Тайны общения растений: Как растения предупреждают друг друга о надвигающейся опасности

Давно известно, что растения общаются друг с другом с помощью сложной сети подземных грибных связей. Но теперь ученые обнаружили еще один интересный способ общения между растениями - воздушный. В новаторском исследовании, проведенном под руководством профессора Масацугу Тойота из Университета Сайтама (Япония), ученые визуализировали коммуникацию между растениями с помощью соединений, передающихся по воздуху, и пролили свет на специфические сигналы и клеточные реакции, активизирующие защитные механизмы растений от угроз.

Когда растения повреждаются насекомыми или механическими воздействиями, они выделяют в атмосферу летучие органические соединения (ЛОС). Эти ЛОС служат сигналом опасности для соседних растений, вызывая защитные реакции против потенциальной угрозы. Впервые этот феномен воздушной коммуникации между растениями посредством ЛОС был зафиксирован в 1983 г. и с тех пор наблюдается более чем у 30 видов растений. Однако молекулярные механизмы, лежащие в основе восприятия ЛОС и индукции защиты, до сих пор остаются загадкой.

В недавнем исследовании профессор Тойота и его сотрудники использовали инновационные методы для визуализации общения растений с ЛОС в режиме реального времени. Они обнаружили, как эти ЛОС воспринимаются растениями, что приводит к активации кальций-зависимых защитных реакций против будущих угроз.

Исследователи сконструировали оборудование для перекачки летучих органических соединений, выделяемых гусеницами, на неповрежденные соседние растения. Комбинируя эту установку с системой флуоресцентной визуализации в реальном времени в диком поле, они смогли наблюдать всплески распространения флуоресценции в растениях Arabidopsis thaliana после воздействия летучих органических соединений из поврежденных насекомыми растений. Изменения внутриклеточной концентрации кальция, играющего важнейшую роль в защитных реакциях, отслеживались по изменениям флуоресценции.

Чтобы лучше понять, какие именно ЛОС участвуют в этом коммуникационном процессе, команда Тойоты исследовала различные ЛОС, которые, как известно, вызывают защитные реакции у растений. Они обнаружили, что два ЛОС, (Z)-3-гексенал (Z-3-HAL) и (E)-2-гексенал (E-2-HAL), являющиеся шестиуглеродными альдегидами, отвечают за индуцирование кальциевых сигналов у Arabidopsis. Эти соединения, известные как летучие вещества зеленых листьев (ЛВЛ), представляют собой химические вещества с травянистым запахом, выделяемые растениями при их механическом или травоядном повреждении.

- Д-р Кенджи Мацуи: "Это исследование позволяет понять механизмы, лежащие в основе защитных реакций растений, и может иметь важные последствия для сельского хозяйства. Понимание того, как растения передают информацию и активируют защитные механизмы, может позволить нам разработать более эффективные стратегии борьбы с вредителями и защиты сельскохозяйственных культур".

Обнаружение связи между растениями с помощью соединений, находящихся в воздухе, открывает совершенно новую сферу понимания в области биологии растений. Оно подчеркивает сложную и взаимосвязанную природу растительных сообществ и их способность коллективно реагировать на угрозы.

Доктор Кенджи Мацуи из Университета Ямагучи, сотрудничавший с ним, подчеркивает важность полученных результатов: "Это исследование позволяет понять механизмы, лежащие в основе защитных реакций растений, и может иметь важные последствия для сельского хозяйства. Понимание того, как растения передают информацию и активируют защитные механизмы, может позволить нам разработать более эффективные стратегии борьбы с вредителями и защиты сельскохозяйственных культур".

- Профессор Масацугу Тойота (Masatsugu Toyota): "Мы создали оборудование для перекачки летучих органических соединений, выделяемых растениями, питающимися гусеницами, на неповрежденные соседние растения, и объединили его с системой флуоресцентной визуализации в режиме реального времени в диком поле. Эта инновационная установка позволила визуализировать всплески распространения флуоресценции в растении горчицы Arabidopsis thaliana после воздействия летучих органических соединений, выделяемых поврежденными насекомыми растениями".