Хабрахабр

[Перевод] Обучаясь языку кустов

Растения, используя молекулярные коды, зовут на помощь, отгоняют насекомых и спасают друг друга

Чтобы начать разговор, он притворяется кузнечиком или жуком – использует ножницы, чтобы срезать листья на одном из кустов. Энтомолог Ричард Карбан знает, как заставить полынь говорить. Поэтому он отрезает много кусочков по краю листа – «множество маленьких укусов». Причём отрезанием листьев целиком куст не обманешь.

Однако, на расстоянии в 50-60 см от отрезанных им веток, листья не пострадали от укусов голодных насекомых. Через несколько месяцев Карбан, профессор из Калифорнийского университета в Дэйвисе, изучающий защитный обмен сообщениями у растений, возвращается к кусту и изучает его листья, многие из которых повреждены реальными кузнечиками или жуками. Соседние листья перехватили и расшифровали кодовые сообщения, и начали готовить свою защиту против жуков.
Если растения кажутся нам безмолвными, это оттого, что мы не обращаем внимания на их разговоры – мы только начинаем расшифровывать их криптограммы. Это происходит оттого, что надрезы Карбана убедили повреждённые листки, что их атакуют, поэтому они отправили в воздух химические сигналы тревоги. Более того, растения могут отправлять сигналы «SOS», зовя на помощь, и подзывать хищников, питающихся насекомыми. Растения постоянно испускают в воздух коды, что помогает им защищаться от насекомых и других угроз, а в некоторых случаях служит предупреждением для их соседей.

ЛОВ характерны лёгкостью, с которой они поднимаются в воздух, и довольно разнообразны: только растения производят их более 30 000 видов. Растения разговаривают при помощи химических кодов – содержащих углерод молекул, летучих органических веществ (ЛОВ). Другие испускаются только в ответ на определённое воздействие. Некоторые ЛОВ дают знакомые запахи цветов или растений. Всего через несколько секунд после повреждения растения выпускают летучие лиственные вещества, которые мы тоже можем зафиксировать – к примеру, как запах недавно остриженного газона.

Но волны молекул, производимых растением, передают пакеты зашифрованных сообщений. Люди не получают особой информации из ЛОВ. И, как любые передаваемые сигналы, «листограммы» можно принять, расшифровать, подслушать и даже исказить.

Укусы насекомых могут активировать гормоны растений, такие, как жасмоновая кислота, этилен или салициловая кислота, увеличивающие активность защитных генов растения. Растения отправляют ЛОВ в ответ на физическое повреждение или на химикаты из слюны, рвоты или жидкости, окружающей яйца насекомых. В частности, говорит Карбан, метилжамсонат – летучая форма жасмоновой кислоты – кажется «достаточно мощным». Эти гормоны также могут быть выпущены в виде ЛОВ для предупреждения других листьев и ветвей растения, а также соседей по растительному сообществу. А когда Карбан надевал пластиковые пакеты на обрезанные листья полыни, и завязывал их, чтобы ЛОВ не могли разлететься, ближайшие к ним листья и соседние растения не повышали степень своей защиты. Он также обнаружил, что такое общение оказывается более эффективным для генетически идентичных растений – тех, что растут и одних и тех же родительских кустов.

Тревога полыни может вызывать защитную реакцию у помидоров и табака, хотя неизвестно, сколько растений могут взламывать сигналы других видов. ЛОВ-сообщения могут предназначаться для самого себя или для родственников, но растения других видов иногда могут их перехватывать.

«Не в интересах растения сообщать своему соседу, что его атакуют», — говорит Эмми Троубридж, постдок из Индианского университета в Блумингтоне. Более того, учёные утверждают, что растения не всегда хотят, чтобы их крики были услышаны. Так зачем же растения всё-таки кричат? Соседние растения конкурируют друг с другом, и предупреждать соседа – значит, помогать ему выжить, в то время, как сам добрый самаритянин может подвергаться нашествию насекомых. Как и насекомые-хищники – они настраивают свои приёмники на призыв к ужину. Частью оттого, что это неизбежно: «химическое оружие», которое растения используют для отпугивания насекомых, неизбежно просочатся в воздух, поскольку они летучие – поэтому другие растения в результате эволюции научились их подслушивать. Когда сидячебрюхие мухи откладывают яйца в сосновые иголки, ЛОВ деревьев привлекают ос-паразитов, убивающих яйца. Яблони, которые жуют паутинные клещи, отправляют сообщения, привлекающие других клещей, поедающих атакующих растение насекомых. Табак, который жуют личинки мотыльков, вызывает краснохвостых ос, паразитов, откладывающих яйца внутрь тел гусениц, которых затем съедят изнутри личинки.

«Мы не знаем, как воспринимаются эти химические вещества», — говорит Троубридж. И хотя растения и насекомые эволюционировали для того, чтобы обмениваться этими химическими сообщениями, люди только начинают взламывать их код. Не знают они и того, поглощаются ли молекулы с поверхности листа, или через поры, устьица. Исследователи не понимают, как растения собирают ЛОВ из воздуха и какой должна быть их распознаваемая концентрация. «Просто тот факт, что растение может воспринять химическое вещество, ничего не означает», — говорит Троубридж. Но они знают, что «слушающие» растения должны не просто получить, но и расшифровать сообщение, чтобы запустить защитную химическую реакцию. Если перехваченный сигнал не получится декодировать, он ничем не поможет.

«Букет, выпускаемый при надрезании полыни, содержит сотни химикатов, которые можно измерить», — говорит Карбан. Более того, сообщения могут быть закодированы в комбинации нескольких молекул. Но, говорит он, что «определить активные ингредиенты очень сложно». Он собирает ЛОВ в пластиковые пакеты, заполненные волокнами, впитывающими химические вещества, и анализирует их в газовом хроматографе. «Вы обнаруживаете очень сложную смесь молекул, — говорит он, сравнивая это явление с нашим обонянием. Крис Джефри, специалист по органической химии и экологической химии в Невадском университете считает, что для взлома растительной криптографии учёным нужно расшифровывать химию целых экосистем. – Не такого, чтобы одна молекула вызывала одну реакцию».

Например, они помогут нам понять, как растения отреагируют на изменения климата. Зачем нам заниматься взломом кодов растений? Некоторые сигналы будут усиливаться, а другие приглушаться или не будут обнаружены. Учёные предупреждают, что эти изменения могут нарушить коммуникации и дестабилизировать экосистемы.

Высокие температуры также могут увеличить активность ферментов, производящих ЛОВ. «Летучесть зависит от температуры», — говорит Троубридж, поэтому на разогревающейся планете ЛОВ смогут легче оказываться в воздухе. Листья с закрытыми устьицами всасывают меньше диоксида углерода, необходимого для производства ЛОВ. С другой стороны, растения, пытающиеся выжить в засухе, будут сжимать устьица, чтобы не терять жидкость. Но с избытком ЛОВ популяции растений могут начать защищать себя слишком хорошо, и насекомые начнут искать другие источники пищи, уничтожая другие вида растений, что будет менять экосистемы. С уменьшением общения при помощи ЛОВ растения могут не распознать сигналы тревоги и стать более уязвимыми для насекомых, или полностью им поддаться, рассуждает Троубридж.

Там раздаётся целый хор криков – если бы вы только могли их услышать. Так что, в следующий раз, когда вы будете наслаждаться тишиной сада в одиночестве, помните, что эта тишина иллюзорна.

Показать больше

Похожие публикации

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»