Подслушивая коммуникацию растений с помощью крошечных насекомых
Новое исследование показывает, что внутренняя коммуникация растений имеет поразительное сходство с коммуникацией у животных. С помощью крошечных насекомых ученым удалось подключиться к этой системе связи. Результаты раскрывают важность таких сигналов для защиты растений от насекомых-вредителей.
Растения транспортируют питательные вещества с помощью двух систем: ксилемы и флоэмы. Флоэма, состоящая из живых клеток, также функционирует как система коммуникации, передающая электрические сигналы, аналогичные сигналам в нейронах животных.
- При ранении растения электрический сигнал распространяется по флоэме, предупреждая другие части об опасности.
- Однако оставалось неясным, могут ли растения обнаруживать и передавать сигнал в ответ на обгрызание (nibbling) насекомыми, которое не наносит явных ран.
Подключение к системе защиты
Викенса Сальвадор-Рекаталья (Университет Лозанны) и ее коллеги использовали тлей для изучения реакции сети флоэмы на питание гусениц. Результаты опубликованы в журнале New Phytologist.
Тли питаются, погружая свой хоботок глубоко в ткани растения, достигая флоэмы. Это позволяет использовать присосавшуюся тлю в качестве живого электрода ("living-aphid-electrode system") для детекции электрических сигналов в растении без дополнительного повреждения.
Используя эту систему, исследователи обнаружили:
- Даже обгрызание гусеницами индуцирует электрические сигналы, похожие на сигналы при ранении, но меньшего масштаба.
- Сигналы распространяются волнами: быстрее всего к листьям, ближайшим к месту питания гусеницы, и медленнее — к другим частям растения.
- Быстрые волны активировали ответ на ранение в окружающих листьях, даже не тронутых гусеницей.
Механизм, как у животных
В нейронах животных электрические волны создаются за счет потока заряженных ионов через белковые каналы в мембране клетки.
- Растения производят схожие белковые каналы, которые открываются в ответ на сигнал, позволяя ионам (особенно кальцию) проходить.
- Когда ученые исследовали растения с нарушенной функцией этих каналов, питание гусениц больше не вызывало электрических волн.
Это указывает, что растения используют для ответа на обгрызание электрическую сигнальную сеть, работающую по тем же молекулярным принципам, что и нейроны. У растений нет нейронов, но они используют сходные молекулярные "строительные блоки" для создания сети ответа.
Таким образом, тли-шпионы, несмотря на свои недостатки как паразиты, невольно предоставляют мощный инструмент для изучения внутренней коммуникации растений. Их "способности к прослушиванию" ("wiretapping capabilities") могут помочь раскрыть и другие секреты реакций растений на различные угрозы.