Сетевой мир растений
Большинство наземных растений связаны под землей с соседними растениями тонкими грибковыми нитями. В этой сети идет оживленная торговля питательными веществами. Результаты исследований показывают, что растения также общаются через сеть грибов, и отдельные ученые уже проводят параллели с нейронными сетями.
Вы слышите шепот деревьев? Лес особенно вдохновляет воображение рассказчиков. Однако реальность далека от их рассказов. Или все же нет? По крайней мере, ученые находят все больше доказательств того, что деревья и растения в целом постоянно общаются друг с другом. Некоторые растения используют запахи, чтобы предупредить друг друга о вредителях, другие выделяют вещества-посредники через свои корни, и почти все обмениваются питательными веществами через огромную подземную сеть грибков. В частности, в лесу за этой сетью, состоящей из тончайших грибковых нитей, уже закрепилось название «Wood Wide Web». Размеры впечатляют: один гриб может распространиться на площади в несколько соток и соединить многочисленные деревья и другие растения. На одном гектаре лесной подстилки находится до шести тонн грибковых нитей, которые вместе могут достигать невероятной длины - более 100 миллиардов метров. Так что есть нити под квадратный сантиметр, которые в сумме составляют длину более 1000 метров. Однако прохожий в лесу обычно видит только надземные плодовые тела этой гигантской сети грибов - те знакомые части, которые иногда также пригодны для употребления в пищу.
Тонкие нити грибов, гифы, вплетаются в кончики корней растений и объединяются, образуя так называемую микоризу. Это слово также является слиянием двух греческих слов, обозначающих гриб (mykes) и корень (rhíza). Микориза - это обычно так называемый мутуализм - особая форма межвидового сотрудничества, от которой выигрывают оба партнера, но при которой они живут в значительной степени отдельно друг от друга. В случае микоризы происходит обмен двух питательных веществ: грибы получают легкоусвояемые сахара, которые растения производят в результате фотосинтеза. Грибы зависят от этого, потому что у них нет необходимых ферментов для расщепления сложных запасных молекул углеводов. Взамен растения получают фосфор и азот, которые грибы могут эффективно извлекать из почвы. Кроме того, грибок защищает чувствительный кончик корня от вредителей, например: Это делает слияние беспроигрышной ситуацией. Микориза известна уже много десятилетий - и широко распространена: по оценкам исследователей, до 90 процентов всех наземных растений живут в симбиозе с такими грибами или, по крайней мере, отвечают требованиям для этого. Вступление в это партнерство в конечном итоге также зависит от ситуации: растения в неблагоприятных условиях окружающей среды склонны к сотрудничеству больше, чем те, о которых хорошо заботятся.
Готовьтесь к плохим временам
Ботаник Родика Пенья из Геттингенского университета им. а также без микоризных грибов, как при Симбиозе. Однако при недостатке воды грибы помогают корням особенно эффективно передавать азот. И если растение почти не получает света, грибы помогают ему поддерживать запас сахара. Таким образом, растение как бы подстраховывается в хорошие времена, терпя грибы, не требуя ничего взамен. Это окупается, когда времена становятся трудными.
Ученым также удалось продемонстрировать, что не один вид грибов играет роль в этой системе: «В прошлом все грибы часто смешивали вместе. Мы смогли показать, что разные виды грибов создают различные вклады», - говорит Пенья. Для этого исследователи культивировали свои тестовые растения с различными типами грибов и обнаружили значительные различия в их функциях и эффективности. Поэтому, по мнению Пена, только высокий уровень разнообразия грибов может обеспечить поступление питательных веществ даже в изменчивых условиях окружающей среды. Однако исследователь указывает, что мы просто еще недостаточно знаем о симбиозе. Например, в этом партнерстве участвует третий игрок: бактерии. «Очевидно, что некоторые бактериальные культуры связаны с определенными типами грибов», - говорит Пенья. Таким образом, различные функции грибов могут быть напрямую связаны с бактериями - по крайней мере, Пенья уверен, что они играют важную роль.
Заботливые деревья
Но интенсивно взаимодействуют не только грибы и растения, но и соседние растения. Исследовательская группа под руководством Сюзанны Симард, профессора лесной экологии в Университете Британской Колумбии, на рубеже тысячелетий показала, что большие старые деревья, так называемые материнские деревья, снабжают молодые побеги углеродом через грибковую сеть. Интересно, что такое поведение имело место даже между разными породами деревьев. В дальнейших исследованиях Симард и его коллеги смогли показать, что эта стратегия снабжения молодых деревьев является элементарной для их развития и выживания.
Отдавать и брать не ограничивается только углеродом, как мы знаем сегодня: многие другие питательные вещества и вода поставляются или обмениваются различными растениями. Например, клевер и другие бобовые могут снабжать микоризную сеть азотом, а кустарники и деревья - водой, к которой их длинные корни имеют доступ лучше, чем более мелкие растения. Третьи вносят свой вклад, например, соединения фосфора или сахара. И, как правило, каждый получает что-то взамен своего вклада - то, что ему нужно или то, что ему трудно достать. Так что базар растений кипит активностью.
То, что исследователи наблюдали на этом рынке, напоминает им о «социальном поведении». Например, деревья, которые в настоящее время имеют много питательных веществ, передают их больным деревьям, или умирающие деревья отдают питательные вещества окружающим сородичам. Другие растения, в свою очередь, получают выгоду от определенных соседей, как это обнаружил вместе с коллегами профессор ботаники Андреас Вимкен из Базельского университета: растения льна, например, вырастают более чем в два раза больше, если они растут рядом с растениями проса и связаны с их под землей микоризными грибами. Вкратце: «Просо лен кормит», как цитируется Вимкен в книге «Моцарт и список проса».
Ядовитые атаки под растениями
Глядя на это, мир растений можно легко представить как гармоничное место, где организмы всегда поддерживают друг друга. Однако молекулярный биолог и ботаник Франтишек Балушка из Рейнского университета Фридриха-Вильгельма в Бонне отмечает, что среди растений далеко не всегда все мирно: их эксплуатируют, обманывают и даже убивают; борьба за ресурсы, особенно ограниченные. Микоризная сеть также может стать оружием в этой борьбе: Балушка приводит пример ядовитых молекул, которые растения посылают другим растениям через нити гриба, чтобы замедлить их рост. Когда азота не хватает, сотрудничество между грибами и растениями быстро начинает рушиться - если обе стороны вообще извлекли выгоду заранее. На самом деле, некоторые грибы или растения с самого начала заводят «партнерство» только для того, чтобы использовать его: отношения охватывают весь спектр возможностей, от мутуализма до явного паразитизма.
Биолог Пенья также подчеркивает, что поведение растений не бывает «белым или черным», оно может быть и тем, и другим. И для Балушки именно эта сложность показывает, что растения в определенном смысле являются «социальными существами». По его словам, их способности просто долгое время недооценивали и недооценивают до сих пор. Тем временем, например, появляется все больше свидетельств того, что растения также обмениваются информацией через сеть грибов. До сих пор считалось, что существует лишь довольно неспецифическая передача информации в том смысле, что растения выделяют в воздух ароматы или выделяют в почву определенные сигнальные молекулы, которые другие растения обнаруживают более случайно. Однако при использовании грибковых нитей передача информации будет более целенаправленной, более эффективной и может происходить в обоих направлениях. И в самом деле, исследователи уже установили, что зараженные тлей полевые бобы, по-видимому, сообщают своим соседям о грибной сети. То же самое ученые наблюдали и при поражении листьев вредоносными грибами. Подобно молекулам запаха, окружающие растения предупреждают о неминуемой опасности.
Томаты, пораженные возбудителями альтернариоза, фитофтороза картофеля или другими фитопатогенами, ведут себя схожим образом, как это смогли показать китайские ученые. Результаты показали, что общение происходит через грибковую сеть, пишут они в своей публикации. Это еще не доказано: чтобы действительно убедиться в этом, необходимо исключить, что вещества-посланники предупреждения не попадают в почву, чтобы быть поглощенными грибами, указывает ботаник Пенья..
Мозг в корнях?
Здесь биолог Симард идет еще дальше. В книге «Память и обучение у растений» она пишет: «Поведение этих деревьев обладает когнитивными качествами и включает такие способности, как восприятие, обучение и память (…)». Она даже считает, что топология микоризных сетей аналогична топологии нейронные сети. Более того, в этих структурах есть определенные закономерности и свойства, которые также важны для интеллекта. Исследователь пишет, что растет понимание того, что растения принимают решения и выполняют действия и, таким образом, проявляют качества интеллекта, которые обычно приписываются только людям или, возможно, животным.
Балушка также считает, что такая точка зрения не надуманная. Молекулярный биолог исследует кончики корней растений. Для него это важнейшая часть всей этой подземной сети. Еще в конце 19 века Чарльз Дарвин предположил, что верхушка корня функционирует подобно мозгу низшего существа. И действительно, вместе с коллегами Балушка смог показать, что в корнях есть зона нейронов, которая обрабатывает и передает сигналы аналогично нервным клеткам в мозгу: клетки кончика корня взаимодействуют друг с другом - как нейроны. сети животных и человека - через своего рода потенциал действия. Некоторые нейроны колеблются так же, как в человеческом мозгу.
В целом принцип работы, конечно, другой, подчеркивает Балушка, что отчасти связано с требованиями, которым должны удовлетворять корни: «Их очевидная задача - находить воду и питательные вещества», - говорит биолог.. Для этого определенные клетки кончика корня постоянно измеряют не менее 20 различных параметров окружающей среды, включая влажность, интенсивность света или содержание кислорода. И этот большой объем сенсорной информации от корневого чехлика должен быть обработан и сохранен, чтобы растение могло реагировать, например, расти в подходящем направлении. Кроме того, однако, по словам Балушки, есть много указаний на то, что кончик корня, в частности нейрональная зона, важен для целенаправленной инвазии грибов. Эти структуры также считаются решающими для последующего взаимодействия и взаимодействия с грибами.
Балушка, данных последних 20 лет достаточно, чтобы с полным основанием утверждать, что на кончиках корней находится структура, которая хотя бы в некоторых отношениях напоминает мозг и позволяет растениям активно действовать. В научном сообществе такие идеи все еще в значительной степени отвергаются. Балушка сожалеет об этом факте. Большинство из них продолжали бы исследовать сеть корневых грибов в первую очередь с точки зрения обмена питательными веществами. Это не меняет его мнения: молекулярный биолог уверен, что растения также передают информацию об этом. Деревья могут не говорить, как в сказках, но они могут общаться более глубоко, чем мы думали, что знали.