Как растения слышат, чувствуют и общаются друг с другом

Разговаривать с растениями — занятие, за которое неловко признаваться. Но исследования последних лет показывают, что растения и правда реагируют на звук, различают запахи соседей, чувствуют прикосновение и даже «видят» свет с точностью, недоступной человеческому глазу. Они не просто растут — они воспринимают среду и отвечают на неё.

Как растения реагируют на звук

Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) — небольшое сорное растение, которое биологи любят за простоту выращивания в лаборатории. Именно на ней удалось зафиксировать любопытный эффект: когда рядом жевала гусеница, растение начинало накапливать в листьях горчичные гликозинолаты — соединения, которые при расщеплении превращаются в токсичные вещества. Гусеница, съев такой лист, получала дозу яда. Показательно, что растение реагировало именно на звук жевания, а не на само повреждение: в эксперименте Хайди Эппл и её коллег из Университета Миссури имитация этого звука через динамик давала тот же эффект.

Параллельно исследователи изучали реакцию кукурузы на звуковые колебания. Выяснилось, что корни молодых растений тянутся в сторону источника звука с частотой около 220 Гц — примерно нота ля первой октавы. Сами корни при этом тоже излучают акустические сигналы в том же диапазоне. Механизм восприятия до сих пор не расшифрован: у растений нет ничего похожего на ухо, но колебания они улавливают.

Запах как язык предупреждения

В 1980-х годах экологи заметили странное: деревья ивы и клёна, стоящие рядом с повреждёнными насекомыми особями, начинали вырабатывать защитные соединения в листьях — хотя сами ещё не подверглись нападению. Объяснение нашли позже: атакованные деревья выделяют летучие органические соединения — в частности, метилжасмонат и зелёные листовые спирты. Эти молекулы диффундируют через устьица соседних растений и запускают в них цепочку защитных реакций.

Растение-паразит повилика (Cuscuta) идёт дальше. Оно не имеет корней и не фотосинтезирует — питается исключительно за счёт хозяев, присасываясь к их стеблям. Прежде чем прикрепиться, повилика «обнюхивает» окружение: эксперименты показали, что она целенаправленно движется к запаху томата, а не пшеницы, даже когда оба растения находятся на одном расстоянии. Более того — она выбирает здоровые растения, обходя ослабленные.

Зрение: не глаза, но свет

У растений нет глаз, но есть фоторецепторы — белки, реагирующие на разные длины световых волн. Фитохромы различают красный и дальний красный свет, криптохромы — синий и ультрафиолетовый. Это позволяет растению определять время суток, направление источника света и даже то, насколько плотно его затеняют соседи: под пологом леса соотношение красного и дальнего красного смещается, и растение «понимает», что находится в тени конкурента.

Одноклеточная цианобактерия Synechocystis обходится без всяких специализированных структур: её клетка целиком работает как линза, фокусируя свет на противоположной стороне мембраны — там, где сосредоточены светочувствительные белки. Принцип тот же, что у глаза с одной фоторецепторной точкой.

Отдельная история — лиана Boquila trifoliata из чилийских лесов. Она меняет форму, размер и цвет своих листьев в зависимости от того, к какому дереву-хозяину прикрепляется, имитируя его листву с заметной точностью. Как именно она это делает — до сих пор предмет споров. Среди версий — летучие химические сигналы от хозяина и даже горизонтальный перенос генов.

Осязание

Мимоза стыдливая (Mimosa pudica) складывает листья в течение секунды после прикосновения. Это не просто механическая реакция: растение запоминает повторяющиеся раздражители. В экспериментах Моники Гальяно мимозу роняли с небольшой высоты снова и снова — и через несколько повторений она переставала реагировать, «поняв», что опасности нет. Когда спустя месяц эксперимент повторили, растение по-прежнему не реагировало на знакомое падение.

Венерина мухоловка (Dionaea muscipula) закрывает ловушку менее чем за 100 миллисекунд — быстрее, чем успевает среагировать человеческий глаз. Механизм требует двух касаний чувствительных волосков с интервалом не более 20 секунд: одного касания недостаточно, чтобы ловушка сработала. Это защита от ложных срабатываний — от капель дождя или упавшей веточки. Электрический импульс от первого касания «запоминается» клетками листа, и только второй сигнал даёт команду захлопнуться. Подробнее о хищных растениях — в статье растения, которые едят насекомых на LifeGlobe.

Корни многих деревьев и культурных растений выделяют в почву летучие соединения и электрические сигналы, которые улавливают соседние особи. В присутствии повреждённого дерева здоровые растения рядом начинают синтезировать репелленты раньше, чем насекомые до них доберутся.

Вкус — через листья

Когда атакованное растение выбрасывает в воздух летучие молекулы — метилжасмонат, этилен, терпены — соседние растения поглощают их через устьица. Внутри клетки эти молекулы растворяются в воде и связываются с рецепторными белками, запуская синтез защитных ферментов. По сути это химическое восприятие, работающее по той же логике, что и вкус у животных: молекула — рецептор — ответная реакция.

Разница в том, что у растений нет центральной нервной системы, которая обрабатывала бы все эти сигналы в одном месте. Каждая клетка реагирует локально. И всё равно реакция оказывается скоординированной — лист за листом, ветка за веткой.