Растения под анестезией показывают удивительное сходство с человеком
Хищное растение венерина мухоловка может быть обезболено эфиром. Обнаружены удивительные параллели с анестезией у людей.
Анестезия возможна и у растений. Ещё в 1878 году Клод Бернар доказал, что чувствительное к прикосновениям растение Mimosa pudica под действием эфира не реагирует на касание закрытием листьев. Он сделал вывод, что растения и животные должны иметь общую биологическую сущность, которая нарушается анестетиками.
Венерина мухоловка обладает особой системой передачи стимулов
Исследователи растений из Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге (Германия) под руководством профессора Райнера Хедриха изучают венерину мухоловку более десяти лет.
"В отличие от большинства других растений, венерина мухоловка особенно чувствительна к прикосновению. В ответ на такие стимулы запускаются электрические импульсы и передаются чрезвычайно быстро, чтобы поймать добычу", — объясняет Хедрих.
Электрические импульсы (потенциалы действия, APs) мухоловки сравнимы с импульсами нашей нервной системы. Растения не имеют отдельной нервной системы, но передают электрическую информацию в своей проводящей ткани. "В 2016 году мы смогли показать, что венерина мухоловка, как и человек, может не только воспринимать прикосновение, но и считать и запоминать запущенные APs", — говорит профессор.
Меры безопасности и результаты эксперимента
Перед анестезией растения исследователям пришлось преодолеть сложные препятствия для безопасной работы с взрывоопасным эфирным газом, создав взрывозащищённое устройство.
Исследователи из Вюрцбурга выяснили, что венерину мухоловку можно обезболить, подобно человеку, и что она не реагирует на прикосновение в это время. Исследования "памяти" ловушки показали, что она не может "запомнить" касания во время анестезии. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
Механизм действия эфира
"Стало действительно интересно, когда мы обнаружили, что обезболенные ловушки могут локально воспринимать прикосновение, но не могут передавать его", — говорит первый автор статьи доктор Зёнке Шерцер.
Каждое прикосновение к сенсорным волоскам приводит к высвобождению сигнальной молекулы кальция, которая играет решающую роль и в передаче стимулов у человека.
Исследователи JMU смогли сделать кальциевый сигнал видимым с помощью генетически закодированных кальциевых сенсоров. Они обнаружили, что кальциевый сигнал всё ещё вырабатывается в сенсорных волосках обезболенных растений после прикосновения, но больше не покидает этот сенсор. Таким образом, эфир прерывает передачу стимулов.
Роль рецепторов глутамата
Изучив волоски детально, учёные выяснили, что только волоски полностью сформированных ловушек запускают быстрый кальциевый сигнал при прикосновении. Незрелые ловушки такого сигнала не имеют и не могут ловить добычу.
Исследователи обнаружили интересный ген, который встречается исключительно в волосках взрослых ловушек. Этот ген кодирует рецептор глутамата, который, по-видимому, отвечает за быструю передачу стимулов. Подобные рецепторы, воспринимающие нейромедиатор глутамат, есть и у человека, где они участвуют в передаче стимулов в синапсах.
С помощью профессора Манфреда Хекманна, эксперта по животным рецепторам глутамата в JMU, было показано: кальциевые сигналы возникают при внешней стимуляции ловушек глутаматом. Однако этой реакции не происходит ни в обезболенных ловушках, ни в незрелых ловушках без экспрессии рецептора глутамата.
"Таким образом, рецептор глутамата, по-видимому, является вероятной мишенью при эфирной анестезии. Когда этот рецептор блокируется, передача стимулов также останавливается", — заключает Хекманн.
"С помощью этой работы мы показываем, что венерина мухоловка может служить объектом исследования не только для ботаники, но и для медицины. С её помощью можно исследовать механизм действия лекарств без необходимости проведения экспериментов на животных", — отмечает Шерцер.