A növények szem, fül és agy nélkül érzékelik a világot. Ha megértjük, hogyan teszik mindezt, sokat megtudhatunk róluk és akár magunkról is

Forrás – BBC.com
Írta: Josh Gabbatiss

Jack C Schultz szerint a növények „nagyon lassú állatok”.

Nem arról van szó, hogy Schultz ne ismerné a biológia alapjait. Schultz a Columbia városában található Missouri Egyetem (University of Missouri) Növénytudományi Tanszékének oktatója, és négy évtizeden át tanulmányozta a növények és rovarok közötti kölcsönhatásokat. Érti a dolgát.

Kutatásaiban azt próbálta igazolni, hogy a növények – az általános vélekedéssel szemben – nem csupán élettelen tárgyak. A növények területért küzdenek, táplálékot keresnek, elkerülik a ragadozókat és csapdákat állítanak. Éppen annyira élnek, mint bármely állat, és – az állatokhoz hasonlóan – rájuk jellemző viselkedésminták is megfigyelhetők.

„Hogy erről megbizonyosodhassunk, elég felgyorsított filmet (time-lapse) készítenünk egy növény növekedéséről – így már látni fogjuk, hogy ők is az állatokhoz hasonlóan viselkednek” – meséli lelkesen Olivier Hamant, a Lyoni Egyetem (University of Lyon) növénytudósa. Egy time-lapse felvétel a maga pompájában mutatja be a növények „földöntúli” világát, ahogy azt David Attenborough híres dokumentumfilm-sorozatában, Az Életben mindenki láthatja.

A növények mozgásának célja van, ami arról tesz tanúbizonyságot, hogy tisztában vannak vele, mi zajlik körülöttük. „Hogy megfelelően reagáljanak a külvilágból érkező ingerekre, a növényeknek kifinomult, a változó körülményekhez alkalmazkodó „érzékelőberendezésekre” van szükségük.” – mondja Schultz.

Napraforgók

Mit „tudnak” ezek a napraforgók? (Fotó: Igor Stevanovic/Alamy)

“Beethoven szimfóniái nincsenek túl nagy hatással egy növényre, de ha egy éhes hernyó közelít, az más tészta”

A növények érzékelésére irányuló kutatások a 70-es évek óta komoly utat jártak be, az utóbbi években pedig különösen nagy népszerűségnek örvend ez a terület. Ezen írás célja nem egyszerűen annak bizonyítása, hogy „a növényeknek is vannak érzéseik”, sokkal inkább olyan kérdések feltevése, mint pl. hogy miért és hogyan érzékeli a környezetét egy virág.

Heidi Appel és Rex Cocroft Schultz kollégái a Missouri Egyetemen, akik a növények hallását tanulmányozzák.

Hernyó

A hernyók – mint például a képen látható nagy téliaraszoló lepke (Erannis defoliaria) hernyója – megpecsételik a növények leveleinek sorsát (Fotó: H. Lansdown/Alamy)

„A legfőbb eredményünknek azt tartjuk, hogy magyarázatot találtunk arra, miért vannak a hangok hatással a növényekre” – mondja Appel. Beethoven szimfóniái nincsenek túl nagy hatással egy növényre, de ha egy éhes hernyó közelít, az más tészta.

Az általuk végzett kísérletekből Appel és Cocroft azt állapították meg, hogy a csámcsogó hernyók hangjáról készült felvételeket hallva a növények olyan vegyi anyagokat bocsátanak ki a leveleikre, amelyek távol tartják a támadókat. „Kimutattuk, hogy a növények egy ökológiai szempontból fontos hangra egy ökológiai szempontból fontos reakcióval felelnek” – mondja Cocroft.

Nekünk van orrunk és fülünk, de mije van egy növénynek?

A kulcs az ökológiai relevancia. Consuelo De Moraes, a Zürich-ben található Svájci Szövetségi Technológiai Intézet munkatársa és kollégái bebizonyították, hogy néhány növény nem csak hallani képes a közeledő rovarokat, hanem azok szagát is megérzik, sőt akár a szomszédos növények által a rovarok észlelésének hatására kibocsátott illékony jeleket is.

Talán még ennél is bizarrabb, hogy 2006-ban Moraes kimutatta, hogy a közönséges aranka nevű élősködő növény kiszagolja a potenciális gazdanövényeket. Az aranka ezt követően átkígyózik a gazdanövényhez, majd rátekeredik a szerencsétlen kiválasztottra és kinyeri annak tápanyagait.

Aranka

Egy nagyobb arankanövény (Cuscuta europaea) a gazdanövény köré tekeredve (Fotó: Nigel Cattlin/Alamy)

 

A növények érzékszerveinek/érzékelésének megértését nehezíti, hogy nincs nyilvánvaló központjuk a beérkező ingerek feldolgozására. Nem minden esetben van ez így, például a növények „látásáért” felelős fotoreceptorokról több kutatás is készült, de ez a terület is további kutatásokat érdemelne.

Appel és Cocroft azt szeretnék meghatározni, hogy a növények mely része/részei reagálnak a hangokra.

A kutatók olyan ismétlődő mintákat találtak, amelyek arra utalnak, hogy a növények és az állatok között több párhuzam is felfedezhető

A legvalószínűbb talán, hogy a valamennyi növényben megtalálható mechanoreceptor fehérjék felelősek a hangok érzékeléséért. A hanghullámok által generált mikrodeformációk elektromos vagy kémiai jelekké alakulnak a mechanoreceptor fehérjéknek köszönhetően, amikor a hanghullámok elérnek egy tárgyat.

Appel és Cocroft azt próbálják kideríteni, hogy a hibás mechanoreceptorok is érzékelik-e a rovarok hangjait. Úgy tűnik, a növényeknek nincs szükségük olyan ormótlan testrészre, mint a fül.

Az önérzékelés egy másik olyan képesség, amely a növényekre és az emberekre egyaránt jellemző. Ez a „hatodik érzék”, amelynek köszönhetően (némelyikünk) képes vakon gépelni, zsonglőrködni, illetve érzékeli különböző testrészeinek a térhez viszonyított helyzetét.

Mivel olyan érzékről van szó, amely az állatoknál egy adott szervhez sem köthető, hanem inkább az izmokban és az agyban lévő mechanoreceptorok közötti visszacsatolási szabályozásnak tulajdonítható, a növényekkel történő összehasonlítás pontosabb. Bár a molekuláris részletek némiképp eltérnek, a növényeknek is vannak olyan mechanoreceptoraik, amelyek érzékelik a környezet változásait és ennek megfelelően reagálnak.

„Az ötlet végső soron ugyanaz” – mondja Hamant, aki társszerzője volt egy 2016-ban megjelent önérzékelési kutatásról szóló kritikának. „Egyelőre annyit biztosan tudunk, hogy a növényeknél ez a képesség a mikrotubulusokkal (a sejtek szerkezeti összevetői) hozható összefüggésbe.

Zsonglőr

Többek között a zsonglőrködés képessége is az önérzékelésnek köszönhető (Fotó: KAKIMAGE2/Alamy)

Egy 2015-ben megjelent tanulmány még ennél is jelentősebb hasonlóságokról számol be. A tanulmány szerint az aktinnak (amely az izomszövet egyik fő alkotóeleme) is szerepe van a növényi propriocepcióban. „Ez a nézet kevésbé elfogadott” – mondja Hamant, „de vannak arra utaló jelek, hogy a szövetben található aktinrostok is részt vesznek ebben a folyamatban – majdhogynem az izmokhoz hasonlóan.”

Ezek nem egyedülálló eredmények. Ahogy a növényi érzékelés kutatása egyre népszerűbbé vált, a kutatók olyan ismétlődő mintákat találtak, amelyek arra utalnak, hogy a növények és az állatok között több párhuzam is felfedezhető.

Manapság a növénykutatók olyan területeket vizsgálnak, mint a memória, tanulás és problémamegoldás

2014-ben a Lausanne-i Egyetemen (University of Lausanne) egy kutatói csapat bemutatta, hogy amikor egy hernyó megtámad egy lúdfüvet, akkor a növény elektromos hullámokat bocsát ki. Az elektromosság jelenléte a növényekben nem új keletű elképzelés – John Burdon-Sanderson már 1874-ben ezzel magyarázta a Vénusz légycsapója működését –, de ami igazán meglepő, az a glutamátreceptoroknak nevezett molekulák szerepe a folyamatban.

A glutamát a legfontosabb neurotranszmitter az ember központi idegrendszerében, és a növényeknél is pontosan ugyanezt a szerepet tölti be – egy rendkívül fontos különbséggel: a növényeknek nincs központi idegrendszerük!

„A molekuláris biológiának és a genomikának köszönhetően tudjuk, hogy a növények és az állatok meglepően kevés molekuláris „alkotóelemből” állnak, de ezek rendkívül hasonlítanak egymásra” – mondja Fatima Cvrčková, a prágai Károly Egyetem kutatója. Az elektromos kommunikáció két irányban fejlődött, mindkét esetben külön-külön alkotóelemeket használva, a két különböző irány kialakulása pedig feltehetően már az állat- és növényvilág közötti, nagyjából 1,5 milliárd évvel ezelőtti szétválás előtt kezdetét vette.

„Az evolúció során több potenciális kommunikációs mechanizmus alakult ki, és bár számtalan elmélet létezik, a végeredmény mindig ugyanaz” – mondja Chamovitz.

Növény

A lúdfű (Arabidopsis thaliana) elektromos jeleket használ (Fotó: Nigel Cattlin/Alamy)

Az ilyen hasonlóságok, illetve hogy a növények képesek sokkal nagyobb mértékben érzékelni a környezetüket, mint ránézésre gondolnánk, arra engedtek következtetni, hogy a „növényi intelligencia” létezik, sőt még egy új tudományág is épült köré. A növények által használt elektromos jelzések felismerése nagyban hozzájárult a „növényi neurobiológia” (bár a növényeknek nincsenek neuronjai) megszületéséhez, manapság pedig a növénykutatók olyan területeket vizsgálnak, mint a memória, tanulás és problémamegoldás.

Bár nincs szemük, a lúdfűhöz hasonló növények minimum 11 féle fotoreceptorral rendelkeznek, míg mi csak néggyel

Ez a gondolkodásmód vezethetett oda, hogy a svájci törvényhozók olyan irányelveket alakítottak ki, amelyek a „növények méltóságát” hivatottak megvédeni – bármit is jelentsen ez.

„Hogy okosak-e a növények? Szerintem komplexek ” –mondja Chamovitz. „A komplexitást azonban nem szabad összekeverni az intelligenciával” – teszi hozzá.

Bár hasznos lehet a növényeket emberi jelzőkkel illetni, hogy érzékeltessük sokak számára ismeretlen képességeiket, azért vannak határok. Fennáll annak a veszélye, hogy a növényekre „egyszerű állatokként” tekintsünk, pedig abszolút nem erről van szó.

„A növénytudósok előszeretettel beszélnek a növények és állatok életmódja közötti hasonlóságokról és különbségekről, amikor a nagyközönség elé tárják kutatásaik eredményeit” – mondja Cvrčková. Ennek ellenére Cvrčková úgy gondolja, a növények állatokhoz való hasonlítása sokszor problémás lehet.

„Érdemes elkerülni az ilyen metaforák használatát, hacsak nem szeretnénk vitába bonyolódni arról, vajon érez-e a répa fájdalmat, amikor beleharapunk.”

Répa

Nem tudhatjuk, hogy a répa érez-e fájdalmat (Fotó: Chris Howes/Wild Places/Alamy)

A növények pontosan azt csinálják, amit a szükségleteik megkövetelnek. Jóllehet nincs idegrendszerük, agyuk és egyéb komplex szervük, más területeken azonban kiemelkednek.

Jobban hasonlítunk a növényekre, mint hinni szeretnénk

Bár nincs szemük, a lúdfűhöz hasonló növények minimum 11 féle fotoreceptorral rendelkeznek, míg mi csak néggyel. Ez azt jelenti, hogy bizonyos értelemben a növények látása komplexebb, mint az emberé. A növényeknek az emberektől eltérő szükségleteik vannak, amit érzékelőrendszerük is tükröz. Ahogy Chamovitz is írja könyvében: „A fény a növényeknek nem csupán egy jelzés; a fény nekik a táplálékot jelenti”.

Tehát míg a növényeknek hasonló kihívásokkal kell megküzdeniük, mint az állatoknak, érzékszerveik kialakulását azon tényezők is befolyásolják, amelyek megkülönböztetik őket az állatoktól. „Azáltal, hogy a növények nem tudnak mozogni, sokkal fontosabb számukra, hogy megfelelően tudjanak reagálni a környezetükből érkező ingerekre” – mondja Chamovitz.

Gyonyorufa

A növények nyugodtnak és csendesnek tűnhetnek, de ez csak a látszat (Fotó: Cosmo Condina/Alamy)

„Azt szeretnénk elérni, hogy a növényekre mindenki csodálatos, érdekes, egzotikus élőlényekként tekintsen, ne csak táplálékként és bioüzemanyagként” – ért egyet kollégájával Cvrčková. Ebből a hozzáállásból minden terület profitálhat. A genetika és az elektrofiziológia, valamint a transzpozonok felfedezése csupán néhány példa arra, hogy a növények kutatása több területen is fontos szerepet tölt be.

Annak felismerése, hogy az emberek és növények több hasonló vonással is rendelkeznek, segíthet elfogadni, hogy jobban hasonlítunk a növényekre, mint hinni szeretnénk.

Chamovitz szerint a hasonlóságoknak arra kell emlékeztetniük, hogy a növények milyen komplex élőlények. Ha a kutatások során a kutatók figyelembe veszik a növények és emberek, illetve növények és állatok közötti hasonlóságokat és különbségeket, akkor a biológia többi területén is hasznos felfedezésekre számíthatunk.