Hoekom het plante senuwee-impulse nodig

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Eeue oue eikebome, welige gras, vars groente - op een of ander manier is ons nie gewoond daaraan om plante as lewende wesens te beskou nie, en tevergeefs. Eksperimente toon dat plante 'n soort komplekse analoog van die senuweestelsel het en, net soos diere, in staat is om besluite te neem, herinneringe te stoor, te kommunikeer en selfs vir mekaar geskenke te gee.

Professor van Oakwood Universiteit Alexander Volkov het gehelp om die elektrofisiologie van plante in meer besonderhede te verstaan.

Joernalis: Ek sou nooit gedink het dat iemand plantelektrofisiologie doen voordat ek op jou artikels afgekom het nie

Alexander Volkov:Jy is nie alleen nie. Die algemene publiek is gewoond daaraan om plante as voedsel- of landskapelemente te sien sonder om eers te besef dat hulle lewendig is. Ek het eenkeer in Helsinki 'n verslag gedoen oor die elektrofisiologie van plante, en toe was my kollegas baie verbaas: "Ek het voorheen 'n ernstige onderwerp hanteer - onmengbare vloeistowwe, maar nou het ek met 'n soort vrugte en groente te doen gehad". Maar dit was nie altyd die geval nie: die eerste boeke oor die elektrofisiologie van plante is in die 18de eeu gepubliseer, en toe het die studie van diere en plante op byna parallelle maniere verloop. Darwin was byvoorbeeld oortuig dat die wortel 'n soort brein is, 'n chemiese rekenaar wat seine van die hele plant verwerk (sien byvoorbeeld "Beweging in Plante"). En toe kom die Eerste Wêreldoorlog en al die hulpbronne is in die studie van die elektrofisiologie van diere gegooi, want mense het nuwe medisyne nodig gehad.

W: Dit lyk logies: laboratoriummuise is steeds baie nader aan mense as viooltjies

A. V:In werklikheid is die verskille tussen plante en diere glad nie so groot nie, en in elektrofisiologie is hulle oor die algemeen minimaal. Plante het 'n byna volledige analoog van 'n neuron - floëem geleidende weefsel. Dit het dieselfde samestelling, grootte en funksie as neurone. Die enigste verskil is dat by diere natrium- en kaliumioonkanale in neurone gebruik word om aksiepotensiale oor te dra, terwyl in plantfloëem, chloried en kaliumioonkanale gebruik word. Dit is die hele verskil in neurofisiologie. Die Duitsers het onlangs chemiese sinapse in plante gevind, ons is elektries, en oor die algemeen het plante dieselfde neuro-oordragstowwe as diere. Dit lyk vir my of dit selfs logies is: as ek die wêreld skep, en ek is 'n lui mens, sou ek alles dieselfde maak sodat alles versoenbaar is.

Hoekom het plante senuwee-impulse nodig?

Ons dink nie daaraan nie, maar plante in hul lewe verwerk selfs meer soorte seine van die eksterne omgewing as mense of enige ander dier. Hulle reageer op lig, hitte, swaartekrag, soutsamestelling van die grond, magnetiese veld, verskeie patogene en verander hul gedrag buigsaam onder die invloed van die inligting wat ontvang word. Byvoorbeeld, in die laboratorium van Stefano Mancuso van die Universiteit van Florence, is eksperimente uitgevoer met twee klimboonlote. Wetenskaplikes het 'n gemeenskaplike ondersteuning tussen die plante gevestig, en die lote het daarheen begin jaag. Maar sodra die eerste plant op die steun geklim het, het dit gelyk of die tweede homself dadelik as verslaan herken en ophou groei in hierdie rigting. Dit het verstaan dat die stryd om hulpbronne betekenisloos is en dat dit beter is om geluk iewers anders te soek.

W: Plante beweeg nie, groei stadig en leef oor die algemeen ongehaas. Dit blyk dat hul senuwee-impulse ook baie stadiger moet voortplant

Alexander Volkov: Dit is 'n dwaling wat lank reeds in die wetenskap bestaan. In die 70's van die XIX eeu het die Britte gemeet dat die aksiepotensiaal van die Venus-vlieëvanger teen 'n spoed van 20 sentimeter per sekonde versprei, maar dit was 'n fout. Hulle was bioloë en het glad nie die tegniek van elektriese metings geken nie: in hul eksperimente het die Britte stadige voltmeters gebruik, wat senuwee-impulse selfs stadiger aangeteken het as wat hulle voortgeplant het, wat heeltemal onaanvaarbaar is. Nou weet ons dat senuwee-impulse teen baie verskillende spoed deur plante kan loop, afhangende van die plek van seinopwekking en die aard daarvan. Die maksimum spoed van voortplanting van aksiepotensiaal in plante is vergelykbaar met dieselfde aanwysers in diere, en die ontspanningstyd na die verloop van die aksiepotensiaal kan wissel van millisekondes tot etlike sekondes.

W: Waarvoor gebruik plante hierdie senuwee-impulse?

A. V: ’n Handboekvoorbeeld is die Venus-vlieëvanger, wat ek reeds genoem het. Hierdie plante leef in gebiede met baie klam grond, wat moeilik is vir lug om binne te dring, en gevolglik is daar min stikstof in hierdie grond. Vlieëvangers kry die gebrek aan hierdie noodsaaklike stof deur insekte en klein paddas te eet, wat hulle met’n elektriese lokval vang – twee kroonblare wat elk drie piëzomeganiese sensors ingebou het. Wanneer 'n insek op enige van die kroonblare sit en aan hierdie reseptore met sy poot raak, word 'n aksiepotensiaal daarin gegenereer. As 'n insek binne 30 sekondes twee keer aan die meganosensor raak, word die lokval binne 'n breukdeel van 'n sekonde toegeslaan. Ons het die werking van hierdie stelsel nagegaan - ons het 'n kunsmatige elektriese sein op die lokval van die Venus-vlieëvanger toegepas, en alles het op dieselfde manier gewerk - die lokval was toe. Toe het ons hierdie eksperimente met mimosa en ander plante herhaal en so het ons gewys dat dit moontlik is om plante te dwing om oop te maak, toe te maak, te beweeg, af te buig - in die algemeen, doen wat jy wil, deur elektriese seine te gebruik. In hierdie geval genereer eksterne opwekkings van 'n ander aard aksiepotensiale in plante, wat kan verskil in amplitude, spoed en duur.

W: Waarop kan plante anders reageer?

A. V: As jy die gras in jou landhuis sny, sal aksiepotensiaal onmiddellik na die wortels van die plante gaan. Die uitdrukking van sommige gene sal op hulle begin, en die sintese van waterstofperoksied word op die snitte geaktiveer, wat plante teen infeksie beskerm. Op dieselfde manier, as jy die rigting van die lig verander, sal die plant vir die eerste 100 sekondes nie op enige manier daarop reageer nie, om die opsie van 'n skaduwee van 'n voël of 'n dier af te sny, en dan elektriese seine sal weer gaan, waarvolgens die aanleg binne sekondes op so 'n manier sal draai dat dit die ligvloed maksimeer vasvang. Alles dieselfde sal gebeur, en wanneer jy kookwater begin drup, en wanneer jy 'n brandende aansteker opbring, en wanneer jy die plant in ys sit - plante reageer op enige stimuli met behulp van elektriese seine wat hul reaksies op veranderde omgewing beheer. voorwaardes.

Plant geheue

Plante weet nie net hoe om op die eksterne omgewing te reageer en blykbaar hul aksies te bereken nie, maar verbind ook 'n paar sosiale verhoudings onder mekaar. Die waarnemings van die Duitse bosbouer Peter Volleben wys byvoorbeeld dat bome 'n soort vriendskap het: vennootbome is met wortels verweef en monitor noukeurig dat hul krone nie inmeng met mekaar se groei nie, terwyl willekeurige bome geen spesiale gevoelens het vir vir hul bure, probeer hulle altyd om vir hulself meer leefruimte te gryp. Terselfdertyd kan vriendskap ook ontstaan tussen bome van verskillende soorte. So, in die eksperimente van dieselfde Mancuso, het wetenskaplikes waargeneem hoe dit, kort voor die dood van Douglas, blyk dat dit 'n nalatenskap nalaat: 'n geel denneboom nie ver daarvandaan nie, het 'n groot hoeveelheid organiese materiaal deur die wortelstelsel gestuur.

W: Het plante geheue?

Alexander Volkov: Plante het almal dieselfde tipe geheue as diere. Ons het byvoorbeeld gewys dat die Venus-vlieëvanger geheue besit: vir die lokval om te werk, moet 10 mikrokoppels elektrisiteit daarheen gestuur word, maar dit blyk dat dit nie in een sessie gedoen hoef te word nie. Jy kan eers twee mikrocoulomb bedien, dan nog vyf, ensovoorts. Wanneer die totaal 10 is, sal dit vir die plant lyk asof 'n insek daarin ingekom het, en dit sal toeklap. Die enigste ding is dat jy nie meer as 40 sekondes pouses tussen sessies kan neem nie, anders sal die teller na nul teruggestel word - jy kry so 'n korttermyngeheue. En die langtermyngeheue van plante is selfs makliker om te sien: een lenteryp het ons byvoorbeeld op 30 April getref, en letterlik oornag het al die blomme aan die vyeboom gevries, en die volgende jaar het dit eers op 1 Mei geblom, omdat dit onthou het wat dit was. geëindig. Heelwat soortgelyke waarnemings is oor die afgelope 50 jaar deur plantfisioloë gemaak.

W: Waar word plantgeheue gestoor?

A. V: Ek het eenkeer by 'n konferensie in die Kanariese Eilande Leon Chua ontmoet, wat op 'n tyd die bestaan van memristors voorspel het - weerstande met die geheue van die verbygaande stroom. Ons het in gesprek geraak: Chua het omtrent niks geweet van ioonkanale en elektrofisiologie van plante nie, ek - van memristors. Gevolglik het hy my gevra om te probeer om memristors in vivo te soek, want volgens sy berekeninge behoort hulle met geheue geassosieer te word, maar tot dusver het niemand hulle in lewende wesens gevind nie. Ons het dit alles gedoen: ons het gewys dat die spanningsafhanklike kaliumkanale van aalwyn, mimosa en dieselfde Venus-vlieëvanger van nature memristors is, en in die volgende werke is memristiewe eienskappe in appels, aartappels, pampoensade en verskillende blomme. Dit is heel moontlik dat die geheue van plante presies aan hierdie memristors gekoppel is, maar dit is nog nie vir seker bekend nie.

W: Plante weet hoe om besluite te neem, het 'n geheue. Die volgende stap is sosiale interaksies. Kan plante met mekaar kommunikeer?

A. V: Jy weet, in Avatar is daar 'n episode waar bome ondergronds met mekaar kommunikeer. Dit is nie 'n fantasie, soos 'n mens sou dink nie, maar 'n gevestigde feit. Toe ek in die USSR gewoon het, het ons gereeld sampioene gaan pluk en almal het geweet dat die sampioen versigtig met 'n mes gesny moet word om nie die miselium te beskadig nie. Nou blyk dit dat die miselium 'n elektriese kabel is waardeur bome beide met mekaar en met sampioene kan kommunikeer. Boonop is daar baie bewyse dat bome nie net elektriese seine langs die miselium uitruil nie, maar ook chemiese verbindings of selfs gevaarlike virusse en bakterieë.

W: Wat kan jy sê oor die mite dat plante menslike spraak verstaan, en daarom moet jy vriendelik en kalm met hulle praat sodat hulle beter groei?

A. V: Dit is net 'n mite, niks anders nie.

W: Kan ons die terme "pyn", "gedagtes", "bewussyn" op plante toepas?

A. V: Ek weet niks hiervan nie. Dit is reeds vrae van filosofie. Verlede somer in St. Petersburg was daar 'n simposium oor seine in plante, en verskeie filosowe van verskillende lande het op een slag daarheen gekom, so hierdie onderwerp begin nou behandel word. Maar ek is gewoond daaraan om te praat oor wat ek eksperimenteel kan toets of bereken.

Plante as sensors

Plante is in staat om hul aksies te koördineer deur vertakte netwerke te gebruik. Die akasia wat in die Afrika-savanne groei, stel dus nie net 'n giftige stof in sy blare vry wanneer kameelperde dit begin eet nie, maar gee ook 'n vlugtige "alarmgas" uit wat 'n noodsein na omliggende plante stuur. As gevolg hiervan, op soek na kos, moet kameelperde nie na die naaste bome beweeg nie, maar gemiddeld 350 meter van hulle wegbeweeg. Vandag droom wetenskaplikes daarvan om sulke netwerke van lewende sensors, wat deur die natuur ontfout is, te gebruik vir omgewingsmonitering en ander take.

W: Het jy al probeer om jou plantelektrofisiologienavorsing in die praktyk te bring?

Alexander Volkov: Ek het patente om aardbewings met plante te voorspel en te registreer. Op die vooraand van aardbewings (in verskillende wêrelddele wissel die tydsinterval van twee tot sewe dae), veroorsaak die beweging van die aardkors kenmerkende elektromagnetiese velde. Op 'n tyd het die Japannese voorgestel om hulle met behulp van reuse-antennas reg te maak - stukke yster van twee kilometer hoog, maar niemand kon sulke antennas bou nie, en dit is nie nodig nie. Plante is so sensitief vir elektromagnetiese velde dat hulle aardbewings beter as enige antenna kan voorspel. Ons het byvoorbeeld aloe vera vir hierdie doeleindes gebruik - ons het silwerchloriedelektrodes aan sy blare gekoppel, elektriese aktiwiteit aangeteken en die data verwerk.

W: Klink absoluut fantasties. Waarom word hierdie stelsel steeds nie in die praktyk geïmplementeer nie?

A. V: Hier was 'n onverwagse probleem. Kyk: kom ons sê jy is die burgemeester van San Francisco en vind uit dat daar oor twee dae 'n aardbewing gaan wees. Wat gaan jy doen? As jy mense hiervan vertel, kan selfs meer mense as gevolg van paniek en drukgang sterf of beseer word as in 'n aardbewing. As gevolg van sulke beperkings kan ek nie eers die resultate van ons werk in die openbare pers bespreek nie. Ek dink in elk geval vroeër of later sal ons 'n verskeidenheid moniteringstelsels hê wat op sensoraanlegte werk. Byvoorbeeld, in een van ons werk het ons getoon dat die gebruik van die analise van elektrofisiologiese seine, dit moontlik is om 'n stelsel te skep vir die onmiddellike diagnose van verskeie siektes van landbouplante.

Meer oor die onderwerp:

Plant verstand

Taal van plante