Семена растений могут использовать миниатюрные «мозги», чтобы помочь им решить, прорастать или остаться в состоянии бездействия. Об этом свидетельствует новое научное исследование.
Этот семенной «мозг» не обладает традиционным серым веществом, как у человека, но для обработки информации он использует тот же механизм, в соответствии с которым работают наши полушария. Растения интерпретируют каскад сигналов, исходящих от гормонов, чтобы решить, когда им начать прорастать.
Растения похожи на людей
«Растения подобны людям в том смысле, что они должны думать и принимать решения, так же как мы», — говорит соавтор исследования Джордж Бассель, биолог Бирмингемского университета в Англии. По словам Басселя, люди принимают решения, используя небольшие группы специальных клеток нервной системы, расположенных в головном мозге.
«Точно так же, как у человека, внутри спящего семени существует очень небольшое количество клеток, которыми принимаются определенные решения. Эти клетки действуют аналогично клеткам нашей нервной системы», — отметил Бассель в журнале Live Science.
По словам ученого, исследователи могут однажды использовать эти идеи для разработки семян, которые прорастают одновременно каждый сезон, а также для получения большей защиты против изменяющихся климатических условий.
Пища для размышлений
Идея, что растения могут чувствовать, слышать или видеть, в научном мире абсолютно не нова. Исследователи показали, что саженцы прорастают под звуки определенных частот или ускоряют свой рост, когда поблизости находятся другие конкурирующие виды растений. И, согласно исследованию, проведенному в 2007 году (оно было описано в журнале Oecologia), растения могут общаться друг с другом, когда им угрожает опасность.
Поэтому, по словам биолога Басселя, идея «мышления» растений не так надуманна, как покажется на первый взгляд. Одно из доказательств того, что аккуратная обработка информации об окружающей среде играет решающее значение для выживания растения, заключается в сроках прорастания семян.
Роль семян
Семена представляют собой единственный способ, которым растение может перемещаться на значительные расстояния, от непригодной для выживания среды к более подходящей. Они могут путешествовать далеко, будучи съеденными животными или переноситься по ветру. По словам Басселя, таким способом растение использует один из способов перемещения во времени и пространстве. Базель сказал, что бездействующие семена лежат в земле до тех пор, пока температура или другие условия не будут в порядке. Они в состоянии оптимизировать свои шансы на выживание.
Механизм мышления растений
Чтобы понять, как растения принимают решения, ученый и его коллеги создали цифровой атлас каждой отдельной клетки эмбрионов (семян) растения тала или Arabidopsis thaliana. Затем исследователи отображали места, в которых определенные гормоны, как правило, локализуются внутри семян.
Они обнаружили, что два гормона, которые, как известно, играют роль в прорастании, гиббереллин (GA) и абсцизовая кислота (ABA), в высоких концентрациях содержались в кончике эмбрионального корня.
Из 3000-4000 клеток, содержащихся в семенах, примерно от 25 до 40, по-видимому, играли доминирующую роль в обработке этих гормонов. Одна часть клеток продуцировала гормоны GA, обеспечивающие сигнал для прорастания, в то время как другая часть клеток, находящаяся на некотором расстоянии, продуцировала ABA, сигнал, способствующий «пребыванию во сне». Исследование показало, что гормоны обменивались между собой сигналами.
«Использование этих двух сигналов обеспечивает как рост, так и его остановку», — говорит Бассель в Live Science.
В состоянии покоя ячейки вырабатывают больше ABA, чем GA. И по мере улучшения условий вне семени уровень гормонов GA постепенно увеличивается до тех пор, пока «центр принятия решений» семян не начинает сигнализировать, что лучше начать прорастать, чем оставаться в состоянии покоя. Этот механизм описан исследователями в научном труде, обнародованном в журнале Proceedings Национальной академии наук.
Сроки прорастания
Команда исследователей достигла искусственного изменения уровня активности гормонов в растениях. Опыт показал, что, манипулируя уровнями и сроками передачи гормональной сигнализации, семена могут контролировать сроки прорастания.
«В семенах растений два противоположных центра комплекса решений разделены определенным расстоянием. Так же в моторной коре головного мозга человека два отдельных полушария инициируют движение или покой», — сказал Бассель.
«У животных разделение этих двух областей предотвращает случайный импульс от принуждения тела к принятию неправильных решений», — констатировал ученый.
Исследование доказало, что в растении разделение между областями «рост» и «покой» предназначено для принятия важных для их существования решений, стимулирующих прорастание в периоды, когда температура окружающей среды постоянно меняется. Не ясно, почему колебания температуры должны быть настолько важны для растений, но одна из причин заключается в том, что это процесс помогает растениям ощущать, насколько глубоко находятся их корни в почве. Чем они глубже, тем более буферизованы против температурных изменений. «Еще одна особенность заключается в том, что колебания температуры чаще отмечаются при смене сезонов. Перепады могут помочь семенам ощутить переходные периоды», — констатировал Бассель.
Общность между растениями и животными
«Идея общности структуры мозга растений и животных весьма увлекательна, потому что представители флоры и фауны явно эволюционировали от одних и тех же анатомических структур», — утверждает Бассель. Согласно последнему научному исследованию, общим предком растений и животных был однокамерный, подобный водорослям, организм, который существовал 1,6 миллиарда лет назад.
Согласно научному открытию, опубликованному в 2002 году в журнале Science, несмотря на этот огромный эволюционный разрыв, растения и животные функционируют по общим принципам, которые дали им некоторое преимущество в реагировании на изменяющуюся окружающую среду. «И растения, и животные, благодаря эволюционным процессам, адаптировались по аналогичной схеме», — сказал Бассель.
