Идет-грядет зеленый ум
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 университета обнаружил, 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 монологом обреченного 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.
Чем бы растительный язык ни оказался, даже если это прагматичное "подслушивание" одного растения другим, ботаники доказали, что контактировать между собой могут не одни только животные. По словам Яна Болдуина, мы лишь подступаем к пониманию зеленой планеты. Чтобы узнать, на что еще способны растения, мы должны перестать антропоморфизировать их, например, сравнивая растительную "нервную" протосистему с человеческой высшей нервной деятельностью - это заслоняет взгляд и мешает научным прозрениям. Напротив, говорит ботаник, мы должны попробовать думать как деревья и фитоморфизировать самих себя. Только тогда человечество сможет окончательно сорвать покров с тайной жизни растений.
Станислав Наранович
Русская Планета (с)
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 университета обнаружил, 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 монологом обреченного 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.
Чем бы растительный язык ни оказался, даже если это прагматичное "подслушивание" одного растения другим, ботаники доказали, что контактировать между собой могут не одни только животные. По словам Яна Болдуина, мы лишь подступаем к пониманию зеленой планеты. Чтобы узнать, на что еще способны растения, мы должны перестать антропоморфизировать их, например, сравнивая растительную "нервную" протосистему с человеческой высшей нервной деятельностью - это заслоняет взгляд и мешает научным прозрениям. Напротив, говорит ботаник, мы должны попробовать думать как деревья и фитоморфизировать самих себя. Только тогда человечество сможет окончательно сорвать покров с тайной жизни растений.
Станислав Наранович
Русская Планета (с)
