Способы передачи информации у растений

Получение, обработка и накопление информации растениями

Растения добились многого в области статики сооружений, они успешно передвигаются по суше, по воде и по воздуху, являются мастерами своего дела в гидравлике и прикладной термодинамике, научились использовать энергию света, прекрасно чувствуют время и могут проводить точные химические анализы. И во всех перечисленных областях они достигли истинного совершенства. Если перелистать справочник инженера или ознакомиться с перечнем факультетов в техническом вузе, то можно обнаружить, что все рассказанное на страницах нашего сайта о необыкновенных возможностях растений имеет свои параллели в различных областях науки и техники.

Но до сих пор ничего еще не говорилось ни об измерительной технике, ни о технике передачи информации. Задача этих двух направлений знаний — помочь человеку ориентироваться в окружающем мире, научиться распознавать события, уметь излагать свои мысли так, чтобы они стали понятны другим. Это круг тех проблем, с которыми очень часто приходится сталкиваться и растениям. Каким же образом они решают их?

Под информационной техникой в узком смысле слова понимают передачу информации, а в широком — также ее получение, обработку и накопление. Но где же растениям приходится решать подобные задачи? Разумеется, там, где они вынуждены сотрудничать с другими живыми существами. Сказанное относится в первую очередь и опылению растений с помощью насекомых или других животных — dopinfo.ru. Для того чтобы насекомые могли с наибольшей пользой для обеих сторон (для себя — получить как можно больше сладкого нектара, для растений — эффективно опылить их) перелетать от цветка к цветку, процесс опыления должен быть организован очень рационально. Это становится возможным только посредством применения тех или иных методов передачи информации.

Растения, например, должны выставить сигналы, которые делали бы их цветки особенно заметными. Такой прием позволит намного уменьшить число разведывательных полетов. Особую маркировку надлежит иметь тем цветкам, которые не достигли еще зрелости, то есть не могут быть опылены и не в состоянии предложить насекомому сладкую взятку за его труд. Важно также каким-то образом отметить цветки, которые уже опылены и не содержат более нектара, ибо им уже успел полакомиться кто-то ранее. Это избавит насекомое от напрасной работы. От вида опылителя зависит выбор растениями соответствующего сигнала. Для пчел и жуков должны существовать одни сигналы, для мух — другие, а для колибри или летучих мышей — третьи. Цветок, опыляемый только птицами, не должен привлекать насекомых. На открытой территории предпочтение следует отдавать оптическим средствам сигнализации. Напротив, для плохо просматриваемой местности надо найти другие методы связи.

Каталог существующих у растений приемов передачи информации можно сравнить с программой работы технолога, занятого в промышленности. Объем стоящих перед растениями в этой области задач чрезвычайно велик. В связи с этим палитра найденных ими решений настолько богата, что до сих пор человеку удалось тщательно изучить лишь незначительную часть их. На эту тему написана не одна толстая книга. Как и в других случаях, нам остается лишь одно: ограничить наш рассказ несколькими примерами.

В качестве одного из самых важных средств приманивания насекомых или других животных природа широко использует оптическую сигнализацию. «Если бы люди не догадались еще раньше сравнить эти знаки приманивания с вывешенными напоказ флагами, то даже самый бесстрастный наблюдатель сделал бы это, едва только увидел цветки Musaenda», — писал еще в конце прошлого века кто-то из ботаников об одном из лазящих растений Малайских островов. Небольшого пятилепесткового венчика цветка растению, по-видимому, недостаточно для привлечения опыляющих его бабочек. Обычный прицветник трансформировался у него в большой вертикально посаженный лист молочно-белого цвета с размерами 5 сантиметров на 10 сантиметров — dopinfo.ru. Это яркое светлое пятно хорошо заметно издали. Его воздействие как сигнального флажка усиливается его окраской, создающей эффект «светофора». Белый или чуть-чуть желтоватый оттенок избран растением не случайно, поскольку на чистые и светлые тона реагируют прежде всего бабочки.

В тех же случаях, когда растения нуждаются в помощи мух, преобладают телесно-грязные, пестрые темно-коричневые краски или неприятные для человека черно-красные тона. Нередко цветки насекомоопыляемых растений источают сильные гнилостные запахи, например запах гниющего мяса, разлагающегося белка или казеина. Цветовая гамма, пятнистый рисунок, неприятный запах, значительные, как правило, размеры этих цветков (растение-паразит раффлезия имеет, по-видимому, самые крупные в мире цветки — более одного метра в поперечнике) довольно убедительно для своих посетителей имитируют разлагающуюся, кровоточащую тушу погибшего животного, суля мухам богатую поживу.

Итак, наряду с формой и цветом, выступающих в качестве сигнала приманивания и различающихся в зависимости от того, на кого они рассчитаны, мы в данном случае столкнулись и с запахами как средством передачи информации. Но поговорим еще немного об окраске. Особый интерес представляют цветы, окрашенные в ярко-красные тона. Вообще существует крайне мало насекомоопыляемых растений, цветки которых были бы однотонно алыми. Хорошо известно, что насекомые не могут различать красный цвет спектра. По способности распознавать цвета их можно сравнить с дальтониками, которые не воспринимают красный и зеленый оттенки. И в самом деле, пока не удалось обнаружить ни одного растения, цветки которого были бы окрашены в чистый красный цвет и опылялись бы насекомыми. И все же такая расцветка у растений встречается. Но опыляют их не пчелы, мухи, жуки или бабочки, а птицы, например крошечные колибри, обитающие на Южноамериканском континенте, или столь же миниатюрные медососы, живущие в тропических частях восточного полушария. Глаза этих птиц чрезвычайно чувствительны ко всему красному. Но особенно привлекает их пурпурно-красный цвет, который они в состоянии различать с большого расстояния.

Для тех летучих мышей, которые питаются сочными плодами и нектаром цветов и кормятся обычно в сумеречные часы, светлые тона оказываются особенно притягательными. Лепестки цветков одного из видов тропических лиан (Freycinetia), опыляемого только крыланами, или «летучими собаками» (летучие собаки — один из крупных видов летучих мышей кормящихся фруктами. Иначе эту мышь называют крыланом, или калонгом. Его длина около 40 сантиметров, размах крыльев почте полтора метра. Окраска крылана рыжевато-бурая. Обитает в лесах Индонезии), имеют светлую розовато-красную окраску. Сочные, с кислым привкусом, они являются для этих весьма прожорливых животных обычным кормом.

Цветки, сигнализация которых рассчитана на приманивание птиц, обладают характерным только для них строением. Как правило, это трубчатые цветки. Нектар спрятан глубоко в цветке. Достать его могут лишь птицы с помощью своего тонкого и длинного клюва и языка. Иногда колибри идут на хитрость, чтобы облегчить себе труд: они проклевывают цветок с другой, нижней, стороны, стремясь добраться до сладкого блюда более коротким путем. Но такое поведение птиц отнюдь не в интересах растения. Ведь, отдав нектар, они должны получить свое: опыление. Один южноамериканский кустарник (Jochroma macrocalyx — dopinfo.ru) успешно борется с подобными уловками колибри. Едва только пичужка пробуравит своим острым клювом чашечку цветка, как ее с «ног до головы» обдает струйкой воды. Это вынуждает колибри надолго запомнить полученный урок и отказаться от намерения похитить нектар с «черного хода».

Бесполезно подлетать к цветкам, которые еще не раскрылись. Это хорошо известно и насекомым и птицам, а потому они и не совершают такие ненужные полеты. Однако у некоторых растений цветки хотя и полностью раскрыты, но, поскольку они не созрели, не содержат в себе ни капли нектара: попытка опылять их была бы просто бессмысленной. Человеку пока еще не удалось разгадать, каким образом цветок сигнализирует насекомому: «У меня еще ничего нет, поэтому не трудись, не ищи напрасно нектара, а лети лучше сразу к другому цветку». Можно лишь предположить, что здесь существуют какие-то чрезвычайно мелкие оптические знаки, которые человеческий глаз не в состоянии различить, но которые дают насекомому или птице соответствующую информацию. А в результате насекомые бывают избавлены от излишних визитов и получают возможность за то же время посетить большее число цветков, что опять же оборачивается пользой для опыляемых растений.

Сигналы подают и те цветки, которые уже опылены и у которых предшествующий посетитель забрал уже всю сладкую добычу. В большинстве случаев они быстро и резко меняют свою окраску или столь же быстро увядают. Вот почему те, кто содержит оранжереи с орхидеями, никоим образом не допускают насекомых в помещение: опылившись, орхидеи тотчас увянут.

В качестве приманивающего средства, помимо цвета, растения используют ароматические вещества, эффективность которых особенно высока в тех случаях, когда в густой растительности визуально трудно обнаружить цветок. Состав приспособительных признаков здесь столь же разнообразен, как и в системе оптической сигнализации. Мухи обладают исключительно топким обонянием, но применительно лишь к немногим пахучим веществам, имеющим непосредственное отношение к их образу жизни. Все остальное они просто не воспринимают. По этой причине цветы, опыляемые мухами, издают обычно резкий запах падали. В данном примере не следует недооценивать того, что создается химической лабораторией растения: они имитируют те пахучие соединения, которые в обычных условиях выделяются совершенно иными субстанциями. В свою очередь у пчел чувство обоняния сходно с нашим, поэтому неудивительно, что для нас весьма приятен запах цветов, с которых пчелы собирают нектар, одновременно опыляя их.

Особенно хорошо развито обоняние у некоторых видов бабочек и жуков. Они реагируют на вещества, не воспринимаемые человеком даже в большой концентрации, и тогда, когда их концентрация составляет менее 0,0000005 миллиграмма в одном кубическом метре воздуха. Они в состоянии за несколько километров распознать запах одного-единственного цветка и безошибочно определить путь к нему: информация получена ими с минимальными затратами материалов и энергии. С какого же расстояния привлекает их в таком случае интенсивный запах цветущих живых изгородей или деревьев?

Тройная система эффективной сигнализации имеется у обыкновенного аронника — травянистого растения, обильно цветущего весной во влажных лесах речных пойм. В период цветения растение выпускает большое, напоминающее нос ладьи покрывало соцветия — dopinfo.ru. С внешней стороны беловатое, иногда красноватое или зеленоватое, внутри оно фиолетово-коричневое. Если наклониться к цветку, то можно почувствовать навязчивый и неприятный запах гниения, ставящий в известность всех мух в округе о том, что здесь им есть чем поживиться. Более того, цветок аронника, как и многие виды его тропических сородичей, приманивает насекомых, излучая тепловые лучи, к которым мошкара и мелкие мухи в прохладные апрельские дни довольно чувствительны. Расходуя на интенсивное дыхание накопленный в организме крахмал, початочек действует подобно отопительному элементу, нагревая нижнюю сосудообразную часть обвертки соцветия до температуры 40°, что создает резкий контраст по сравнению с наружной температурой.

Растение как бы предлагает насекомым теплое пристанище внутри соцветия, которое те охотно посещают, тем более что им там приготовили и хороший стол. Но попавшее туда насекомое прежде используется растением в своих корыстных интересах. Через кольцо тончайших волосков, которые могут сгибаться лишь в одну сторону, мелкие мушки проникают в цветок и становятся на время пленниками растения. Насекомое должно вначале опылить женские цветки, расположенные в самом низу «сосуда», той пыльцой, которую оно принесло с собой, затем над ним раскрываются мужские цветки, которые осыплют его свежей пыльцой, и только тогда волоски на входе свернутся в пружину, освобождая насекомому путь наружу. Как видим, помимо тройной системы сигнализации, аронник реализует еще один элемент техники связи: обработку поступающей информации. Функционирование механизма опыления у аронника напоминает нам управление производственным процессом в промышленности с помощью ЭВМ.

Источник

LiveInternetLiveInternet

—Видео

—Музыка

—Метки

—Рубрики

• ВИТАМИНЫ. (113)
• ЗДОРОВЬЕ (96)
• Тонкий мир (5)
• «Ясновиденье», обряды, ритуалы, (5)
• ДЕНЬГИ И ИЗОБИЛИЕ (4)
• История наших предков (2)
• история славян (1)
• АНГЕЛЫ (13)
• ВЕСНА,ЛЕТО,ОСЕНЬ, ЗИМА. (30)
• Видео (64)
• ГОРОСКОПЫ, МАГИЯ, СИМВОЛЫ, КАЛЕНДАРЬ, СИМОРОН, нум (102)
• ДАЧНЫЕ ФАНТАЗИИ (47)
• Зарисовки_КУЛИНАРА (199)
• ЗОЛОТЫЕ РУЧКИ (185)
• ИГРЫ (6)
• Косметика, КОСМЕЦЕВТИКА (19)
• МИР ПРЕКРАСНОГО, КУЛЬТУРА, ИСТОРИЯ, МИР ЖИВОТНЫХ (51)
• Музыкальный момент (61)
• НАРОДНАЯ МУДРОСТЬ, АФОРИЗМЫ, Аффирмации (75)
• Фотография, ОТКРЫТКИ, плэйкасты (85)
• Полезно_знать (81)
• Секреты комп. программ (14)
• СИМПАТИЯ, СТИХИ,ПОЖЕЛАНИЕ ДРУЗЬЯМ (141)
• СЛАДКОЕЖКАМ (22)
• Сундучок_хозяюшки,РАЗНОЕ. (180)
• ТРАВЫ, СПЕЦИИ (24)
• Уроки визажиста,КОСМЕТОЛОГА (4)
• ФАКТЫ и . (28)
• ФОТОмастерская — Фотогенераторы (2)

—Фотоальбом

—Поиск по дневнику

—Подписка по e-mail

—Сообщества

—Статистика

Изучение коммуникации между растениями

Идет-грядет зеленый ум

Энт, кадр из фильма «Властелин колец»

Как ивы предупреждают друг друга об опасности, способна ли полынь к альтруизму, есть ли у растений подобие нервной системы и почему мы должны учиться думать как деревья

Несмотря на отсутствие у растений нервной системы, ученые обнаруживают все больше свидетельств того, что они обмениваются информацией. Научно-популярное издание Quanta опубликовало 16 декабря результаты исследования биолога Ричард Карбана из Калифорнийского университета в Дэвисе, специализирующегося на коммуникативных способностях полыни.

Гипотезе об умных растениях уже несколько десятилетий. За это время она прошла извилистый путь от восторженного признания до полного развенчания и, наконец, второго открытия. Сам Ричард Карбан начинал с исследования, в ходе которого пытался понять, как растения справляются с нашествием вредителей — цикад. Первое предположение сводилось к тому, что они выживают благодаря простой выносливости, претерпевая одно несчастье за другим: паразитов, травоядных, засуху и так далее. Однако в 1980-х зоолог Дэвид Роудс из Вашингтонского университета обнаружил, что представители зеленого царства борются за жизнь гораздо более изобретательно.

Ученый обнаружил, что ива ситхинская в ответ на нападение личинок коконопрядов и белой бабочки изменяла свой биохимический состав ,

целенаправленно делая собственные листья менее вкусными и питательными. В ходе эксперимента насекомые, поедая малопитательную клетчатку, росли очень медленно и постепенно теряли интерес к дереву. Реакция ивы, чья биохимия изменяется в зависимости от внешних факторов, сама по себе уже стала открытием, однако все оказалось еще поразительнее. Когда биолог начал кормить личинок листьями соседней, незараженной ивы, ничего не изменилось. Насекомые по-прежнему росли аномально медленно.

В 1983 году биолог заключил: одинаковые биохимические процессы протекали у двух разных растений, потому что здоровое дерево каким-то неведомым образом получило «сообщение» от зараженного и тоже изменило состав листьев, подготовившись к нападению насекомых. В том же году эколог Ян Болдуин из Дартмутского университетаобнаружил, что

саженцы тополя и клена начали выделять фенол, отпугивающий насекомых, когда их подсадили к деревцам с поврежденными листьями, которые ощипали лаборанты, имитируя следы от укусов острых мандибул личинок. И вот это было уже совершенно необъяснимо.

По сути, утверждали исследователи, безмозглые в прямом смысле слова растения достаточно сообразительны, чтобы предупреждать друг друга о том, что с ними происходит, кооперироваться и единым фронтом сопротивляться (в меру собственных способностей) насекомым. Этот феномен и нарекли коммуникацией между растениями. Пошли разговоры о «говорящих деревьях».

«Все пришли в восторг. Пресса так и носилась с этим открытием», — вспоминает Карбан.

Ботаникам изрядно подпортил кровь вышедший на экраны в 1979 году псевдодокументальный фильм «Тайная жизнь растений», снятый по одноименной книге 1973 года. Ее автором был журналист Питер Томпкинс, который не имел никакого отношения к науке, во время Второй мировой работал военным корреспондентом, а после развлекался сочинением шпионских детективов и оккультных расследований — самыми продаваемыми из них были бестселлеры «Секреты великих пирамид» и «Загадки мексиканских пирамид» (своего сына Томпкинс назвал Птолемей).

Хоть фильм и поразил зрителей революционным на тот момент эффектом замедленной съемки (общим местом она станет только через пять лет, после «Койяанискаци» ), в нем говорилось, что растения обладают паранормальными способностями, аурой, оргонной энергией, могут испытывать эмоции и вообще наделены сознанием. Так что тема прочно зарекомендовала себя как псевдонаучная.

Со скепсисом к «говорящим деревьям» отнеслось и научное сообщество. В 1984 году эколог Джон Лоутон разбил в пух и прах оба исследования как голословные и недостаточно детальные, чтобы на их основании делать далеко идущие теоретические выводы. В эксперименте Роудса, писал он, никаким «разговором» между ивами и не пахло — неопытный зоолог наверняка сам случайно заразил здоровую иву личинками, что и вызвало ответные биохимические процессы. Да и вообще исследователи обставляли дело так, будто между двумя биологическими царствами ведется всамделишная война.

Дэвид Роудс так и не смог оправиться после разгромной критики.

Ни один университет больше не решался финансировать продолжение его экспериментов. Ученый отчаялся, открыл придорожный мотель со столовой и навсегда забросил науку. Изучение коммуникации между растениями было задушено в зародыше.

Но сегодня Ричард Карбан называет Роудса невольным отцом этой научной дисциплины.

Критика Лоутона остановила не всех. Среди упрямых сторонников теории «говорящих деревьев» был молекулярный биолог Тед Фармер, в середине восьмидесятых занимавший место постдока в лаборатории, где изучали фитогормоны. Он исследовал виды полыни, которые выделяют метилжасмонат для отпугивания насекомых. Вдохновившись экспериментами предшественников, он положил растение с поврежденными листьями в герметичную емкость с кустами томата. Практически сразу же овощ начал выделять ингибиторы протеазы, которые отравляют вредителей, останавливая их пищеварение.

В 1990 году Фармер пришел к заключению, что коммуникация между растениями — даже между разными видами и родами — существует. «Если подобное оповещение широко распространено в природе, оно имеет глубочайшее экологическое значение», — писал он.

Оставалось неизвестным, существует ли эта коммуникация в дикой природе, или она вызвана специфичными лабораторными условиями. Именно это и решил проверить Ричард Карбан в полевых условиях, разбив на севере Калифорнии грядку с полынью и табаком, близким родственником томата. Как и в предыдущих экспериментах,

он сам рвал листики полыни, имитируя укусы гусениц, после чего фиксировал, что растение выделяет из пор метилжасмонат. И, эврика — растущий рядом куст табака начинал вырабатывать вредный для насекомых энзим полифенолоксидазы.

К концу лета этот табак практически не пострадал от саранчи и гусениц, в отличие от других растений на грядках поодаль.

Сегодня ботаника не сомневается, что практически все растения на свете начинают выделять летучие органические соединения в ответ на раздражающий фактор. Карбан в недавнем мета-исследовании «Летучая коммуникация между растениями, касающаяся фитофагов» подсчитал: 40 из 48 научных работ в области растительной коммуникации подтверждают, что соседние растения, не подвергшиеся атаке, распознают передающиеся по воздуху химические сигналы и тоже начинают выделять защитные вещества.

«Факт, что растения выделяют летучие вещества, когда их едят травоядные, настолько не подлежит сомнению, насколько вообще возможно в науке. Свидетельства, что каким-то образом растения еще и воспринимают эти вещества и отвечают защитной реакцией, тоже довольно надежные», — говорит ботаник Мартин Хейл из исследовательского центра Национального политехнического института Мексики.

У каждого представителя зеленого царства есть собственный рецепт «оборонительного химоружия», на которое реагируют другие растения. Например, всем известный запах свежескошенной травы — коктейль из спиртов, альдегидов, кетонов и сложных эфиров — может, и нравится людям, но для избежавших газонокосилки кустиков он сигнализирует о смертельной опасности.

Эти сообщения имеют универсальный характер — табак понимает предостережение полыни, перец чили и лимская фасоль реагируют на биохимическую эмиссию огурца.

Более того, растения общаются и с животными, например, призывая сигналами SOS насекомых-хищников, которые прилетают «на помощь» и съедают травоядных. Маис, на который напали гусеницы травяной совки, выделяет облако летучих соединений, привлекающее опаснейших ос-паразитов, которые набрасываются на гусениц и откладывают яйца прямо в их телах. Сигналы растений распознают муравьи, моль, колибри и даже черепахи (у Фармера есть труд о сложных взаимоотношениях последних с капустой).

Сам Фармер сегодня считается пионером в области изучения коммуникации между растениями. Осенью 2013 года он обнаружил новые свидетельства практически неизвестного способа передачи информации нашими зелеными братьями — с помощью электрических импульсов. Ученый исследовал, как лист «узнает», что его ест насекомое, и приказывает остальным частям растения выделять химические вещества, которые призваны защитить лист — например, сделать его невкусным или отравить паразита.

Он разместил микроэлектроды на листиках и черешках резуховидки Таля (это растение играет в ботанике ту же роль, что крыса в зоологии) и посадил на них пировать египетскую совку. Через мгновение приборы зарегистрировали скачок электрической активности, пробежавшей от места укуса по стеблю. По мере распространения импульса резуховидка начала накапливать и выделять из пор в воздух жасмоновую кислоту, отпугивающую насекомых.

Выяснилось, что разряд рождается благодаря генам, отвечающим за открытие специальных каналов в клеточных мембранах растения при его раздражении. Каналы, избирательно проницаемые для ионов, создают разницу потенциалов.

Это устрашающе похоже на нервную систему животных — в том числе, людей. Проблема только в том, что у растений просто нет нервных волокон, по которым мог бы проходить электрический разряд.

Тем не менее, эти механизмы у животных и растений эволюционно родственны.

«Очевидно, они происходят от нашего очень далекого общего предка. Вообще здесь множество интересных параллелей. Гораздо больше, чем различий. То, что делают растения, невероятно. Чем больше я работаю над ними, тем больше поражен», — говорит Фармер.

Биологи продолжают спорить о предназначении коммуникационных способностей у растений. В последнее время доминирует трактовка, которая несколько меняет перспективу и может разочаровать сторонников научной фантастики. Увы, скорее всего мы имеем дело не с увлекательной беседой деревьев и трав, а с внутренним монологомобреченного на одиночество вида.

Представить себе, что эволюция настолько расточительна, чтобы растения могли бескорыстно помогать другим видам, практически невозможно.

Исходя из логики естественного отбора, живому организму нет никакого резона тратить энергию, чтобы оповестить об опасности своего конкурента, который никак генетически не связан с ним.

Ботаник Мартин Хейл уверен, что, говоря о контактах растений, стоит различать два разных аспекта. Во-первых, в ходе эволюции они выработали способность выделять специальные вещества в воздух для собственной защиты — обычно не дальше, чем на метр — потому что это эффективнее, чем распространять те же вещества по флоэме, своей «сосудистой системе». Так, ива из эксперимента отчаявшегося первопроходца Роудса окружает себя облаком веществ, реагируя на которые, каждый лист сразу становится невкусным для личинок. Это гораздо быстрее, чем дожидаться, пока вещество растечется по всему стволу и веткам.

Во-вторых, в ходе коэволюции разные виды и даже роды научились подслушивать химические «монологи» друг друга с выгодой для себя. Поэтому обозначенное явление ботаники предлагают называть не коммуникацией, а скорее подслушиванием.

Эти ботанические изыскания напрямую затрагивают интересы простых аграриев, которые теперь могут в разы повысить устойчивость сельскохозяйственных культур к вредителям самым естественным способом.

Например, окультуренная кукуруза потеряла суперспособность своего дикого родича маиса призывать на помощь полчища ос, убивающих паразитов. Но если ген, отвечающий за этот признак, «включить» у кукурузы обратно, отпадет всякая нужда в пестицидах.

Кроме того, по периметру поле могут охранять растения-стражи с высокой чувствительностью и наиболее выраженной оборонной реакций. В случае нападения вредителей они начнут выделять защитные вещества и запустят цепную реакцию на всей плантации.

Источник