает последующие события", — сказал Ноблаух.