Растения защищаются по принципу «железной девы»
Кальций-фосфат — типичный компонент зубов и костей. Недавно было показано, что растения семейства крапивных также используют этот очень твёрдый минерал в своих «зубах» для защиты от врагов. Ботаники Боннского университета продемонстрировали, что кальций-фосфат в растениях распространён гораздо шире, чем предполагалось ранее. Даже резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) использует трихомы, укреплённые инкрустацией этого биоминерала, для защиты от таких врагов, как тли. Результаты опубликованы онлайн в научном журнале «Planta». Печатная версия выйдет в январе.
В сельском хозяйстве невзрачная резуховидка Таля считается просто сорняком. Однако в науке это растение уже десятилетия является модельным организмом в исследованиях по генетике, молекулярной биологии и физиологии. «Это, безусловно, самое изученное растение из всех», — говорит профессор д-р Максимилиан Вайгенд из Института биоразнообразия растений Нееса Боннского университета. «Тем удивительнее, что кальций-фосфат в кончиках трихом Arabidopsis был обнаружен только сейчас». Команда профессора Вайгенда идентифицировала твёрдое, как зубы, вещество с помощью электронного микроскопа и Раман-спектроскопии.
Тот факт, что «зубы» существуют не только у животных, но и у растений, ранее был продемонстрирован боннскими ботаниками с помощью Ханса-Юргена Энзиката на примере семейства крапивных (Losaceae). Впоследствии учёные расширили свои исследования на другие порядки растений. Они смогли продемонстрировать наличие биоминерализации кальций-фосфатом у нескольких десятков видов растений, например, из порядков Rosales, Boraginales и Brassicales — к последнему относится и резуховидка Таля.
Обманчиво мягкие волоски — острые оружия
«Давно известно, что многие растения используют стеклоподобный кремнезём или карбонат кальция для укрепления своих трихом», — сообщает Адиль Мустафа из рабочей группы Вайгенда. «Удивительно то, что очень твёрдый кальций-фосфат также используется целым рядом видов и до недавнего времени был полностью упущен из виду». Однако у резуховидки Таля нет таких эффектных шипов или жгучих волосков, как у крапивы, которые та использует для защиты от травоядных млекопитающих, например, коров. У Arabidopsis трихомы маленькие и сравнительно мягкие — только крошечные кончики инкрустированы особенно твёрдым веществом, кальций-фосфатом. «Биоминерал, по-видимому, откладывается именно в том месте, где требуется максимальная механическая стабильность», — объясняет Вайгенд.
Микроскопические снимки показывают пронзённых тлей
Резуховидка Таля использует свои волоски для защиты в основном от мелких насекомых, таких как тли. Микроскопические изображения демонстрируют, как минерализованные трихомы представляют собой непреодолимое препятствие. Подобно «железной деве», средневековому орудию пыток, особенно твёрдые волоски пронзают тлей. «Мы имеем дело с микроскопическим оборонительным оружием, которое отпугивает многие виды насекомых от повреждения этих растений», — говорит Вайгенд.
«В некотором смысле удивительно, что не все растения используют кальций-фосфат в структурной биоминерализации», — заключает Мустафа. Кальций и фосфат почти повсеместно присутствуют в растениях в виде других химических соединений, но использование в качестве биоминерала не является универсальным. Кремнезём и кальций-фосфат значительно превосходят карбонат кальция — самый распространённый биоминерал в целом — по своей твёрдости. Способность укреплять волоски кальций-фосфатом, по-видимому, имеет генетическую основу. Вайгенд намечает возможные будущие направления исследований: «Выявление генетической основы производства этих защитных оружий было бы следующим логическим шагом. Это позволило бы нам использовать эти самозащищающиеся растения в качестве моделей для выведения более устойчивых к насекомым сельскохозяйственных культур».