Pse bimët kanë nevojë për impulse nervore

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Lisat shekullorë, bari i harlisur, perimet e freskëta - disi nuk jemi mësuar t'i konsiderojmë bimët si krijesa të gjalla dhe më kot. Eksperimentet tregojnë se bimët kanë një lloj analoge komplekse të sistemit nervor dhe, ashtu si kafshët, janë në gjendje të marrin vendime, të ruajnë kujtimet, të komunikojnë dhe madje t'i japin dhurata njëri-tjetrit.

Profesori i Universitetit Oakwood Alexander Volkov ndihmoi për të kuptuar më në detaje elektrofiziologjinë e bimëve.

Gazetarja: Nuk do ta kisha menduar kurrë se dikush po bënte elektrofiziologji bimore derisa të ndesha në artikujt tuaj

Alexander Volkov:Ti nuk je vetëm. Publiku i gjerë është mësuar t'i shohë bimët si ushqim ose elemente peizazhi pa e kuptuar fare se ato janë të gjalla. Një herë po bëja një raport në Helsinki për elektrofiziologjinë e bimëve, dhe atëherë kolegët e mi u habitën shumë: "Dikur merresha me një temë serioze - lëngje të papërziershme, por tani merresha me një lloj frutash dhe perimesh". Por nuk ishte gjithmonë kështu: librat e parë mbi elektrofiziologjinë e bimëve u botuan në shekullin e 18-të, dhe më pas studimi i kafshëve dhe bimëve vazhdoi në mënyra pothuajse paralele. Për shembull, Darvini ishte i bindur se rrënja është një lloj truri, një kompjuter kimik që përpunon sinjalet nga e gjithë bima (shih, për shembull, "Lëvizja në bimë"). Dhe pastaj erdhi Lufta e Parë Botërore dhe të gjitha burimet u hodhën në studimin e elektrofiziologjisë së kafshëve, sepse njerëzit kishin nevojë për ilaçe të reja.

W: Duket logjike: minjtë laboratorikë janë ende shumë më afër njerëzve sesa manushaqet

A. V:Në realitet, ndryshimet midis bimëve dhe kafshëve nuk janë aspak aq të mëdha, dhe në elektrofiziologji ato janë përgjithësisht minimale. Bimët kanë një analog pothuajse të plotë të një neuroni - ind përcjellës të gëlbazës. Ka të njëjtën përbërje, madhësi dhe funksion si neuronet. I vetmi ndryshim është se te kafshët, kanalet jonike të natriumit dhe kaliumit përdoren në neurone për të transmetuar potencialet e veprimit, ndërsa në floemën bimore përdoren kanale jonike të klorurit dhe kaliumit. Ky është i gjithë ndryshimi në neurofiziologji. Gjermanët kohët e fundit kanë gjetur sinapse kimike në bimë, ne jemi elektrikë dhe në përgjithësi, bimët kanë të njëjtat neurotransmetues si kafshët. Më duket se kjo është edhe logjike: nëse unë do të krijoja botën, dhe unë jam një person dembel, do të bëja gjithçka njësoj, në mënyrë që gjithçka të jetë e përputhshme.

Pse bimët kanë nevojë për impulse nervore?

Ne nuk mendojmë për këtë, por bimët në jetën e tyre përpunojnë edhe më shumë lloje sinjalesh nga mjedisi i jashtëm sesa njerëzit apo çdo kafshë tjetër. Ata reagojnë ndaj dritës, nxehtësisë, gravitetit, përbërjes së kripës së tokës, fushës magnetike, patogjenëve të ndryshëm dhe ndryshojnë në mënyrë fleksibël sjelljen e tyre nën ndikimin e informacionit të marrë. Për shembull, në laboratorin e Stefano Mancuso të Universitetit të Firences, u kryen eksperimente me dy lastarë fasule ngjitëse. Shkencëtarët krijuan një mbështetje të përbashkët midis bimëve dhe fidanet filluan të garojnë drejt saj. Por sapo bima e parë u ngjit në mbështetje, e dyta menjëherë dukej se e njohu veten si të mundur dhe ndaloi së rrituri në këtë drejtim. Kuptohej që lufta për burime është e pakuptimtë dhe është më mirë të kërkosh lumturinë diku tjetër.

W: Bimët nuk lëvizin, rriten ngadalë dhe përgjithësisht jetojnë pa nxitim. Duket se impulset e tyre nervore gjithashtu duhet të përhapen shumë më ngadalë

Alexander Volkov: Ky është një iluzion që ekziston prej kohësh në shkencë. Në vitet 70 të shekullit XIX, britanikët matën që potenciali i veprimit të kurthit të mizave të Venusit përhapet me një shpejtësi prej 20 centimetra në sekondë, por ky ishte një gabim. Ata ishin biologë dhe nuk e njihnin fare teknikën e matjeve elektrike: në eksperimentet e tyre britanikët përdornin voltmetra të ngadaltë, të cilët regjistronin impulse nervore edhe më të ngadalta sesa përhapeshin, gjë që është krejtësisht e papranueshme. Tani e dimë se impulset nervore mund të kalojnë nëpër bimë me shpejtësi shumë të ndryshme, në varësi të vendit të ngacmimit të sinjalit dhe natyrës së tij. Shpejtësia maksimale e përhapjes së potencialeve të veprimit në bimë është e krahasueshme me të njëjtët tregues te kafshët, dhe koha e relaksimit pas kalimit të potencialit të veprimit mund të ndryshojë nga milisekonda në disa sekonda.

W: Për çfarë i përdorin bimët këto impulse nervore?

A. V: Një shembull i tekstit shkollor është kurthi i mizave të Venusit, të cilin e kam përmendur tashmë. Këto bimë jetojnë në zona me tokë shumë të lagësht, e cila është e vështirë për depërtimin e ajrit dhe, në përputhje me rrethanat, ka pak azot në këtë tokë. Flycatchers e marrin mungesën e kësaj substance thelbësore duke ngrënë insekte dhe bretkosa të vogla, të cilat i kapin me një kurth elektrik - dy petale, secila prej të cilave ka tre sensorë piezomekanikë të integruar në të. Kur një insekt ulet në ndonjë nga petalet dhe prek këta receptorë me putrën e tij, në to krijohet një potencial veprimi. Nëse një insekt prek mekanosensorin dy herë brenda 30 sekondave, atëherë kurthi mbyllet në një pjesë të sekondës. Ne kontrolluam funksionimin e këtij sistemi - aplikuam një sinjal elektrik artificial në kurthin e mizave të Venusit dhe gjithçka funksionoi në të njëjtën mënyrë - kurthi u mbyll. Pastaj i përsëritëm këto eksperimente me mimozën dhe bimët e tjera dhe kështu treguam se është e mundur të detyrosh bimët të hapen, mbyllen, lëvizin, përkulen - në përgjithësi, bëni çfarë të doni, duke përdorur sinjale elektrike. Në këtë rast, ngacmimet e jashtme të një natyre të ndryshme gjenerojnë potenciale veprimi në bimë, të cilat mund të ndryshojnë në amplitudë, shpejtësi dhe kohëzgjatje.

W: Çfarë tjetër mund të reagojnë bimët?

A. V: Nëse prisni barin në shtëpinë tuaj të vendit, atëherë potencialet e veprimit do të shkojnë menjëherë në rrënjët e bimëve. Mbi to do të fillojë shprehja e disa gjeneve dhe në prerje aktivizohet sinteza e peroksidit të hidrogjenit, e cila mbron bimët nga infeksioni. Në të njëjtën mënyrë, nëse ndryshoni drejtimin e dritës, atëherë për 100 sekondat e para bima nuk do të reagojë ndaj saj në asnjë mënyrë, në mënyrë që të ndërpresë opsionin e një hije nga një zog ose një kafshë, dhe më pas sinjalet elektrike do të shkojnë përsëri, sipas të cilave impianti do të kthehet në sekonda në mënyrë të tillë që të maksimizojë kapjen e fluksit të dritës. E njëjta gjë do të ndodhë, dhe kur filloni të pikoni ujë të valë, dhe kur nxirrni një çakmak që digjet dhe kur e vendosni bimën në akull - bimët reagojnë ndaj çdo stimulli me ndihmën e sinjaleve elektrike që kontrollojnë përgjigjet e tyre ndaj mjedisit të ndryshuar. kushtet.

Kujtesa e bimëve

Bimët jo vetëm që dinë të reagojnë ndaj mjedisit të jashtëm dhe, me sa duket, llogaritin veprimet e tyre, por edhe lidhin disa marrëdhënie shoqërore midis tyre. Për shembull, vëzhgimet e pylltarit gjerman Peter Volleben tregojnë se pemët kanë një lloj miqësie: pemët partnere janë të ndërthurura me rrënjë dhe monitorojnë me kujdes që kurora e tyre të mos ndërhyjë në rritjen e njëri-tjetrit, ndërsa pemët e rastësishme nuk kanë ndonjë ndjenjë të veçantë për. për fqinjët e tyre, ata gjithmonë përpiqen të rrëmbejnë për vete më shumë hapësirë jetese. Në të njëjtën kohë, miqësia mund të lindë edhe midis pemëve të llojeve të ndryshme. Pra, në eksperimentet e të njëjtit Mancuso, shkencëtarët vëzhguan se si, pak para vdekjes së Douglas, duket se ajo lë një trashëgimi: një pemë pishe e verdhë jo shumë larg saj dërgoi një sasi të madhe të lëndës organike përmes sistemit rrënjor.

W: A kanë bimët kujtesë?

Alexander Volkov: Bimët kanë të njëjtat lloje të kujtesës si kafshët. Për shembull, ne kemi treguar se kurthi i mizave të Venusit ka memorie: që kurthi të funksionojë, duhet t'i dërgohen 10 mikroçifte elektriciteti, por rezulton se kjo nuk duhet të bëhet në një seancë. Fillimisht mund të servirni dy mikrokulonë, pastaj pesë të tjera, e kështu me radhë. Kur totali të jetë 10, bimës do t'i duket se një insekt ka hyrë në të dhe ajo do të mbyllet. E vetmja gjë është që nuk mund të bëni pushime prej më shumë se 40 sekondash midis seancave, përndryshe numëruesi do të rivendoset në zero - ju merrni një memorie kaq afatshkurtër. Dhe kujtesa afatgjatë e bimëve është edhe më e lehtë për t'u parë: për shembull, një ngricë pranverore na goditi më 30 prill, dhe fjalë për fjalë brenda natës të gjitha lulet ngrinë në pemën e fikut, dhe vitin tjetër nuk lulëzoi deri më 1 maj, sepse kujtonte se çfarë ishte.përfundoi. Shumë vëzhgime të ngjashme janë bërë nga fiziologët e bimëve gjatë 50 viteve të fundit.

W: Ku ruhet memoria e bimëve?

A. V: Një herë u takova në një konferencë në Ishujt Kanarie Leon Chua, i cili në një kohë parashikoi ekzistencën e memristorëve - rezistenca me kujtesën e rrymës së kaluar. Ne hymë në një bisedë: Chua nuk dinte pothuajse asgjë për kanalet jonike dhe elektrofiziologjinë e bimëve, unë - për memristorët. Si rezultat, ai më kërkoi të përpiqesha të kërkoja memristors in vivo, sepse sipas llogaritjeve të tij, ata duhet të lidhen me kujtesën, por deri më tani askush nuk i ka gjetur tek qeniet e gjalla. Ne i bëmë të gjitha: treguam se kanalet e kaliumit të varur nga voltazhi i aloe verës, mimozës dhe i njëjti mizak i Venusit janë memristorë nga natyra, dhe në punimet e mëposhtme, vetitë memristive u gjetën në mollë, patate, fara kungulli etj. lulet. Është mjaft e mundur që kujtesa e bimëve të jetë e lidhur pikërisht me këta memristorë, por ende nuk dihet me siguri.

W: Bimët dinë të marrin vendime, kanë kujtesë. Hapi tjetër janë ndërveprimet sociale. A mund të komunikojnë bimët me njëra-tjetrën?

A. V: E dini, në Avatar ka një episod ku pemët komunikojnë me njëri-tjetrin nën tokë. Kjo nuk është një fantazi, siç mund të mendohet, por një fakt i vërtetuar. Kur jetoja në BRSS, shkonim shpesh për të mbledhur kërpudha dhe të gjithë e dinin që kërpudha duhet të pritej me kujdes me thikë në mënyrë që të mos dëmtohej miceli. Tani rezulton se miceli është një kabllo elektrike përmes së cilës pemët mund të komunikojnë si me njëri-tjetrin ashtu edhe me kërpudhat. Për më tepër, ka shumë prova që pemët shkëmbejnë jo vetëm sinjale elektrike përgjatë miceli, por edhe komponime kimike apo edhe viruse dhe baktere të rrezikshme.

W: Çfarë mund të thoni për mitin se bimët e kuptojnë fjalimin e njeriut, dhe për këtë arsye ju duhet të flisni me ta me dashamirësi dhe qetësi në mënyrë që të rriten më mirë?

A. V: Ky është thjesht një mit, asgjë tjetër.

W: A mund t'i zbatojmë termat "dhimbje", "mendime", "vetëdije" për bimët?

A. V: Unë nuk di asgjë për këtë. Këto janë tashmë pyetje të filozofisë. Verën e kaluar në Shën Petersburg u mbajt një simpozium për sinjalet në bimë dhe aty erdhën njëherësh disa filozofë nga vende të ndryshme, kështu që tani ka filluar të trajtohet kjo temë. Por jam mësuar të flas për atë që mund të testoj apo llogarit në mënyrë eksperimentale.

Bimët si sensorë

Bimët janë në gjendje të koordinojnë veprimet e tyre duke përdorur rrjete të degëzuara. Kështu, akacia që rritet në savanën afrikane jo vetëm që lëshon një substancë toksike në gjethet e saj kur gjirafat fillojnë ta hanë atë, por gjithashtu lëshon një "gaz alarmi" të paqëndrueshëm që dërgon një sinjal shqetësimi për bimët përreth. Si rezultat, në kërkim të ushqimit, gjirafat duhet të lëvizin jo te pemët më të afërta, por të largohen prej tyre mesatarisht 350 metra. Sot shkencëtarët ëndërrojnë të përdorin rrjete të tilla sensorësh të gjallë, të debuguar nga natyra, për monitorimin e mjedisit dhe detyra të tjera.

W: A jeni përpjekur të vini në praktikë kërkimin tuaj të elektrofiziologjisë së bimëve?

Alexander Volkov: Unë kam patenta për parashikimin dhe regjistrimin e tërmeteve duke përdorur bimë. Në prag të tërmeteve (në pjesë të ndryshme të botës, intervali kohor varion nga dy deri në shtatë ditë), lëvizja e kores së tokës shkakton fusha karakteristike elektromagnetike. Në një kohë, japonezët propozuan t'i rregullonin ato me ndihmën e antenave gjigante - copa hekuri dy kilometra të larta, por askush nuk mund të ndërtonte antena të tilla, dhe kjo nuk është e nevojshme. Bimët janë aq të ndjeshme ndaj fushave elektromagnetike saqë mund të parashikojnë tërmetet më mirë se çdo antenë. Për shembull, ne përdorëm aloe vera për këto qëllime - lidhëm elektroda të klorurit të argjendit me gjethet e saj, regjistruam aktivitetin elektrik dhe përpunuam të dhënat.

W: Tingëllon absolutisht fantastike. Pse ky sistem ende nuk është zbatuar në praktikë?

A. V: Kishte një problem të papritur këtu. Shikoni: le të themi se jeni kryebashkiaku i San Franciskos dhe zbuloni se do të ketë një tërmet pas dy ditësh. Çfarë do të bësh? Nëse u tregoni njerëzve për këtë, atëherë si rezultat i panikut dhe shtypjes, edhe më shumë njerëz mund të vdesin ose lëndohen sesa në një tërmet. Për shkak të kufizimeve të tilla, unë nuk mund të diskutoj publikisht rezultatet e punës sonë në shtypin e hapur. Në çdo rast, mendoj se herët a vonë do të kemi një sërë sistemesh monitorimi që funksionojnë në impiantet sensore. Për shembull, në një nga punimet tona, ne kemi treguar se duke përdorur analizën e sinjaleve elektrofiziologjike, është e mundur të krijohet një sistem për diagnostikimin e menjëhershëm të sëmundjeve të ndryshme të bimëve bujqësore.

Më shumë për temën:

Mbill mendjen

Gjuha e bimëve