מדוע צמחים זקוקים לדחפים עצביים

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

אלונים בני מאות שנים, דשא שופע, ירקות טריים - איכשהו אנחנו לא רגילים להתייחס לצמחים כיצורים חיים, ולשווא. ניסויים מראים שלצמחים יש סוג של אנלוגי מורכב של מערכת העצבים, ובדיוק כמו חיות, הם מסוגלים לקבל החלטות, לאחסן זיכרונות, לתקשר ואפילו לתת מתנות אחד לשני.

פרופסור מאוניברסיטת אוקווד אלכסנדר וולקוב עזר להבין ביתר פירוט את האלקטרופיזיולוגיה של צמחים.

עיתונאי: לעולם לא הייתי חושב שמישהו עוסק באלקטרופיזיולוגיה של צמחים עד שנתקלתי במאמרים שלך

אלכסנדר וולקוב: אתה לא לבד. הציבור הרחב רגיל לראות בצמחים מרכיבי מזון או נוף מבלי להבין שהם חיים. פעם עשיתי דו"ח בהלסינקי על האלקטרופיזיולוגיה של צמחים, ואז הקולגות שלי הופתעו מאוד: "פעם עסקתי בנושא רציני - נוזלים בלתי ניתנים לטבילה, אבל עכשיו עסקתי בסוג כלשהו של פירות וירקות". אבל זה לא תמיד היה המצב: הספרים הראשונים על האלקטרופיזיולוגיה של הצמחים פורסמו במאה ה-18, ואז חקר בעלי החיים והצמחים התנהל בדרכים כמעט מקבילות. למשל, דרווין היה משוכנע שהשורש הוא מעין מוח, מחשב כימי שמעבד אותות מהצמח כולו (ראה למשל "תנועה בצמחים"). ואז הגיעה מלחמת העולם הראשונה וכל המשאבים הושלכו לחקר האלקטרופיזיולוגיה של בעלי חיים, כי אנשים היו צריכים תרופות חדשות.

W: זה נראה הגיוני: עכברי מעבדה עדיין הרבה יותר קרובים לבני אדם מאשר סיגליות

אָב: במציאות, ההבדלים בין צמחים ובעלי חיים אינם כה עצומים, ובאלקטרופיזיולוגיה הם בדרך כלל מינימליים. לצמחים יש אנלוג כמעט שלם של נוירון - רקמה מוליכת פלואם. יש לו את אותו הרכב, גודל ותפקוד כמו נוירונים. ההבדל היחיד הוא שבבעלי חיים נעשה שימוש בתעלות יוני נתרן ואשלגן בנוירונים להעברת פוטנציאל פעולה, בעוד שבפלואם בצמח נעשה שימוש בתעלות יוני כלוריד ואשלגן. זה כל ההבדל בנוירופיזיולוגיה. הגרמנים מצאו לאחרונה סינפסות כימיות בצמחים, אנחנו חשמליים, ובכלל, לצמחים יש אותם נוירוטרנסמיטורים כמו לבעלי חיים. נראה לי שזה אפילו הגיוני: אם הייתי בורא את העולם, ואני אדם עצלן, הייתי עושה הכל אותו דבר כדי שהכל יהיה תואם.

מדוע צמחים זקוקים לדחפים עצביים?

אנחנו לא חושבים על זה, אבל הצמחים בחייהם מעבדים עוד יותר סוגי אותות מהסביבה החיצונית מאשר בני אדם או כל בעלי חיים אחרים. הם מגיבים לאור, חום, כוח הכבידה, הרכב המלחים של הקרקע, שדה מגנטי, פתוגנים שונים ומשנים בגמישות את התנהגותם בהשפעת המידע המתקבל. לדוגמה, במעבדתו של סטפנו מנקוסו מאוניברסיטת פירנצה, בוצעו ניסויים עם שני יריות שעועית מטפסות. מדענים הקימו תמיכה משותפת בין הצמחים, והזרעים החלו לדהור אליה. אבל ברגע שהצמח הראשון טיפס על התמיכה, נראה שהשני מיד זיהה את עצמו כמובס והפסיק לצמוח בכיוון הזה. זה הבין שהמאבק על משאבים הוא חסר משמעות ועדיף לחפש את האושר במקום אחר.

W: צמחים אינם זזים, גדלים לאט ובדרך כלל חיים ללא חיפזון. נראה שגם הדחפים העצביים שלהם צריכים להתפשט הרבה יותר לאט

אלכסנדר וולקוב: זוהי אשליה שקיימת זמן רב במדע. בשנות ה-70 של המאה ה-19, הבריטים מדדו שפוטנציאל הפעולה של מלכודת הזבובים ונוס מתפשט במהירות של 20 סנטימטרים לשנייה, אך זו הייתה טעות.הם היו ביולוגים ולא הכירו כלל את טכניקת המדידות החשמליות: בניסויים שלהם השתמשו הבריטים במדי מתח איטיים, שתעדו דחפים עצביים אפילו לאט יותר ממה שהם מתפשטים, וזה לחלוטין לא מקובל. כעת אנו יודעים שדחפים עצביים יכולים לעבור דרך צמחים במהירויות שונות מאוד, בהתאם למקום עירור האותות ולטבעו. מהירות ההתפשטות המרבית של פוטנציאל הפעולה בצמחים דומה לאותם אינדיקטורים בבעלי חיים, וזמן ההרפיה לאחר מעבר פוטנציאל הפעולה יכול להשתנות בין אלפיות שניות למספר שניות.

W: לשם מה צמחים משתמשים בדחפים עצביים אלה?

אָב: דוגמה לספר לימוד היא מלכודת ונוס, שכבר הזכרתי. צמחים אלו חיים באזורים עם אדמה לחה מאוד, שקשה לחדור לאוויר, ובהתאם לכך יש מעט חנקן באדמה זו. לוכדי זבובים מקבלים את המחסור בחומר החיוני הזה על ידי אכילת חרקים וצפרדעים קטנות, אותם הם תופסים במלכודת חשמלית - שני עלי כותרת, שבכל אחד מהם מובנים בתוכו שלושה חיישנים פיזומכניים. כאשר חרק יושב על כל אחד מעלי הכותרת ונוגע בקולטנים הללו בכפו, נוצר בהם פוטנציאל פעולה. אם חרק נוגע בחיישן המכנו פעמיים תוך 30 שניות, המלכודת נטרקת תוך שבריר שנייה. בדקנו את פעולת המערכת הזו - הפעלנו אות חשמלי מלאכותי על מלכודת מלכודת הזבובים, והכל עבד באותו אופן - המלכודת נסגרה. אחר כך חזרנו על הניסויים האלה עם מימוזה וצמחים אחרים וכך הראינו שאפשר להכריח צמחים להיפתח, להיסגר, לזוז, להתכופף - באופן כללי, עשה מה שאתה רוצה, באמצעות אותות חשמליים. במקרה זה, עירורים חיצוניים בעלי אופי שונה מייצרים פוטנציאל פעולה בצמחים, שיכולים להיות שונים באמפליטודה, מהירות ומשך הזמן.

W: למה עוד יכולים צמחים להגיב?

אָב: אם אתה חותך את הדשא בבית הכפרי שלך, אז פוטנציאל הפעולה ילך מיד לשורשי הצמחים. ביטוי של גנים מסוימים יתחיל עליהם, וסינתזה של מי חמצן מופעלת על החתכים, מה שמגן על הצמחים מפני זיהום. באותו אופן, אם תשנה את כיוון האור, אז במשך 100 השניות הראשונות הצמח לא יגיב אליו בשום צורה, כדי לנתק את האפשרות של צל מציפור או חיה, ואז אותות חשמליים יעברו שוב, לפיהם המפעל יסתובב תוך שניות בצורה כזו שתצליח ללכוד את שטף האור בצורה מקסימלית. כל אותו הדבר יקרה, וכשתתחיל לטפטף מים רותחים, וכשאתה מעלה מצית בוער, וכשאתה מכניס את הצמח לקרח - צמחים מגיבים לכל גירויים בעזרת אותות חשמליים השולטים בתגובותיהם לשינוי סביבתי. תנאים.

זיכרון צמחי

צמחים לא רק יודעים כיצד להגיב לסביבה החיצונית, וככל הנראה, לחשב את פעולותיהם, אלא גם לקשור ביניהם כמה יחסים חברתיים. לדוגמה, תצפיותיו של היערן הגרמני פיטר וולבן מראות כי לעצים יש סוג של ידידות: עצים שותפים שזורים בשורשים ומפקחים בקפידה על כך שהכתרים שלהם אינם מפריעים זה לצמיחה של זה, בעוד שלעצים אקראיים אין רגשות מיוחדים כלפי לשכנים שלהם, הם תמיד מנסים לתפוס לעצמם יותר מרחב מחיה. יחד עם זאת, חברות יכולה להיווצר גם בין עצים מסוגים שונים. אז, בניסויים של אותו מנקוסו, מדענים הבחינו כיצד, זמן קצר לפני מותו של דאגלס, נראה שהוא משאיר מורשת: עץ אורן צהוב לא רחוק ממנו שלח כמות גדולה של חומר אורגני דרך מערכת השורשים.

W: האם לצמחים יש זיכרון?

אלכסנדר וולקוב: לצמחים יש את אותם סוגי זיכרון כמו לבעלי חיים.לדוגמה, הראינו שלמלכדת זבוב ונוס יש זיכרון: כדי שהמלכודת תעבוד, יש לשלוח אליה 10 צמדי מיקרו של חשמל, אבל מסתבר שזה לא חייב להיעשות בפגישה אחת. אפשר להגיש קודם שני מיקרוקולומבים, אחר כך עוד חמישה וכו'. כשהסך הכל יהיה 10, יראה לצמח שנכנס אליו חרק, והוא ייסגר. הדבר היחיד הוא שאתה לא יכול לעשות הפסקות של יותר מ-40 שניות בין הפגישה למפגש, אחרת המונה יתאפס לאפס - אתה מקבל כזה זיכרון לטווח קצר. ואת הזיכרון לטווח ארוך של צמחים קל עוד יותר לראות: למשל, כפור אביבי אחד היכה בנו ב-30 באפריל, וממש בן לילה קפאו כל הפרחים על עץ התאנה, ובשנה הבאה הוא לא פרח עד ה-1 במאי, כי זה זכר מה זה היה. הסתיים. הרבה תצפיות דומות נעשו על ידי פיזיולוגים של צמחים במהלך 50 השנים האחרונות.

W: היכן מאוחסן זיכרון צמחי?

אָב: פעם פגשתי בכנס באיים הקנריים את ליאון צ'ואה, שחזה בעבר את קיומם של ממריסטורים - התנגדויות עם זיכרון הזרם שעבר. נכנסנו לשיחה: צ'ואה לא ידע כמעט דבר על תעלות יונים ועל אלקטרופיזיולוגיה של צמחים, אני - על ממריסטורים. כתוצאה מכך, הוא ביקש ממני לנסות לחפש ממריסטורים in vivo, כי לפי החישובים שלו, הם צריכים להיות קשורים לזיכרון, אבל עד כה איש לא מצא אותם ביצורים חיים. עשינו הכל: הראינו שתעלות האשלגן התלויות במתח של אלוורה, מימוזה ואותו לוכד זבוב ונוס הם ממריסטורים מטבעם, ובעבודות הבאות נמצאו מאפיינים ממריסטיבים בתפוחים, תפוחי אדמה, זרעי דלעת ועוד. פרחים. בהחלט יתכן שזיכרון הצמחים קשור דווקא לממריסטורים הללו, אבל זה עדיין לא ידוע בוודאות.

W: צמחים יודעים לקבל החלטות, יש להם זיכרון. השלב הבא הוא אינטראקציות חברתיות. האם צמחים יכולים לתקשר זה עם זה?

אָב: אתה יודע, באווטאר יש פרק שבו עצים מתקשרים זה עם זה מתחת לאדמה. זו לא פנטזיה, כפי שניתן לחשוב, אלא עובדה מבוססת. כשגרתי בברית המועצות, הלכנו לא פעם לקטוף פטריות וכולם ידעו שצריך לחתוך את הפטרייה בזהירות בסכין כדי לא לפגוע בתפטיר. כעת מתברר שהתפטיר הוא כבל חשמלי שדרכו עצים יכולים לתקשר גם זה עם זה וגם עם פטריות. יתרה מכך, ישנן עדויות רבות לכך שעצים מחליפים לא רק אותות חשמליים לאורך התפטיר, אלא גם תרכובות כימיות או אפילו וירוסים וחיידקים מסוכנים.

W: מה אתה יכול לומר על המיתוס שצמחים מבינים את הדיבור האנושי, ולכן אתה צריך לדבר איתם בחביבות ובשלווה כדי שיגדלו טוב יותר?

אָב: זה רק מיתוס, שום דבר אחר.

W: האם נוכל ליישם את המונחים "כאב", "מחשבות", "תודעה" על צמחים?

אָב: אני לא יודע כלום על זה. אלו כבר שאלות של פילוסופיה. בקיץ שעבר בסנט פטרסבורג התקיים סימפוזיון על אותות בצמחים, וכמה פילוסופים ממדינות שונות הגיעו לשם בבת אחת, אז עכשיו מתחילים לעסוק בנושא הזה. אבל אני רגיל לדבר על מה שאני יכול לבדוק או לחשב בניסוי.

צמחים כחיישנים

צמחים מסוגלים לתאם את פעולותיהם באמצעות רשתות מסועפות. כך, השיטה הגדלה בסוואנה האפריקאית לא רק משחררת חומר רעיל לעליה כאשר ג'ירפות מתחילות לאכול אותה, אלא גם פולטת "גז אזעקה" נדיף ששולח אות מצוקה לצמחים מסביב. כתוצאה מכך, בחיפוש אחר מזון, ג'ירפות צריכות לעבור לא לעצים הקרובים, אלא להתרחק מהם בממוצע 350 מטרים. כיום מדענים חולמים להשתמש ברשתות כאלה של חיישנים חיים, שפותחו על ידי הטבע, לניטור סביבתי ומשימות אחרות.

W: האם ניסית ליישם את מחקר האלקטרופיזיולוגיה של הצמח שלך בפועל?

אלכסנדר וולקוב: יש לי פטנטים לחיזוי ורישום רעידות אדמה באמצעות צמחים.ערב רעידות אדמה (במקומות שונים בעולם מרווח הזמן משתנה בין יומיים לשבעה ימים), תנועת קרום כדור הארץ גורמת לשדות אלקטרומגנטיים אופייניים. פעם היפנים הציעו לתקן אותם בעזרת אנטנות ענק - חתיכות ברזל בגובה שני קילומטרים, אבל אף אחד לא יכול היה לבנות אנטנות כאלה, וזה לא הכרחי. צמחים כל כך רגישים לשדות אלקטרומגנטיים שהם יכולים לחזות רעידות אדמה טוב יותר מכל אנטנה. לדוגמה, השתמשנו באלוורה למטרות אלו - חיברנו אלקטרודות כסף כלוריד לעלים, תיעדנו פעילות חשמלית ועיבדנו את הנתונים.

W: נשמע פנטסטי לחלוטין. מדוע המערכת הזו עדיין לא מיושמת בפועל?

אָב: הייתה כאן בעיה בלתי צפויה. תראה: נניח שאתה ראש עיריית סן פרנסיסקו ונגלה שתהיה רעידת אדמה בעוד יומיים. מה אתה הולך לעשות? אם תספר על כך לאנשים, אז כתוצאה מפאניקה ומחיקה, אפילו יותר אנשים עלולים למות או להיפצע מאשר ברעידת אדמה. בגלל הגבלות כאלה, אני אפילו לא יכול לדון בפומבי בתוצאות עבודתנו בעיתונות הפתוחה. בכל מקרה, אני חושב שבמוקדם או במאוחר יהיו לנו מגוון מערכות ניטור הפועלות על מפעלי חיישנים. לדוגמה, באחת מהעבודות שלנו, הראינו שבאמצעות ניתוח של אותות אלקטרופיזיולוגיים, ניתן ליצור מערכת לאבחון מיידי של מחלות שונות של צמחים חקלאיים.

עוד בנושא:

מוח צמחי

שפת הצמחים