Растения, используя молекулярные коды, зовут на помощь, отгоняют насекомых и спасают друг друга
Энтомолог Ричард Карбан знает, как заставить полынь говорить. Чтобы начать разговор, он притворяется кузнечиком или жуком – использует ножницы, чтобы срезать листья на одном из кустов. Причём отрезанием листьев целиком куст не обманешь. Поэтому он отрезает много кусочков по краю листа – «множество маленьких укусов».
Через несколько месяцев Карбан, профессор из Калифорнийского университета в Дэйвисе, изучающий защитный обмен сообщениями у растений, возвращается к кусту и изучает его листья, многие из которых повреждены реальными кузнечиками или жуками. Однако, на расстоянии в 50-60 см от отрезанных им веток, листья не пострадали от укусов голодных насекомых. Это происходит оттого, что надрезы Карбана убедили повреждённые листки, что их атакуют, поэтому они отправили в воздух химические сигналы тревоги. Соседние листья перехватили и расшифровали кодовые сообщения, и начали готовить свою защиту против жуков.
Если растения кажутся нам безмолвными, это оттого, что мы не обращаем внимания на их разговоры – мы только начинаем расшифровывать их криптограммы. Растения постоянно испускают в воздух коды, что помогает им защищаться от насекомых и других угроз, а в некоторых случаях служит предупреждением для их соседей. Более того, растения могут отправлять сигналы «SOS», зовя на помощь, и подзывать хищников, питающихся насекомыми.
Растения разговаривают при помощи химических кодов – содержащих углерод молекул, летучих органических веществ (ЛОВ). ЛОВ характерны лёгкостью, с которой они поднимаются в воздух, и довольно разнообразны: только растения производят их более 30 000 видов. Некоторые ЛОВ дают знакомые запахи цветов или растений. Другие испускаются только в ответ на определённое воздействие. Всего через несколько секунд после повреждения растения выпускают летучие лиственные вещества, которые мы тоже можем зафиксировать – к примеру, как запах недавно остриженного газона.
Люди не получают особой информации из ЛОВ. Но волны молекул, производимых растением, передают пакеты зашифрованных сообщений. И, как любые передаваемые сигналы, «листограммы» можно принять, расшифровать, подслушать и даже исказить.
Растения отправляют ЛОВ в ответ на физическое повреждение или на химикаты из слюны, рвоты или жидкости, окружающей яйца насекомых. Укусы насекомых могут активировать гормоны растений, такие, как жасмоновая кислота, этилен или салициловая кислота, увеличивающие активность защитных генов растения. Эти гормоны также могут быть выпущены в виде ЛОВ для предупреждения других листьев и ветвей растения, а также соседей по растительному сообществу. В частности, говорит Карбан, метилжамсонат – летучая форма жасмоновой кислоты – кажется «достаточно мощным». Он также обнаружил, что такое общение оказывается более эффективным для генетически идентичных растений – тех, что растут и одних и тех же родительских кустов. А когда Карбан надевал пластиковые пакеты на обрезанные листья полыни, и завязывал их, чтобы ЛОВ не могли разлететься, ближайшие к ним листья и соседние растения не повышали степень своей защиты.
ЛОВ-сообщения могут предназначаться для самого себя или для родственников, но растения других видов иногда могут их перехватывать. Тревога полыни может вызывать защитную реакцию у помидоров и табака, хотя неизвестно, сколько растений могут взламывать сигналы других видов.
Более того, учёные утверждают, что растения не всегда хотят, чтобы их крики были услышаны. «Не в интересах растения сообщать своему соседу, что его атакуют», — говорит Эмми Троубридж, постдок из Индианского университета в Блумингтоне. Соседние растения конкурируют друг с другом, и предупреждать соседа – значит, помогать ему выжить, в то время, как сам добрый самаритянин может подвергаться нашествию насекомых. Так зачем же растения всё-таки кричат? Частью оттого, что это неизбежно: «химическое оружие», которое растения используют для отпугивания насекомых, неизбежно просочатся в воздух, поскольку они летучие – поэтому другие растения в результате эволюции научились их подслушивать. Как и насекомые-хищники – они настраивают свои приёмники на призыв к ужину. Яблони, которые жуют паутинные клещи, отправляют сообщения, привлекающие других клещей, поедающих атакующих растение насекомых. Когда сидячебрюхие мухи откладывают яйца в сосновые иголки, ЛОВ деревьев привлекают ос-паразитов, убивающих яйца. Табак, который жуют личинки мотыльков, вызывает краснохвостых ос, паразитов, откладывающих яйца внутрь тел гусениц, которых затем съедят изнутри личинки.
И хотя растения и насекомые эволюционировали для того, чтобы обмениваться этими химическими сообщениями, люди только начинают взламывать их код. «Мы не знаем, как воспринимаются эти химические вещества», — говорит Троубридж. Исследователи не понимают, как растения собирают ЛОВ из воздуха и какой должна быть их распознаваемая концентрация. Не знают они и того, поглощаются ли молекулы с поверхности листа, или через поры, устьица. Но они знают, что «слушающие» растения должны не просто получить, но и расшифровать сообщение, чтобы запустить защитную химическую реакцию. «Просто тот факт, что растение может воспринять химическое вещество, ничего не означает», — говорит Троубридж. Если перехваченный сигнал не получится декодировать, он ничем не поможет.
Более того, сообщения могут быть закодированы в комбинации нескольких молекул. «Букет, выпускаемый при надрезании полыни, содержит сотни химикатов, которые можно измерить», — говорит Карбан. Он собирает ЛОВ в пластиковые пакеты, заполненные волокнами, впитывающими химические вещества, и анализирует их в газовом хроматографе. Но, говорит он, что «определить активные ингредиенты очень сложно». Крис Джефри, специалист по органической химии и экологической химии в Невадском университете считает, что для взлома растительной криптографии учёным нужно расшифровывать химию целых экосистем. «Вы обнаруживаете очень сложную смесь молекул, — говорит он, сравнивая это явление с нашим обонянием. – Не такого, чтобы одна молекула вызывала одну реакцию».
Зачем нам заниматься взломом кодов растений? Например, они помогут нам понять, как растения отреагируют на изменения климата. Учёные предупреждают, что эти изменения могут нарушить коммуникации и дестабилизировать экосистемы. Некоторые сигналы будут усиливаться, а другие приглушаться или не будут обнаружены.
«Летучесть зависит от температуры», — говорит Троубридж, поэтому на разогревающейся планете ЛОВ смогут легче оказываться в воздухе. Высокие температуры также могут увеличить активность ферментов, производящих ЛОВ. С другой стороны, растения, пытающиеся выжить в засухе, будут сжимать устьица, чтобы не терять жидкость. Листья с закрытыми устьицами всасывают меньше диоксида углерода, необходимого для производства ЛОВ. С уменьшением общения при помощи ЛОВ растения могут не распознать сигналы тревоги и стать более уязвимыми для насекомых, или полностью им поддаться, рассуждает Троубридж. Но с избытком ЛОВ популяции растений могут начать защищать себя слишком хорошо, и насекомые начнут искать другие источники пищи, уничтожая другие вида растений, что будет менять экосистемы.
Так что, в следующий раз, когда вы будете наслаждаться тишиной сада в одиночестве, помните, что эта тишина иллюзорна. Там раздаётся целый хор криков – если бы вы только могли их услышать.
Автор: SLY_G
