В научных кругах эти кадры назвали «просто невероятными». В отличие от ученых, далеко не все обычные люди знают, что растения окружены тонким туманом соединений, которые переносятся воздухом. Растения используют их для общения и защиты. Подобно запахам, эти соединения отпугивают голодных травоядных и предупреждают зеленых соседей о приближающихся хищниках.
Ученым было известно о этих защитных свойствах растений еще с 1980-х годов. С тех пор их обнаружили более чем у 80 видов флоры. И вот теперь команда исследователей из Университета Сайтама (Япония) применила методы визуализации в реальном времени, чтобы выяснить, как растения получают эти воздушные сигналы тревоги и реагируют на них. Ведь на протяжении длительного времени ученые знали, как растения отправляют сообщения, но не понимали, как они их получают.
Как проходило исследование
Молекулярные биологи Юри Аратани и Такуя Уэмура вместе со своими коллегами установили насос для переноса соединений, которые выделяют поврежденные и пораженные насекомыми растения на своих неповрежденных соседей. Для наблюдения за процессом команда использовала флуоресцентный микроскоп.
https://www.youtube.com/watch?v=wJ0SgwWG1q4
Исследователи посадили гусениц (Spodoptera litura) на листья томата и гусеницы обыкновенной (или рапса Таля, Arabidopsis thaliana) – распространенного сорняка семейства капустных. А затем наблюдали за реакцией неповрежденной гусеницы, на которой не было гусениц, на сигналы опасности.
Это растение не было обычным сорняком: его генетически изменили. Его клетки содержали биосенсор, который излучал зеленый свет при обнаружении притока ионов кальция. Кстати, сигналы ионов кальция используют для общения и человеческие клетки, рассказало издание Science Alert.
Команда визуализировала, как неповрежденные экземпляры реагировали на летучие соединения, которые выделялись в течение нескольких секунд после повреждения их соседа. Неповрежденные растения четко воспринимали сообщения своих травмированных соседей, отвечая всплесками сигналов кальция, которые пробегали их листьями.
Анализируя перенесенные воздухом соединения, исследователи обнаружили, что два из них – Z-3-HAL и E-2-HAL – индуцируют сигналы ионов кальция о опасности. Они также выяснили, какие именно клетки первыми реагируют на сигналы опасности. Для этого ученые оснастили растения гусеницы обыкновенной флуоресцентными сенсорами в замыкающих, мезофильных и эпидермальных клетках.
Замыкающие клетки – это бобовидные клетки на поверхности растений, которые образуют устья: маленькие поры. Они открываются в атмосферу, когда растения «дышат» углекислым газом. Клетки мезофила являются внутренней тканью листьев, а эпидермальные клетки – их внешним слоем или кожицей.
Когда растения гусеницы подвергались воздействию Z-3-HAL, замыкающие клетки генерировали сигналы кальция в течение минуты, после чего клетки мезофила улавливали сообщения.
Ученые отметили, что предварительная обработка растений фитогормоном, который закрывает поры, значительно снижает передачу сигналов кальция. Так что можно предположить, что устья выполняют роль «ноздрей» растений.
Как отметил старший автор исследования Масацугу Тойота, ученые в конечном итоге раскрыли сложную историю того, как, когда и где растения реагируют на предупреждающие сообщения от своих соседей, которым угрожает опасность.
Выводы из исследования опубликовал журнал Nature Communications.
