Nawet bez nerwów rośliny potrafią wyczuć, kiedy coś ich dotyka i kiedy puszcza, jak wykazały badania prowadzone przez Washington State University.
W serii eksperymentów poszczególne komórki roślinne reagowały na dotyk bardzo cienkiego szklanego pręta, wysyłając powolne fale sygnałów wapniowych do innych komórek roślinnych, a kiedy to ciśnienie zostało zwolnione, wysyłały znacznie szybsze fale. Podczas gdy naukowcy wiedzieli, że rośliny mogą reagować na dotyk, to badanie pokazuje, że komórki roślinne wysyłają różne sygnały, gdy dotyk jest inicjowany i kończony.
„To dość zaskakujące, jak bardzo wrażliwe są komórki roślinne – potrafią rozróżnić, kiedy coś ich dotyka. Wyczuwają nacisk, a kiedy jest zwolniony, wyczuwają spadek ciśnienia” – powiedział Michael Knoblauch, profesor nauk biologicznych WSU. i główny autor badania w czasopiśmie Nature Plants. „To zaskakujące, że rośliny mogą to robić w zupełnie inny sposób niż zwierzęta, bez komórek nerwowych i na naprawdę dobrym poziomie”.
Knoblauch i jego współpracownicy przeprowadzili zestaw 84 eksperymentów na 12 roślinach przy użyciu rzeżuchy i tytoniu, które zostały specjalnie wyhodowane w celu uwzględnienia czujników wapnia, stosunkowo nowej technologii. Po umieszczeniu kawałków tych roślin pod mikroskopem, delikatnie dotknęli poszczególnych komórek roślinnych za pomocą mikro-wspornika, zasadniczo maleńkiego szklanego pręta wielkości ludzkiego włosa. Widzieli wiele złożonych reakcji zależnych od siły i czasu trwania dotyku, ale różnica między dotykiem a jego usunięciem była wyraźna.
W ciągu 30 sekund od dotknięcia komórki naukowcy zaobserwowali powolne fale jonów wapnia, zwane wapniem cytozolowym, przemieszczające się z tej komórki przez sąsiednie komórki roślinne, trwające około trzech do pięciu minut. Usunięcie dotyku pokazało niemal natychmiastowy zestaw szybszych fal, które rozproszyły się w ciągu minuty.
Autorzy uważają, że fale te są prawdopodobnie spowodowane zmianą ciśnienia wewnątrz komórki. W przeciwieństwie do komórek zwierzęcych z przepuszczalnymi błonami, komórki roślinne mają również mocne ściany komórkowe, których nie można łatwo przebić, więc lekki dotyk tymczasowo zwiększy ciśnienie w komórce roślinnej.
Naukowcy przetestowali teorię ciśnienia mechanicznie, umieszczając maleńką szklaną sondę ciśnieniową kapilarną w komórce roślinnej. Zwiększanie i zmniejszanie ciśnienia wewnątrz komórki powodowało podobne fale wapniowe wywoływane przez rozpoczęcie i zakończenie dotyku.
„Ludzie i zwierzęta wyczuwają dotyk poprzez komórki czuciowe. Wydaje się, że mechanizm u roślin polega na zwiększaniu lub zmniejszaniu wewnętrznego ciśnienia w komórkach” – powiedział Knoblauch. „I nie ma znaczenia, która to komórka. My, ludzie, możemy potrzebować komórek nerwowych, ale w roślinach każda komórka na powierzchni może to zrobić”.
Wcześniejsze badania wykazały, że kiedy szkodnik, taki jak gąsienica, gryzie liść rośliny, może zainicjować reakcje obronne rośliny, takie jak uwolnienie substancji chemicznych, które sprawiają, że liście są mniej smaczne, a nawet toksyczne dla szkodnika. Wcześniejsze badanie wykazało również, że szczotkowanie rośliny wyzwala fale wapniowe, które aktywują różne geny.
Obecne badanie było w stanie rozróżnić fale wapniowe między dotykiem a puszczaniem, ale jak dokładnie geny rośliny reagują na te sygnały, dopiero się okaże. Dzięki nowym technologiom, takim jak czujniki wapnia użyte w tym badaniu, naukowcy mogą zacząć rozwiązywać tę tajemnicę, powiedział Knoblauch.
„W przyszłych badaniach musimy wyzwolić sygnał w inny sposób niż wcześniej, aby wiedzieć, jaki sygnał, jeśli zostanie dotknięty lub puszczony, wyzwala dalsze zdarzenia” – powiedział.
Badanie to było wspierane przez granty z National Science Foundation. W skład międzynarodowego zespołu weszli badacze z Duńskiego Uniwersytetu Technicznego; Ludwig Maximilian Universitaet München i Westfaelische Wilhelms-Universitaet Muenster w Niemczech; i University of Wisconsin-Madison, a także WSU.