Растения помнят перенесенный ими стресс

Новое поколение растений, способных ослабить последствия изменений в окружающей среде, могут быть созданы с помощью более глубокого понимания тех механизмов, благодаря которым растения помнят любой перенесенный ими стресс и вырабатывают превентивные меры для борьбы с ним.

Исследование, проведенное Уорвикским университетом и опубликованное в журнале eLife, доказало, что растения не только помнят перенесенные ими экстремальные состояния (в случае исследования это была высокая засоленность почвы), но также вырабатывают генетические механизмы, которые помогут их потомкам более легко перенести подобные стрессовые условия в будущем.

Международное исследование, проведенное под руководством доктора Хосе Гутьерреса-Маркоса, показало, что такие «стрессовые воспоминания» программируются эпигенетически с помощью химических модификаций в форме метилирования цитозина на определенных участках растительного генома.

«В условиях изменения климата существует потребность создать такие виды растений, которые будут более устойчивы к экстремальным условиям и смогут расти даже в самой неблагоприятной обстановке. Раскрыв механизмы, с помощью которых растения могут помнить предыдущие стрессовые состояния и выработать адаптивные реакции, мы открыли возможность для выведения новых сортов растений».

Исследование также показало, что при отсутствии стресса воспоминания растений со временем исчезают, особенно, когда передаются по мужской линии. Вдобавок, ученые выяснили, что такие стрессовые воспоминания могут быть зафиксированы путем изменения в генах, ответственных за регулировку метилирования ДНК.

«До нашего открытия, — поясняет доктор Гутьеррес-Маркос, — объем стрессовой памяти растений был неизвестен, но теперь у нас есть доказательства существования молекулярных механизмов, которые задействованы в этом процессе. Следующий шаг — это манипулирование растительной памятью и создание с ее помощью сортов, которые будут более приспособлены к климатическим изменениям».

Следует отметить, что помимо воспоминаний некоторые растения обладают своеобразным интеллектом, а хищные растения и вовсе умеют считать.

Тропическое растение мимоза стыдливая (Mimosa pudica) продолжает ставит перед учеными новые вопросы. Недавно выяснилось, что оно умеет отличать живые существа от неодушевленных предметов.

Это многолетнее травянистое растение высотой от 30 до 150 см происходит из тропических районов Южной Америки, где считается сорняком; при этом по всему свету его культивируют как декоративное. Цветет мимоза с мая по сентябрь небольшими фиолетовыми соцветиями в виде шариков, которые располагаются на длинных цветоносах. Опыление происходит при помощи ветра или насекомых, после цветения образуются крючковидные изогнутые бобы.

Отличительной чертой мимозы стыдливой является его реакция на потенциальную угрозу. При повреждении корней растение выделяет «коктейль» из ядовитых веществ, включающий метансульфоновую, молочную, пировиноградную кислоты и разные соединения серы; нередко это приводит к отравлению скота на пастбищах.

Еще одним удивительным свойством, которое и дало растению название, стала его способность сворачивать листья в ответ на прикосновения. Механизм этого действия ученым известен. У основания черешков расположены водные мембраны, а сенсорные участки на листочках реагируют на давление. При прикосновении вода устремляется к месту контакта, и под этой тяжестью листья сворачиваются и опускаются вниз.

Недавно австралийские ученые обнаружили, что мимоза стыдливая способна самообучаться. Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Oecologia, мимоза «запоминает» особенности каждого контакта, и если он не представляет угрозы, тратить энергию на сворачивание листьев не станет. Такое поведение свойственно животным: при помощи нервной системы они не только получают информацию, но и могут ее в дальнейшем использовать. Поведенческие реакция растения с учетом накопленных им данных был описан впервые на этом примере.
Новое исследование провели специалисты университета штата Нью-Йорк в Олбани. Они узнали, что мимоза стыдливая хорошо различает своего потенциального врага. В ходе экспериментов было установлено: в тех случаях, когда к ее корням прикасался человек — воздух наполнялся смесью сероводорода и других веществ, при этом контакт с металлом, стеклом и другими предметами механизма выработки «химической защиты» не запускал.

В результате биологи нашли еще одно концептуальное отличие мимозы стыдливой от прочих представителей фауны: если большинство растений, использующих для своей защиты яд, выделяют его из своей надземной части — то объект их изучения делает это с помощью своих корней, на которых расположены крохотные узелки. Более того: они не только производят яд, но и анализируют химический состав окружающей среды, «принимая решение» о потенциальной опасности.

Хищные растения умеют считать

Венерина мухоловка — одно из немногих растений, способных к быстрым движениям, что необходимо для охоты на насекомых. И важным инструментом при этом является счет.

Небольшое травянистое растение венерина мухоловка (Dionaea muscipula) встречается в болотистых почвах с недостатком азота. Источником азота, необходимого для синтеза белков, становятся насекомые, которые попадаются в листья-ловушки.

В открытом состоянии части листа отогнуты наружу. Когда на него садится насекомое, он сворачивается, закрывая выход волосками или шипами. Пытаясь спастись, жертва совершает беспорядочные движения, которые стимулируют внутреннюю поверхность листа и вызывают рост клеток. В конце концов края листа полностью смыкаются, ловушка превращается в «желудок», где и происходит процесс переваривания. Приблизительно через 10 дней от добычи остается только пустая хитиновая оболочка, а ловушка в ожидании следующего источника пищи открывается.

Биологи из Вюрцбургского университета (Германия), изучая венерину мухоловку, обнаружили у нее своеобразные способности к арифметике. Растение не может тратить свои силы впустую, поэтому механизм запуска ловушки включается только после того, как охотник убедится в наличии жертвы. Первое касание насекомого рассматривается как случайное, а активирует ловушку второй сигнал: он доказывает, что жертва действительно обосновалась на поверхности листа. Необходимые для переваривания ферменты начинают выделяться после того, как насекомое коснулось волосков в третий и четвертый раз. А процесс всасывания питательных веществ стартует уже с пятого прикосновения.

В итоговой статье, опубликованной в журнале eLife, биологи поясняют, что попавшее в западню насекомое, безусловно, создает гораздо больше пяти движений. В частности, сверчок, умирая в течение часа, стучит по листу в среднем 63 раза. Со своей стороны растение-охотник, уже запустившее механизм переваривания, коррелирует количество ударов с производством необходимого количества пищеварительных ферментов.

Комментарии: