Не забелязваме това, но растенията са заобиколени от фина мъгла от въздушни съединения, които използват за комуникация и защита. Въпросните съединения, подобно на миризмите, отблъскват гладните тревопасни и предупреждават съседите за прииждащи нападатели.

Учените знаят за тези растителни защитни средства още от 80-те години на миналия век, като оттогава са ги открили в над 80 растителни вида. Сега екип от японски изследователи използва техники за визуализация в реално време, за да разкрие как растенията приемат и реагират на тези въздушни сигнали.

В настоящото изследване Юри Аратани и Такуя Уемура, молекулярни биолози от Университета в Сайтама, Япония, и колегите им използват помпа за прехвърляне на съединенията, излъчвани от наранени и нападнати от насекоми растения, върху техните неповредени съседи, и флуоресцентен микроскоп, за да наблюдават какво се случва.

Гъсениците (Spodoptera litura) са поставени върху листа, отрязани от доматени растения и Arabidopsis thaliana, често срещан плевел от семейство кръстоцветни, а изследователите заснемат реакциите на второ, непокътнато, свободно от насекоми растение Arabidopsis към тези сигнали за опасност.

Това не са обикновени плевели: те са генетично променени, така че клетките им да съдържат биосензор, който флуоресцира в зелено, когато бъде засечен приток на калциеви йони. Калциевата сигнализация е нещо, което човешките клетки също използват за комуникация.

Екипът използва подобна техника за измерване на калциевите сигнали в миналогодишно проучване на флуоресцентни растения Mimosa pudica, които движат листата си бързо в отговор на докосване, за да избегнат хищници.

Този път екипът визуализира как растенията реагират, когато биват окъпани в летливи съединения, които растенията освобождават малко след като бъдат наранени.

Експериментът, който визуализира калциевите сигнали в листата на Arabidopsis. (Aratani et al. Nature Communications, 2023)

Това не е естествена среда; съединенията са концентрирани в пластмасова бутилка и се изпомпват върху растението-реципиент с постоянна скорост, но това позволява на изследователите да анализират какви съединения се съдържат в острата смес.

Както можете да видите във видеото по-горе, неповредените растения приемат съобщенията на своите наранени съседи ясно и категорично, и отговарят с изблици на калциева сигнализация, която се разлива по протегнатите им листа.

След като анализират разнесените във въздуха съединения, изследователите установяват, че две съединения, наречени Z-3-HAL и E-2-HAL, предизвикват калциеви сигнали в Arabidopsis.

Те също така определят кои клетки реагират първи на сигналите за опасност, като създадават растения от Arabidopsis с флуоресцентни сензори най-вече в защитните, мезофилните или епидермалните клетки.

Охранителните клетки са бобовидни клетки по повърхността на растенията, които образуват стомата - малки пори, които се отварят към атмосферата, когато растенията "вдишват" CO2. Мезофилните клетки са вътрешната тъкан на листата, а епидермалните клетки са най-външният слой или кожата на листата на растенията.

Когато растенията Arabidopsis са изложени на Z-3-HAL, охранителните клетки генерират калциеви сигнали в рамките на около минута, след което мезофилните приемат съобщението.

Нещо повече, предварителното третиране на растенията с фитохормон, който затваря стоматите, значително намалява калциевите сигнали, което предполага, че стоматите действат като "ноздрите" на растението.

Благодарение на настоящото изследване вече знаем „кога, къде и как растенията реагират на въздушните "предупредителни съобщения" от застрашените си съседи", казва Масацугу Тойота, молекулярен биолог в Университета Сайтама в Япония и старши автор на изследването.

"Тази ефирна комуникационна мрежа, скрита от погледа ни, играе ключова роля за навременното предпазване на съседните растения от непосредствени заплахи."

Изследването е публикувано в Nature Communications.

Източник: Science Alert