Bitkilər niyə sinir impulslarına ehtiyac duyurlar?

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Çoxəsrlik palıd ağacları, sulu otlar, təzə tərəvəzlər - nədənsə biz bitkiləri canlı məxluq hesab etməyə adət etməmişik və boş yerə. Təcrübələr göstərir ki, bitkilər sinir sisteminin bir növ mürəkkəb analoquna malikdir və heyvanlar kimi qərar qəbul etmək, xatirələr saxlamaq, ünsiyyət qurmaq və hətta bir-birinə hədiyyələr vermək qabiliyyətinə malikdir.

Oakwood Universitetinin professoru Alexander Volkov bitkilərin elektrofiziologiyasını daha ətraflı başa düşməyə kömək etdi.

Jurnalist: Məqalələrinizlə rastlaşana qədər heç vaxt düşünməzdim ki, kimsə bitki elektrofiziologiyası ilə məşğuldur

Aleksandr Volkov:Sən tək deyilsən. Geniş ictimaiyyət bitkiləri canlı olduqlarının fərqinə varmadan qida və ya mənzərə elementləri kimi görməyə öyrəşib. Bir dəfə Helsinkidə bitkilərin elektrofiziologiyasına dair məruzə edirdim, sonra həmkarlarım çox təəccübləndilər: “Əvvəllər ciddi bir mövzu ilə - qarışmayan mayelərlə məşğul olurdum, indi isə bir növ meyvə və tərəvəzlə məşğul olurdum”. Ancaq bu həmişə belə deyildi: bitkilərin elektrofiziologiyasına dair ilk kitablar 18-ci əsrdə nəşr olundu, sonra heyvanların və bitkilərin tədqiqi demək olar ki, paralel şəkildə davam etdi. Məsələn, Darvin əmin idi ki, kök bir növ beyindir, bütün bitkidən gələn siqnalları emal edən kimyəvi kompüterdir (bax, məsələn, "Bitkilərdə Hərəkət"). Və sonra Birinci Dünya Müharibəsi gəldi və bütün resurslar heyvanların elektrofiziologiyasının öyrənilməsinə atıldı, çünki insanların yeni dərmanlara ehtiyacı var idi.

W: Məntiqli görünür: laboratoriya siçanları hələ də bənövşələrdən daha çox insanlara yaxındır

A. V: Əslində, bitkilər və heyvanlar arasındakı fərqlər o qədər də böyük deyil və elektrofiziologiyada ümumiyyətlə minimaldır. Bitkilər bir neyron - floem keçirici toxumanın demək olar ki, tam analoquna malikdir. Neyronlarla eyni tərkibə, ölçüyə və funksiyaya malikdir. Yeganə fərq ondadır ki, heyvanlarda fəaliyyət potensialını ötürmək üçün neyronlarda natrium və kalium ion kanalları, bitkilərdə isə floem, xlorid və kalium ion kanallarından istifadə olunur. Neyrofiziologiyadakı bütün fərq budur. Almanlar bu yaxınlarda bitkilərdə kimyəvi sinapslar tapdılar, biz elektrikik və ümumiyyətlə, bitkilər heyvanlarla eyni nörotransmitterlərə malikdir. Mənə elə gəlir ki, bu, hətta məntiqlidir: əgər mən dünyanı yaratsaydım və tənbəl adam olsam, hər şeyi eyni edərdim ki, hər şey uyğun olsun.

Bitkilər nə üçün sinir impulslarına ehtiyac duyurlar?

Biz bu barədə düşünmürük, lakin bitkilər öz həyatlarında insanlardan və ya hər hansı digər heyvanlardan daha çox xarici mühitdən siqnallar alırlar. Onlar işığa, istiliyə, cazibə qüvvəsinə, torpağın duz tərkibinə, maqnit sahəsinə, müxtəlif patogenlərə reaksiya verir və alınan məlumatların təsiri altında öz davranışlarını çevik şəkildə dəyişirlər. Məsələn, Florensiya Universitetinin Stefano Mancuso laboratoriyasında iki dırmaşan lobya tumurcuqları ilə təcrübələr aparıldı. Alimlər bitkilər arasında ortaq bir dayaq qurdular və tumurcuqlar ona doğru yarışmağa başladılar. Ancaq birinci bitki dayağa qalxan kimi, ikincisi dərhal özünü məğlub olaraq tanıdı və bu istiqamətdə böyüməyi dayandırdı. Başa düşdü ki, resurslar uğrunda mübarizə mənasızdır və xoşbəxtliyi başqa yerdə axtarmaq daha yaxşıdır.

W: Bitkilər hərəkət etmir, yavaş böyüyür və ümumiyyətlə tələsmədən yaşayır. Görünür, onların sinir impulsları da çox yavaş yayılmalıdır

Aleksandr Volkov: Bu, elmdə çoxdan mövcud olan bir aldanmadır. XIX əsrin 70-ci illərində ingilislər Venera milçək tələsinin fəaliyyət potensialının saniyədə 20 santimetr sürətlə yayıldığını ölçdülər, lakin bu, səhv idi. Onlar bioloq idilər və elektrik ölçmə texnikasını ümumiyyətlə bilmirdilər: öz təcrübələrində ingilislər yavaş voltmetrlərdən istifadə edirdilər ki, bu da sinir impulslarını yayıldıqlarından daha yavaş qeydə alır, bu isə tamamilə qəbuledilməzdir. İndi bilirik ki, sinir impulsları siqnalın oyanma yerindən və təbiətindən asılı olaraq bitkilər arasında çox fərqli sürətlə keçə bilər. Bitkilərdə fəaliyyət potensialının yayılmasının maksimum sürəti heyvanlardakı eyni göstəricilərlə müqayisə edilə bilər və fəaliyyət potensialının keçdikdən sonra istirahət vaxtı millisaniyələrdən bir neçə saniyəyə qədər dəyişə bilər.

W: Bitkilər bu sinir impulslarından nə üçün istifadə edirlər?

A. V: Dərslik nümunəsi yuxarıda qeyd etdiyim Venera milçək tələsidir. Bu bitkilər havanın keçməsi çətin olan çox nəmli torpaqlarda yaşayır və müvafiq olaraq bu torpaqda azot azdır. Milçəklər bu vacib maddənin çatışmazlığını elektrik tələsi ilə tutduqları böcəkləri və kiçik qurbağaları - hər birində üç piezomexaniki sensoru olan iki ləçəklə yeməklə əldə edirlər. Həşərat ləçəklərdən hər hansı birinin üzərində oturub pəncəsi ilə bu reseptorlara toxunduqda onlarda fəaliyyət potensialı yaranır. Əgər böcək 30 saniyə ərzində mexanosensora iki dəfə toxunarsa, o zaman tələ bir saniyə ərzində qapanır. Biz bu sistemin işini yoxladıq - Venera milçək tələsinin tələsinə süni elektrik siqnalı verdik və hər şey eyni şəkildə işlədi - tələ bağlandı. Sonra biz bu təcrübələri mimoza və digər bitkilərlə təkrarladıq və ona görə də göstərdik ki, bitkiləri zorla açmağa, bağlamağa, köçürməyə, əyilməyə - ümumiyyətlə, elektrik siqnallarından istifadə edərək istədiyinizi edin. Bu zaman fərqli təbiətli xarici həyəcanlar bitkilərdə amplituda, sürət və müddətə görə fərqlənə bilən fəaliyyət potensialları yaradır.

W: Bitkilər başqa nəyə reaksiya verə bilər?

A. V: Ölkə evinizdə çəmənləri kəssəniz, hərəkət potensialı dərhal bitkilərin köklərinə gedəcəkdir. Bəzi genlərin ifadəsi onların üzərində başlayacaq və bitkiləri infeksiyadan qoruyan kəsiklərdə hidrogen peroksidin sintezi aktivləşir. Eyni şəkildə, işığın istiqamətini dəyişdirsəniz, quşdan və ya heyvandan kölgə seçimini kəsmək üçün ilk 100 saniyə ərzində bitki ona heç bir şəkildə reaksiya verməyəcək və sonra elektrik siqnalları yenidən gedəcək, buna görə bitki işıq axınının tutulmasını maksimum dərəcədə artıracaq şəkildə saniyələr içində dönəcəkdir. Eyni şey baş verəcək və siz qaynar su damlatmağa başlayanda, yanan alışqan gətirəndə və bitkini buza qoyduğunuzda - bitkilər ətraf mühitin dəyişməsinə reaksiyalarını idarə edən elektrik siqnallarının köməyi ilə istənilən stimullara reaksiya verirlər. şərtlər.

Bitki yaddaşı

Bitkilər yalnız xarici mühitə necə reaksiya verəcəyini və görünür, hərəkətlərini hesablamağı bilmir, həm də öz aralarında bəzi sosial əlaqələri bağlayır. Məsələn, alman meşəbəyi Peter Vollebenin müşahidələri göstərir ki, ağacların bir növ dostluğu var: partnyor ağaclar köklərlə iç-içədir və onların taclarının bir-birinin böyüməsinə mane olmamasına diqqətlə nəzarət edir, təsadüfi ağaclarda isə heç bir xüsusi hisslər yoxdur. qonşularına, onlar həmişə özləri üçün daha çox yaşayış sahəsi tutmağa çalışırlar. Eyni zamanda, müxtəlif növ ağaclar arasında dostluq da yarana bilər. Beləliklə, eyni Mancusonun təcrübələrində elm adamları Duqlasın ölümündən bir müddət əvvəl onun necə bir miras qoyduğunu müşahidə etdilər: ondan çox uzaqda olmayan sarı şam ağacı kök sistemi vasitəsilə çox miqdarda üzvi maddə göndərdi.

W: Bitkilərin yaddaşı varmı?

Aleksandr Volkov: Bitkilər heyvanlarla eyni yaddaş növlərinə malikdir. Məsələn, Venera milçək tələsinin yaddaşa malik olduğunu göstərdik: tələnin işləməsi üçün ona 10 mikrocüt elektrik göndərilməlidir, lakin məlum olur ki, bunu bir seansda etmək lazım deyil. Əvvəlcə iki mikrokoulom, sonra başqa beş və s. Cəmi 10 olanda bitkiyə elə gəlir ki, içinə böcək girib və o, bərk-bərk bağlanacaq. Yeganə odur ki, seanslar arasında 40 saniyədən çox fasilə verə bilməzsiniz, əks halda sayğac sıfıra endiriləcək - belə qısamüddətli yaddaş əldə edirsiniz. Bitkilərin uzunmüddətli yaddaşını görmək daha asandır: məsələn, aprelin 30-da bir yaz şaxtası bizi vurdu və sözün əsl mənasında bir gecədə bütün çiçəklər əncir ağacında dondu və gələn il mayın 1-nə qədər çiçək açmadı, çünki nə olduğunu xatırladı.. bitdi. Son 50 il ərzində bitki fizioloqları tərəfindən çoxlu oxşar müşahidələr aparılmışdır.

W: Bitki yaddaşı harada saxlanılır?

A. V: Bir dəfə Kanar adalarında bir konfransda görüşdüm Leon Chua, bir vaxtlar memristorların - keçən cərəyanın yaddaşı ilə müqavimətlərin varlığını proqnozlaşdırdı. Söhbətə girdik: Çua ion kanalları və bitkilərin elektrofiziologiyası haqqında demək olar ki, heç nə bilmirdi, mən isə memristorlar haqqında. Nəticədə, o, məndən in vivo memristorları axtarmağa çalışmağı xahiş etdi, çünki onun hesablamalarına görə, onlar yaddaşla əlaqələndirilməlidirlər, lakin indiyə qədər onları canlılarda heç kim tapmayıb. Biz hər şeyi etdik: aloe vera, mimoza və eyni Venera milçək tələsinin gərginlikdən asılı kalium kanallarının təbiətcə memristor olduğunu göstərdik və aşağıdakı işlərdə alma, kartof, balqabaq toxumu və müxtəlif növlərdə memristiv xüsusiyyətlər tapıldı. çiçəklər. Bitkilərin yaddaşının məhz bu memristorlarla bağlı olması olduqca mümkündür, lakin hələ dəqiq bilinmir.

W: Bitkilər qərar qəbul etməyi bilirlər, yaddaşları var. Növbəti addım sosial qarşılıqlı əlaqədir. Bitkilər bir-biri ilə əlaqə qura bilirmi?

A. V: Bilirsiniz, “Avatar”da ağacların yerin altında bir-biri ilə əlaqə saxladığı bir epizod var. Bu, kiminsə düşünə biləcəyi kimi fantaziya deyil, müəyyən edilmiş faktdır. Mən SSRİ-də yaşayanda tez-tez göbələk yığmağa gedirdik və hamı bilirdi ki, göbələk miselyuma zərər verməmək üçün diqqətlə bıçaqla kəsilməlidir. İndi məlum oldu ki, miselyum ağacların həm bir-biri ilə, həm də göbələklərlə əlaqə saxlaya biləcəyi bir elektrik kabelidir. Üstəlik, ağacların miselyum boyunca təkcə elektrik siqnallarını deyil, həm də kimyəvi birləşmələri və ya hətta təhlükəli virus və bakteriyaları mübadilə etdiyinə dair çoxlu sübutlar var.

W: Bitkilərin insan nitqini başa düşməsi və buna görə də onların daha yaxşı böyüməsi üçün onlarla mehriban və sakit danışmaq lazımdır mifinə nə deyə bilərsiniz?

A. V: Bu sadəcə bir mifdir, başqa heç nə yoxdur.

V: “Ağrı”, “fikir”, “şüur” terminlərini bitkilərə tətbiq edə bilərikmi?

A. V: Bu barədə heç nə bilmirəm. Bunlar artıq fəlsəfənin suallarıdır. Keçən yay Sankt-Peterburqda bitkilərdəki siqnallarla bağlı simpozium keçirildi və müxtəlif ölkələrdən bir neçə filosof ora bir anda gəldi, ona görə də indi bu mövzu ilə məşğul olmağa başlayır. Ancaq mən eksperimental olaraq nəyi yoxlaya biləcəyim və ya hesablaya biləcəyim şeylər haqqında danışmağa öyrəşmişəm.

Sensor kimi bitkilər

Bitkilər budaqlanmış şəbəkələrdən istifadə edərək öz hərəkətlərini əlaqələndirə bilirlər. Belə ki, Afrika savannasında bitən akasiya zürafələr yeməyə başlayanda yarpaqlarına zəhərli maddə buraxmaqla yanaşı, həm də ətrafdakı bitkilərə təhlükə siqnalı verən uçucu “həyəcan qazı” yayır. Nəticədə zürafələr qida axtarışında ən yaxın ağaclara deyil, onlardan orta hesabla 350 metr uzaqlaşmalı olurlar. Bu gün elm adamları ətraf mühitin monitorinqi və digər vəzifələr üçün təbiət tərəfindən düzəldilmiş canlı sensorlar şəbəkələrindən istifadə etməyi xəyal edirlər.

W: Bitki elektrofiziologiyası tədqiqatınızı praktikada tətbiq etməyə çalışmısınızmı?

Aleksandr Volkov: Bitkilərdən istifadə edərək zəlzələlərin proqnozlaşdırılması və qeydiyyatı üçün patentlərim var. Zəlzələlər ərəfəsində (dünyanın müxtəlif yerlərində vaxt intervalı iki gündən yeddi günə qədər dəyişir) yer qabığının hərəkəti xarakterik elektromaqnit sahələrinə səbəb olur. Bir vaxt yaponlar onları nəhəng antenaların - iki kilometr hündürlüyündə dəmir parçaların köməyi ilə düzəltməyi təklif etdilər, lakin heç kim belə antenalar qura bilməzdi və bu lazım deyil. Bitkilər elektromaqnit sahələrinə o qədər həssasdırlar ki, zəlzələləri istənilən antenadan daha yaxşı təxmin edə bilirlər. Məsələn, biz bu məqsədlər üçün aloe veradan istifadə etdik - yarpaqlarına gümüş xlorid elektrodları bağladıq, elektrik aktivliyini qeyd etdik və məlumatları emal etdik.

W: Tamamilə fantastik səslənir. Niyə bu sistem hələ də praktikada tətbiq edilmir?

A. V: Burada gözlənilməz problem yarandı. Baxın: tutaq ki, siz San-Fransisko şəhərinin merisiniz və iki gündən sonra zəlzələ olacağını öyrənin. Nə edəcəksən? Bu barədə insanlara danışsanız, çaxnaşma və əzilmə nəticəsində zəlzələdən daha çox insan ölə və ya yaralana bilər. Belə qadağalara görə işimizin nəticələrini açıq mətbuatda belə açıq müzakirə edə bilmirəm. İstənilən halda, düşünürəm ki, gec-tez bizdə sensor qurğular üzərində işləyən müxtəlif monitorinq sistemləri olacaq. Məsələn, işlərimizin birində göstərdik ki, elektrofizioloji siqnalların təhlilindən istifadə etməklə kənd təsərrüfatı bitkilərinin müxtəlif xəstəliklərinin ani diaqnostikası üçün sistem yaratmaq mümkündür.

Mövzu haqqında daha çox:

Bitki ağlı

Bitkilərin dili