Myślące rośliny? Wielkie odkrycie na SGGW

Ta publikacja wywraca do góry nogami naszą wiedzę na temat roślin. Dowodzi, że prowadzą one znacznie bardziej skomplikowane życie, niż sądziliśmy przez wiele, wiele lat. Ogromną satysfakcją jest to, że przełomowych odkryć dokonał czysto polski zespół młodych naukowców pod kierunkiem prof. Stanisława Karpińskiego z warszawskiej Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego.

Karpiński to jeden z naszych wybitnych badaczy, który spędził blisko 20 lat na Zachodzie i dzięki programowi „Wellcome” Fundacji na rzecz Nauki Polskiej wrócił niedawno do kraju i rozkręcił duży program badawczy w Warszawie. Na efekty nie trzeba było długo czekać. W najnowszym numerze „Plant Cell” – najbardziej prestiżowego pisma z zakresu biologii komórki roślin – ukazała się sążnista, 18-stronicowa praca zespołu Karpińskiego. A oto czym zajęli się Polacy.

Hormony czy elektrochemia

Około dziesięciu lat temu, a więc w czasach kiedy Karpiński pracował jeszcze w Szwecji, udało mu się odkryć, że rośliny potrafią reagować na światło w sposób systemowy. Co to oznacza? Wyobraźmy sobie rosnące drzewo, którego część liści wystawiona jest na słońce, a część pozostaje w cieniu. Otóż okazało się, że liście tego samego drzewa potrafią ze sobą „rozmawiać”. W efekcie te słabiej naświetlone doskonale „wiedzą”, że te od słonecznej strony otrzymały porządną dawkę światła. Wiedzą nie tylko, jakie było jego natężenie, ale także czy jest to poranek, czy zmierzch.

To był absolutny hit. Ówczesna praca opublikowana w „Science” doczekała się wielu cytowań, a Karpińskiemu otworzyła drogę do stałej profesury w Szwecji.

Zagadką było, w jaki sposób rośliny przekazują sobie informacje. Początkowo wydawało się, że za pośrednictwem tzw. rodników tlenowych i hormonów. Jednak dalsze badania sugerowały, że chodzi o szybkie sygnały elektryczne. W tym momencie trudno było nie doszukać się analogii ze zwierzęcym układem nerwowym. U zwierząt komórki porozumiewają się za pomocą sygnałów elektrochemicznych. W obrębie pojedynczej komórki nerwowej informacja przemieszcza się jak prąd elektryczny, natomiast w chwili, gdy dochodzi do synapsy (miejsca połączenia dwóch neuronów), zamienia się w impuls chemiczny.

A jak to jest u roślin?

Nerwy liścia

Najnowsze eksperymenty zespołu Karpińskiego dowodzą, że tu wszystko zaczyna się od światła. Odebrane bodźce świetlne (czyli fotony) zamieniane są w sygnały elektrofizjologiczne. Rozchodzą się one co prawda znacznie wolniej niż u zwierząt (u nas jest to ok. dwóch metrów na sekundę, u roślin nie więcej niż centymetr na sekundę), ale roślinom całkowicie to wystarcza. W końcu nie muszą one uciekać przed wrogiem.

O ile szybkość przewodzenia sygnałów jest stosunkowo niewielka, o tyle wytworzone potencjały i amplituda przemieszczającej się fali są u roślin i zwierząt bardzo podobne. Co ciekawe, profil sygnału jest zupełnie inny dla światła białego, czerwonego czy niebieskiego.

Przewodzeniem sygnałów zajmują się głównie komórki tzw. wiązek okołopochwowych. To komórki sąsiadujące z naczyniami (popularnie nazywanymi nerwami) liścia. Teraz okazuje się, że owa popularna nazwa – „nerwy” liścia – ma swoje głębsze uzasadnienie. Poprzez leżące w „nerwie” naczynia i rurki sitowe płynie woda i substancje odżywcze, a poprzez komórki wiązki przebiegają prawdziwe sygnały elektryczne.

Zupełnie jak komputer kwantowy

Jakie to ma znaczenie? Otóż po pierwsze, rośliny starają się jak najefektywniej wykorzystywać światło. To w końcu podstawa życia na Ziemi. Od wydajnej fotosyntezy zależy bowiem produkcja tlenu i jedzenia dla wszystkich innych organizmów na naszej planecie. Ale jak się okazuje, co za dużo, to niezdrowo, i nadwyżka światła roślinom szkodzi. Po pochłonięciu zbyt dużej dawki fotonów rośliny muszą się części ich pozbyć. Najnowsza praca Karpińskiego dowodzi, że informacja o wygaszaniu nadmiaru energii przenosi się z liścia do liścia również za pomocą elektrofizjologicznych sygnałów. Rośliny zliczają zaabsorbowane fotony, działając jak coś w rodzaju komputera kwantowego, a następnie ich naświetlone części przekazują informację dalej.

Uczeni wybrali do badań rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana) – bliskiego krewniaka kapusty i rzepaku. To modelowa roślina, która od lat stanowi obiekt dociekań fizjologów i genetyków. Arabidopsis, rosnąc, tworzy rozetkę liści. Naukowcy oświetlali wyłącznie trzy z nich, a resztę trzymali w cieniu. Za pomocą cieniusieńkich elektrod odczytywali potencjały elektryczne w oświetlanych i zaciemnionych partiach rośliny.

Przy zwykłej (tj. niedużej) porcji światła oświetlone liście prowadzą fotosyntezę, jednocześnie informując te zacienione, jaką ilość fotonów dostały, na co trzeba „się nastawić”, ile energii świetlnej w razie czego wygasić. I – jak się okazuje – te nieoświetlone liście „słuchają się” i „uczą”.

Jeśli porcja światła rośnie ponad miarę, zacienione liście też o tym wiedzą i szykują się na niebezpieczeństwo. Co więcej, okazuje się, że każdy liść „podejmuje niezależnie decyzję”, ile światła się pozbyć. Niczego się tu nie narzuca z góry, poszczególne liście wybierają własną strategię.

źródło: SGGW, Gazeta.pl