Вспышки света показывают, как растения передают сигнал об опасности на большие расстояния

Видео демонстрирует, как голодная гусеница объедает лист и, последним укусом, отделяет его от растения. В течение секунд волна флуоресцентного света распространяется по другим листьям — это сигнал подготовиться к будущим атакам.

Этот свет отслеживает движение кальция по тканям растения, создавая электрический и химический сигнал об угрозе. В серии видеороликов лаборатория профессора ботаники Университета Висконсин-Мэдисон Саймона Гилроя показала, как глутамат — распространённый нейромедиатор у животных — активирует эту волну кальция при повреждении растения. Это лучшее на сегодняшний день визуальное представление скрытых систем коммуникации растений.

Исследование опубликовано 14 сентября в журнале Science. Работу возглавил Масацугу Тойота, бывший постдок в лаборатории Гилроя, а ныне сотрудник Университета Сайтамы в Японии.

"Мы знали, что существует системная сигнальная система: при ранении в одном месте всё растение запускает защитные реакции. Но мы не знали, что лежит в её основе", — говорит Гилрой.

Кальций был одним из кандидатов на роль сигнальной молекулы. Чтобы увидеть его в реальном времени, Тойота создал растения, производящие белок, который флуоресцирует только в присутствии кальция.

В ответ на повреждения гусеницей, ножницами или раздавливанием видеозаписи показывают, как растения "загораются", поскольку кальций распространяется от места ранения к другим листьям. Сигнал двигался со скоростью около одного миллиметра в секунду. Это достаточно быстро для мира растений: за пару минут он достигает удалённых листьев, а в течение нескольких последующих минут уровень защитных гормонов в них резко возрастает.

Предыдущие исследования швейцарского учёного Теда Фармера показали, что защитные электрические сигналы зависят от рецепторов глутамата. Гилрой и Тойота изучили поток кальция у мутантных растений, лишённых этих рецепторов.

"И что же: мутанты, у которых отключена электрическая сигнализация, полностью отключают и кальциевую сигнализацию", — говорит Гилрой.

В то время как нормальные растения ярко "вспыхивают" волнами кальция, мутантные растения демонстрируют лишь слабые локальные вспышки света. Это указывает, что глутамат, высвобождающийся из мест повреждения, запускает распространение кальция по растению.

Исследование связывает воедино давние наблюдения: как растения, часто считающиеся инертными, динамично реагируют на угрозы, подготавливая удалённые ткани к будущим атакам. Глутамат приводит к выбросу кальция, что ведёт к выработке защитных гормонов и изменению биохимии — и всё это без нервной системы.