Аналог нервной системы у растений

У животных раздраженные клетки нервной системы выпускают глутаминовую кислоту, которая создает электрохимический выброс ионов кальция, с помощью которого клетка удаляется от опасной области. В этом процессе участвуют нейромедиаторы — вещества, с помощью которых импульс передается от одного нейрону к другому. Исследователи из США и Японии выяснили, что у растений имеется очень похожая система.

Что интересно, авторы исследования пришли к данному открытию случайно, когда изучали влияние гравитации на изменение уровня содержания кальция у травянистого растения резуховидки (Arabidopsis). Один из ученых создал молекулярный сенсор — флуоресцентное вещество, чувствительное к содержанию кальция и позволяющее наблюдать за изменениями его уровня в растении в реальном времени. Чем выше уровень кальция, тем ярче оно светится. С помощью молекулярного сенсора ученые смогли увидеть, как изменяется уровень кальция в тканях растения в разных условиях.

На видео ниже можно видеть, как от поврежденного участка растения передается подсвеченный сигнал. Скорость выброса составляет всего около миллиметра в секунду, что гораздо медленнее, чем у нервных клеток животных (120 метров в секунду). Тем не менее, этого вполне достаточно, чтобы остальные части растения успели запустить процесс производства защитных механизмов. Например, одни растения начинают производить больше химически вредных веществ, становясь несъедобными для насекомых, другие отпугивают своих обидчиков резким запахом.

Реакция растения на свое поедание гусеницей

Что именно повышает уровень содержания кальция в растении? Авторы исследования считают, что все дело в той же глутаминовой аминокислоте (глутамате), которая ранее также была обнаружена в растениях. Об этом также косвенно свидетельствуют выводы другого исследования, проводившегося в 2013 году. В них говорилось, что у растений, не имеющих глутаматных рецепторов не происходит электрической реакции на угрозу.

Глутамат запускает реакцию

Образовавшаяся рана приводит к выбросу глутамата. Он принимается рецепторами, которые повышают уровень содержания кальция, что в свою очередь приводит к запуску защитной системы, которая в свою очередь пытается уберечь растение от получения дальнейшего повреждения. И все это происходит без нейронов. Похоже, что наши зеленые друзья гораздо сложнее и динамичнее, чем могут показаться на первый взгляд.

Ученые добавляют, что продолжат более дательное изучение сигнальной системы у растений и, возможно, найдут способ ею управлять.

Обсудить открытие международной команды биологов можно в нашем Telegram-чате.

На нашей планете обитает множество опасных бактерий и одними из самых известных считаются сальмонеллы (Salmonella). Они проникают в организмы людей и животных через пищу, покрывают собой стенки кишечника и начинают выделять ядовитые вещества. В конечном итоге развивается болезнь сальмонеллез, которая сопровождается болями в животе, повышением температуры тела, слабостью, рвотой и другими неприятными симптомами. При правильном […]

Заходя в ванную комнату, некоторые жители первых этажей многоквартирных домов видят перед собой разбегающихся в разные стороны мокриц (Oniscidea). Эти ракообразные существа с усиками и семи парами ног обожают влагу, поэтому и поселяются в человеческих жилищах и наводят страх своим не самым приятным видом. Но знаете ли вы, что на большой глубине морей и океанов […]

Нас с детства учили, что на Земле существует шесть континентов и шесть частей света, правда, они не строго соответствуют друг другу. Там, где Америка делится на северную и южную с точки зрения континентов, они составляют одну часть света — Америку. Евразия, наоборот, один континент, который делится на две части света: Европу и Азию. Вроде, все […]

от
Техно 15.09.2018, 03:28 86 Просмотры

У животных раздраженные клетки структурно-функциональная элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов нервной системы выпускают глутаминовую кислоту химические соединения , способные отдавать катион водорода (кислоты Брёнстеда), либо соединения, , которая создает электрохимический выброс ионов частица, в которой общее число протонов не равно общему числу электронов кальция, с помощью которого клетка удаляется от опасной области некоторая часть большей структуры . В этом процессе участвуют нейромедиаторы — вещества одна из форм материи, состоящая из фермионов или содержащая фермионы наряду с бозонами; обладает , с помощью которых импульс передается от одного нейрону к другому. Исследователи из США и Японии выяснили, что у растений имеется очень похожая система.

Что интересно, авторы физическое лицо, творческим трудом которого создано произведение исследования в предельно широком смысле — поиск новых знаний или систематическое расследование с целью пришли к данному открытию случайно, когда изучали влияние гравитации на изменение уровня содержания кальция элемент второй группы (по старой классификации — главной подгруппы второй группы), четвёртого у травянистого растения резуховидки (Arabidopsis). Один из ученых создал молекулярный сенсор — флуоресцентное вещество, чувствительное к содержанию Содержание — философское понятие Пожизненное содержание — Российское право Содержание денежной кальция и позволяющее наблюдать за изменениями его уровня в растении в реальном времени форма протекания физических и психических процессов, условие возможности изменения . Чем выше уровень кальция, тем ярче оно светится. С помощью молекулярного сенсора средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, ученые смогли увидеть, как изменяется уровень Уровень — измерительный инструмент прямоугольной формы из пластика, дерева или металла с кальция в тканях растения в разных условиях категория философии, обозначающая отношение предмета к окружающей действительности, явлениям .

На видео ниже можно видеть, как от поврежденного участка растения передается подсвеченный сигнал. Скорость выброса Выброс (статистика) (англ. outlier) — результат измерения, не подпадающий под общее распределение составляет всего около миллиметра дольная единица измерения длины, равная 1/1000 доле метра в секунду единица измерения времени, одна из основных единиц Международной системы единиц (СИ) и системы СГС , что гораздо медленнее, чем у нервных клеток животных традиционно (со времён Аристотеля) выделяемая категория организмов, в настоящее время (120 метров единица измерения длины в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ в секунду). Тем не менее, этого вполне достаточно, чтобы остальные части растения успели запустить процесс производства в экономическом смысле — процесс создания какого-либо продукта защитных механизмов внутреннее устройство машины, прибора, аппарата, приводящее их в действие . Например, одни растения начинают производить больше химически вредных веществ, становясь несъедобными для насекомых класс беспозвоночных членистоногих животных , другие отпугивают своих обидчиков резким запахом специфическое ощущение присутствия в воздухе летучих пахучих веществ (ЛАВ), обнаруживаемых .

Реакция растения на свое поедание гусеницей личинка насекомых из отряда чешуекрылых (бабочек)

Что именно повышает уровень содержания кальция в растении? Авторы исследования считают, что все дело работа, занятие, действие не для развлечения; коммерческое предприятие, бизнес; вопрос, требующий в той же глутаминовой аминокислоте органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы (глутамате), которая ранее также была обнаружена в растениях. Об этом также косвенно свидетельствуют выводы может употребляться в разных контекстах: Вывод — проводник в составе электрического устройства, другого исследования, проводившегося в 2013 году внесистемная единица измерения времени, которая исторически в большинстве культур означала . В них говорилось, что у растений, не имеющих глутаматных рецепторов не происходит электрической реакции на угрозу запугивание, обещание причинить кому-либо вред, зло .

Глутамат кислота (2-аминопентандиовая кислота) — органическое соединение, алифатическая дикарбоновая запускает реакцию действие, возникающее в ответ на какое-либо воздействие

Образовавшаяся рана приводит к выбросу глутамата. Он принимается рецепторами объединение из терминалей (нервных окончаний) дендритов чувствительных нейронов, глии, , которые повышают уровень содержания кальция, что в свою очередь Очередь — определённый порядок в следовании или в движении чего-либо или кого-либо приводит к запуску защитной системы, которая в свою очередь пытается уберечь растение от получения дальнейшего повреждения. И все это происходит без нейронов или неврон (от др.-греч . Похоже, что наши зеленые друзья гораздо сложнее и динамичнее, чем могут показаться на первый взгляд один из способов невербальной передачи информации с помощью глаз .

Ученые добавляют, что продолжат более дательное изучение сигнальной системы у растений и, возможно, найдут способ осознание формы внутреннего саморазвития содержания изучаемого предмета ею управлять.

Обсудить открытие новое достижение, совершаемое в процессе научного познания (см. эпистемология, материализм) международной команды Команда — группа лиц, объединённая общими мотивами, интересами биологов можно в нашем Telegram-чате.

Читать позже Добавить в избранные Добавить в коллекцию

Сбербанк и ВТБ поддержали продление программы ипотеки по ставке 6,5%
Стало известно, как будет начисляться кэшбек за туры по России
Суд арестовал бренды косметики Natura Siberica

Фото: New York State Division of Criminal
Justice Services/Reuters

Педофил-финансист Джеффри Эпштейн дружил с влиятельнейшими людьми мира и расплачивался с деловыми партнерами оргиями с участием девочек-подростков. Год назад он ушел из жизни при подозрительных обстоятельствах, но теперь его дело − одно из самых скандальных в истории США, Британии и крупнейшего банка ФРГ – получило второе дыхание и продолжило обрастать трупами. Подробности.

В Госдеп направили ноту из-за нападения на журналистов Первого канала в США
Эксперт: Новые форматы голосования делают избирательный процесс более демократичным и удобным
Кремль отреагировал на нападение на российских журналистов в США

Путин обсудил с премьером Греции превращение собора Святой Софии в мечеть
Собянин уволил главу департамента образования Москвы
Число случаев коронавируса в мире превысило 15 млн

Фото: Brian Jenkins/Burlington Free Press/Reuters

В истории вокруг громкого шантажа Турции Соединенными Штатами из-за российских комплексов С-400 поставлена финальная точка. Вашингтон окончательно решил судьбу истребителей F-35, сделанных по заказу Турции – они будут поставлены американским вооруженным силам. Парадокс в том, что таким образом США наказывают в первую очередь сами себя. Подробности.

Актер и бодибилдер Александр Крупнов задержан по подозрению в совращении несовершеннолетней
В Москве автомобиль врезался в пешеходов
Американские полицейские атаковали российских журналистов в Портленде

Да, все требования
Это зависит от требований
Категорически нет

Да
Нет

Тех, кто настаивает на установке памятника
Тех, кто против установки памятника

Президент Украины выполнил требование, которое выдвинул так называемый луцкий террорист. Тем самым он обрушил миф, который Украина выстраивала вокруг Донбасса

16 сентября 2018, 14:14

Текст: Ольга Никитина

Растения могут предупреждать об опасности с помощью системы, напоминающей нервную систему животных, об этом пишут американские и японские исследователи в журнале Science.

Авторы исследования создали молекулярный сенсор, который обнаруживает флуоресцентное вещество, реагирующее на содержание кальция.

Кроме того, ученые заметили увеличение и уменьшение уровня кальция у растений в различных условиях. По их мнению, эти изменения создают импульсы, которые передаются от одного нейрона к другому и оповещают об опасности.

Вековые дубы, сочная травка, свежие овощи — мы как-то не привыкли считать растениями живыми существами, и совершенно зря. Эксперименты показывают, что растения обладают неким сложным аналогом нервной системы и точно так же, как и животные, способны принимать решения, хранить воспоминания, общаться и даже дарить друг другу подарки.

Подробнее разобраться в электрофизиологии растений помог профессор Оквудского университета Александр Волков.

Журналист: Я никогда не подумал бы, что кто-то занимается электрофизиологией растений, пока не наткнулся на ваши статьи.

Ж: Это выглядит логичным: лабораторные мыши все-таки гораздо ближе к людям, чем фиалки.

А.В: В действительности различия между растениями и животными совсем не такие громадные, а в электрофизиологии они вообще минимальные. У растений есть почти полный аналог нейрона — проводящая ткань флоэма. У нее тот же самый состав, те же размеры и функции, что у нейронов. Единственное отличие, что у животных в нейронах для передачи потенциалов действияиспользуются натриевый и калиевые ионные каналы, а в флоэме растений — хлоридный и калиевый. Вот и вся разница в нейрофизиологии. Немцы недавно нашли химические синапсы у растений, мы — электрические, и в целом у растений работают те же нейротрансмиттеры, что и у животных. Мне кажется, это даже логично: если бы я создавал мир, а я человек ленивый, я бы сделал все одинаковым, чтобы все было совместимо.

Дарвин считал корни растений своеобразным аналогом головного мозга. Фото: Ammak / Фотодом / Shutterstock

Зачем растениям нервные импульсы?

Мы не задумываемся об этом, но растения в своей жизни обрабатывают даже больше типов сигналов от внешней среды, чем люди или любые другие животные. Они реагируют на свет, тепло, гравитацию, солевой состав почвы, магнитное поле, различные патогены и гибко меняют свое поведение под действием полученной информации. К примеру, в лаборатории Стефано Манкузо (Stefano Mancuso) из Университета Флоренции проводили эксперименты с двумя вьющимися побегами фасоли. Ученые устанавливали между растениями общую опору, и побеги начинали наперегонки к ней тянуться. Но как только первое растение забиралось на опору, второе сразу будто признавало себя побежденным и переставало расти в этом направлении. Оно понимало, что борьба за ресурсы бессмысленна и лучше искать счастье где-нибудь в другом месте.

Ж: Растения не двигаются, медленно растут и вообще живут неторопливо. Кажется, что нервные импульсы у них должны распространяться тоже гораздо медленнее.

Александр Волков: Это заблуждение, которое долго бытовало в науке. В 70-х годах XIX века англичане померили, что потенциал действия у венериной мухоловки распространяется со скоростью 20 сантиметров в секунду, но это была ошибка. Они были биологами и совершенно не владели техникой электроизмерений: в своих экспериментах англичане использовали медленные вольтметры, которые регистрировали нервные импульсы даже медленнее, чем они распространялись, что совершенно недопустимо. Теперь мы знаем, что нервные импульсы могут бежать по растениям с самыми разными скоростями в зависимости от места возбуждения сигнала и от его природы. Максимальная скорость распространения потенциалов действия у растений сравнима с такими же показателями у животных, а время релаксации после прохождения потенциала действия может меняться от миллисекунд до нескольких секунд.

Ж: Для чего растения используют эти нервные импульсы?

А.В: Хрестоматийный пример — это венерина мухоловка, о которой я уже упомянул. Эти растения живут в районах с очень влажной почвой, в которую плохо проникает воздух, и, соответственно, в этой почве мало азота. Недостаток этого необходимого вещества мухоловки добирают, поедая насекомых и маленьких лягушек, которых они ловят с помощью электрической ловушки — двух лепестков, в каждый из которых встроено по три пьезомеханических сенсора. Когда насекомое садится на любой из лепестков и задевает своей лапкой эти рецепторы, в них генерируется потенциал действия. Если насекомое задевает механосенсор дважды в течение 30 секунд, то ловушка захлопывается за доли секунды. Мы проверяли работу этой системы — прикладывали к ловушке венериной мухоловки искусственный электрический сигнал, и все работало точно так же — ловушка закрывалась. Потом мы повторили эти эксперименты с мимозой и другими растениями и так показали, что можно за счет электрических сигналов заставлять растения открываться, закрываться, двигаться, нагибаться — в общем, делать все что угодно. При этом внешние возбуждения разной природы генерируют у растений потенциалы действия, которые могут различаться амплитудой, скоростью и продолжительностью.

Ж: На что еще могут реагировать растения?

А.В: Если вы подстрижете травку у себя на даче, то в корни растений сразу пойдут потенциалы действия. По ним запустится экспрессия некоторых генов, и на порезах активируется синтез перекиси водорода, защищающей растения от инфекции. Точно так же если вы измените направление света, то первые 100 секунд растение никак не будет на это реагировать, для того чтобы отсечь вариант тени от птицы или животного, а потом снова пойдут электрические сигналы, по которым растение за секунды повернется таким образом, чтобы максимально захватить световой поток. Все то же самое будет, и когда вы станете капать кипящей водой, и когда поднесете горящую зажигалку, и когда опустите растение в лед — на любые раздражители растения реагируют с помощью электрических сигналов, которые управляют их ответами на изменившиеся условия внешней среды.

Венерина мухоловка ловит свою добычу с помощью нервных импульсов, возбуждаемых механосенсорами. Фото: Mark Freeth / Flickr

Память растений

Растения не только умеют реагировать на внешнюю среду и, по-видимому, просчитывать свои действия, но еще и завязывают между собой некоторые социальные отношения. Например, наблюдения немецкого лесничего Петера Воллебена показывают, что у деревьев бывает нечто вроде дружбы: деревья-партнеры переплетаются корнями и внимательно следят за тем, чтобы их кроны не мешали друг другу расти, в то время как случайные деревья, не питающие никаких особых чувств к своим соседям, всегда стараются захватить себе побольше жизненного пространства. При этом дружба может возникать и между деревьями разных видов. Так, в опытах того же Манкузо ученые наблюдали, как незадолго до смерти дугласия будто оставляет наследство: желтой сосне неподалеку от нее дерево посылало по корневой системе большое количество органических веществ.

Ж: У растений есть память?

Александр Волков: У растений есть все те же виды памяти, что и у животных. Например, мы показали, что памятью обладает венерина мухоловка: чтобы ловушка сработала, на нее нужно отправить 10 микрокулонов электричества, но, оказывается, это не обязательно делать за один сеанс. Можно сначала подать два микрокулона, потом еще пять и так далее. Когда в сумме наберется 10, растению покажется, что в него попало насекомое, и оно захлопнется. Единственное, что между сеансами нельзя делать перерывы больше, чем в 40 секунд, иначе счетчик обнулится — получается такая краткосрочная память. А долгосрочную память растений увидеть еще проще: например, у нас одной весной на 30 апреля ударили заморозки, и буквально за одну ночь на инжирном дереве померзли все цветы, а в следующем году оно уже не расцветало до первого мая, потому что помнило, чем это закончилось. Похожих наблюдений физиологами растений было сделано немало за последние 50 лет.

Ж: Где хранится память растений?

А.В: Однажды я встретил на конференции на Канарских островах Леона Чуа, который в свое время предсказал существование мемристоров — сопротивлений с памятью о прошедшем токе. Мы разговорились: Чуа почти ничего не знал о ионных каналах и электрофизиологии растений, я — о мемристорах. В результате он попросил, чтобы я попробовал поискать мемристоры in vivo, потому что по его расчетам они должны быть сопряжены с памятью, но до сих пор в живых существах их никто не находил. У нас же все получилось: мы показали, что потенциал-зависимые калиевые каналы алоэ вера, мимозы и той же венериной мухоловки — это по природе своей мемристоры, а в следующих работах мемристивные свойства нашли в яблоках, картофеле, семенах тыквы, разных цветах. Вполне возможно, что память растений завязана именно на этих мемристорах, но точно пока это неизвестно.

Ж: Растения умеют принимать решения, обладают памятью. Следующий шаг — социальные взаимодействия. Могут ли растения общаться друг с другом?

Ж: А что вы скажете по поводу мифа о том, что растения понимают человеческую речь, и поэтому с ними надо говорить ласково и спокойно, чтобы они лучше росли?

А.В: Это только миф, больше ничего.

А.В: Об этом я ничего не знаю. Это уже вопросы философии. Прошлым летом в Петербурге был симпозиум по сигналам в растениях, и туда приехало сразу несколько философов из разных стран, так что этой темой сейчас начинают заниматься. Но я привык говорить о том, что я могу экспериментально проверить или рассчитать.

В семенах тыквы ученые нашли аналоги мемристоров — резисторов, обладающих памятью. Фото: Shawn Campbell / Flickr

Растения как сенсоры

Ж: Вы пробовали использовать ваши исследования по электрофизиологии растений на практике?

Александр Волков: У меня есть патенты по предсказанию и регистрации землетрясений с помощью растений. В преддверии землетрясений (в разных частях света временной интервал меняется от двух до семи суток) движение земной коры вызывает характерные электромагнитные поля. В свое время японцы предлагали их фиксировать с помощью гигантских антенн — железок высотой два километра, но никто такие антенны так и не смог построить, да это и не нужно. Растения настолько чувствительны к электромагнитным полям, что могут предсказывать землетрясения лучше любых антенн. Например, мы использовали для этих целей алоэ веру — подключали к ее листьями хлорсеребряные электроды, снимали электрическую активность, обрабатывали данные.

Ж: Звучит абсолютно фантастически. Почему эта система до сих пор не внедрена в практику?

А.В: Здесь возникла неожиданная проблема. Смотрите: допустим, вы мэр Сан-Франциско и узнаете, что через два дня будет землетрясение. Что вы будете делать? Если вы сообщите об этом людям, то в результате паники и давки может погибнуть или получить травмы даже больше людей, чем при землетрясении. Из-за таких ограничений я даже публично в открытой печати не могу обсуждать результаты наших работ. В любом случае, я думаю, рано или поздно у нас будут самые разные системы мониторинга, работающие на растениях-сенсорах. Например, мы в одной своей работе показали, что с помощью анализа электрофизиологических сигналов можно создать систему мгновенной диагностики различных заболеваний сельскохозяйственных растений.