За последние 15 лет зародилась и развилась провокационная идея. Согласно ей, у растений возможно существование аналога нервной системы. У этой идеи есть и сторонники, и противники. Недавно вышли две статьи (раз и два) о том, что флоэма – проводящая ткань сосудистых растений – способна пропускать электрические сигналы на большие расстояния и работает как нервная система. Ученые из Гейдельбергского университета в своем обзоре, опубликованном в журнале Journal of Plant Physiology, оспаривают выводы этих статей.
Credit: public domain
У растений находили синапсы и нервную систему?
В 2005 Франтишек Балушка (František Baluška) впервые написал о синапсах растений, а в 2006 Эрик Бреннер (Eric D. Brenner) с соавторами ввел термин «нейробиология растений». Бренер рассуждал так: «Растения приспосабливаются к окружающей среде. Значит, у них есть аналог нервной системы». В своей статье он описал передачу электрических сигналов на дальние расстояния, везикулярный транспорт ауксина и соединений (глутамат, ГАМК), которые выступают как нейромедиаторы у животных.
Что же предположили сторонники нейробиологии растений в статьях 2021 года? Во-первых, что у растений есть химические и электрические синапсы, а еще везикулы с ауксином и пектином, которые похожи на везикулы с нейромедиаторами в нервной системе животных. А, во-вторых, по их мнению, флоэма представляет собой огромный аналог нервной системы у растений.
А что говорят авторы обзора?
1. Синапсы и везикулы
Химические синапсы растений. В химических синапсах отшнуровываются везикулы с нейромедиатором. Авторы статей считают, что при повреждении растений (паразитами, травоядными), образуются везикулы с каллозой и пектином. Эти везикулы сливаются с плазматической мембраной клетки хозяина, их содержимое высвобождается. Мы, кстати, об этом уже подробнее писали. Но это не то же самое, что везикулы с нейромедиатором у животных.
Плазмодесма, которую нейробиологи растений называют синапсом. Credit:David G.Robinson and Andreas Draguhn / Journal of Plant Physiology 2021
Настоящий синапс. Credit: David G.Robinson and Andreas Draguhn / Journal of Plant Physiology 2021
Глутамат и ГАМК. В растениях действительно есть глутамат и ГАМК. В нервной системе животных они играют роль нейромедиаторов, у растений — отвечают на стресс и повреждения. Также у растений есть рецепторы глутамата и ГАМК. Можно было бы ожидать, что рецепторы находятся на постсинаптической мембране, если они часть нервной системы. Но белки этих рецепторов обнаружили в ЭПР и вакуолях. Скорее всего они отвечают за освобождение кальция во время защитной реакции. Ионные каналы эволюционно древние, они есть даже у простейших (у которых явно нет нервной системы). Поэтому нельзя утверждать, что у растений присутствуют нейромедиаторы.
Плазмодесмы = электронные синапсы? Плазмодесмы растений сравнивают с электронными синапсами последние 50 лет. Но только недавно нашли подтверждение тому, что плазмодесмы действительно проводят электричество. Правда в мизерном количестве — электричество ослабевает при каждом переходе через плазмодесмы, чего не наблюдается в синапсах.
2. Флоэма — гигантская и примитивная нервная система?
Флоэма. Credit: David G.Robinson and Andreas Draguhn / Journal of Plant Physiology 2021
Изоляция. Клетки флоэмы соединены в длинные трубки, заполнены флоэмным соком и небольшим количеством органоидов. При этом клетки флоэмы не изолированы электрически от паренхимы вокруг них, что нехарактерно для нервной системы.
Электрические потенциалы. Венерина мухоловка и стыдливая мимоза закрываются в ответ на прикосновение. Эта реакция обусловлена электрическими потенциалами, но она локальная, речь не идет о системной обработке информации. У растений нет высоко специфичных связей или электрических паттернов, характерных для нервной системы.
Зачем им тогда передача импульсов? Было показано, что после электрических сигналов в клетках возрастает уровень кальция. Затем вырабатываются гормоны защиты — жасмонаты. Те есть растения применяют электрические сигналы для защиты при крупных повреждениях травоядными и паразитами.
Подытоживая, можно сказать, чтонесмотря на то что глутамат и ГАМК есть растениях, нет данных, доказывающих, что они работает как нейромедиаторы. То же самое с электрическими сигналами во флоэме — они есть, но это не похоже на передачу информации у животных.
Авторы обзора настаивают на том, что «нервная система растений» — неудачная метафора, которая путает молодых ученых и широкую общественность.
Текст: Анастасия Новицкая
Plants Have Neither Synapses Nor A Nervous System by David G.Robinson and Andreas Draguhn in Journal of Plant Physiology. Published online June 2021
