Πώς επικοινωνούν τα κατεστραμμένα φυτά με τους γείτονές τους… Στον περίπλοκο και αλληλένδετο κόσμο της φύσης, η επικοινωνία συχνά θεωρείται ως ένα χαρακτηριστικό που απαντάται αποκλειστικά στα ζώα. Τα φυτά γίνονται αντιληπτά ως σιωπηλές, στατικές οντότητες, ενώ στην πραγματικότητα διαθέτουν τα δικά τους εξελιγμένα μέσα για να μεταφέρουν ζωτικές πληροφορίες το ένα στο άλλο.
Όταν κάθεστε σε έναν ήσυχο κήπο ή ένα καταπράσινο δάσος, μπορεί να φαίνεται γαλήνιο, αλλά κάτω από αυτό το ήρεμο εξωτερικό, υπάρχει μια συνεχής, αόρατη ανταλλαγή πληροφοριών που συμβαίνει σε βιοχημικό επίπεδο. Ειδικά όταν ένας vegan είναι σε περιπλάνηση! Εντάξει, θα σταματήσω με τα vegan αστεία…
Αυτή η βιοχημική επικοινωνία εξετάστηκε σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Green leaf volatile sensory calcium transduction in Arabidopsis.
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι όταν ένα φυτό καταστρέφεται, είτε από το ανελέητο τσιμπολόγημα ενός vegan (αυτό ήταν το τελευταίο αστείο, το υπόσχομαι…), εννοούσα φυτοφάγου ή την ξαφνική ρήξη που προκαλείται από μηχανικές δυνάμεις, δεν υποφέρει σιωπηλά. Αντίθετα, απελευθερώνει ένα κοκτέιλ πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) στον αέρα. Αυτές οι πτητικές οργανικές ενώσεις δεν είναι τυχαίες εκπομπές, αλλά είναι ισχυρά χημικά σήματα, ειδικά σχεδιασμένα για να μεταφέρουν το μήνυμα και να προειδοποιούν τα γειτονικά φυτά για επικείμενο κίνδυνο.
Ένα μόνο σχίσιμο σε ένα φύλλο μπορεί να προκαλέσει αυτόν τον σιωπηλό συναγερμό, που αντηχεί στην κοινότητα των φυτών. Οι πτητικές ενώσεις των πράσινων φύλλων (GLVs) είναι μια ομάδα ενώσεων που παράγονται σχεδόν ακαριαία όταν το φυτό υφίσταται φυσική βλάβη. Αυτές οι ενώσεις, που αποτελούνται κυρίως από ενώσεις έξι ατόμων άνθρακα (C6), όπως οι αλκοόλες και οι αλδεΰδες, δεν είναι απλά τα υποπροϊόντα της βλάβης. Είναι κρίσιμοι αγγελιοφόροι, που παράγονται γρήγορα μέσα σε δευτερόλεπτα από την επίθεση, χάρη σε έναν περίπλοκο βιοχημικό χορό που ξεκινά με λιπαρά οξέα στο κατεστραμμένο φύλλο.
Αλλά ο ρόλος των GLV εκτείνεται πέρα από την απλή σηματοδότηση. Εξυπηρετούν μια διπλή προστατευτική λειτουργία – απωθούν απευθείας τα φυτοφάγα ζώα, ενώ προσελκύουν τους θηρευτές αυτών των φυτοφάγων. Αυτός ο πολύπλευρος ρόλος είναι μια απόδειξη της εξελικτικής ευρηματικότητας των φυτών. Εκπέμποντας αυτές τις ενώσεις, ένα κατεστραμμένο φυτό όχι μόνο προστατεύει τον εαυτό του, αλλά λειτουργεί και ως φρουρός για τους γείτονές του.
Πώς αντιλαμβάνονται και ανταποκρίνονται τα μη κατεστραμμένα φυτά στα σήματα κινδύνου που εκπέμπουν οι κατεστραμμένοι φίλοι τους;
Ο πυρήνας αυτής της απόκρισης έγκειται στην ικανότητα του φυτού να ανιχνεύει και να αντιδρά σε συγκεκριμένες πτητικές οργανικές ενώσεις, ιδίως στις GLV. Χρησιμοποιώντας τεχνικές απεικόνισης αιχμής, οι επιστήμονες παρατήρησαν το συναρπαστικό φαινόμενο σε πραγματικό χρόνο. Όταν το άθικτο φυτό που παρακολουθούσαν εκτέθηκε σε πτητικές οργανικές ενώσεις από ένα κατεστραμμένο φυτό, εμφάνισε ταχεία αύξηση στα επίπεδα ασβεστίου μέσα στα κύτταρά του. Αυτή η εισροή ασβεστίου είναι μια σκόπιμη απόκριση, που σηματοδοτεί την ενεργοποίηση των εσωτερικών αμυντικών μηχανισμών του φυτού.
Αυτός ο καταρράκτης μοριακών γεγονότων υπερβαίνει την απλή αύξηση των επιπέδων ασβεστίου. Προκαλεί μια σειρά γενετικών και βιοχημικών αλλαγών μέσα στο φυτό. Η έκφραση ορισμένων γονιδίων, ιδιαίτερα εκείνων που σχετίζονται με το άγχος και την άμυνα, αλλάζει, προετοιμάζοντας το φυτό ώστε να αντέχει καλύτερα πιθανές επιθέσεις ή περιβαλλοντικές πιέσεις.
Αυτό που είναι πραγματικά αξιοσημείωτο είναι η ιδιαιτερότητα και η ταχύτητα αυτής της απόκρισης. Τα φυτά είναι σε θέση να διακρίνουν μεταξύ διαφορετικών πτητικών οργανικών ενώσεων και να αντιδρούν ανάλογα, δείχνοντας ένα επίπεδο ευαισθησίας και προσαρμογής που είναι εκπληκτικό. Αυτή η απάντηση δεν αφορά μόνο την επιβίωση απέναντι σε άμεσες απειλές. Αντιπροσωπεύει επίσης μια μορφή “μνήμης των φυτών”, όπου η έκθεση σε αυτές τις VOC προκαλεί τα φυτά να ανταποκρίνονται πιο αποτελεσματικά σε μελλοντικές καταπονήσεις.
Ακόμη πιο εκπληκτικό, όταν τα άθικτα φυτά συναντούν αυτές τις πτητικές ενώσεις, δεν τις λαμβάνουν απλώς παθητικά, αλλά εμπλέκονται σε μια δυναμική διαδικασία ανταπόκρισης. Η αντίδραση μέσα στα φυτά δεν είναι ομοιόμορφη, καθώς ποικίλλει ανάλογα με τη συγκέντρωση αυτών των πτητικών ενώσεων. Αυτή η λεπτή απόκριση υποδηλώνει έναν εξελιγμένο αισθητηριακό μηχανισμό, με τον οποίο τα φυτά μπορούν να μετρήσουν την ένταση της απειλής με βάση τη συγκέντρωση των GLV στο περιβάλλον.
Η ιστορία γίνεται ακόμη πιο ενδιαφέρουσα, όταν λάβουμε υπόψη τη χωρική πτυχή αυτής της απάντησης. Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι η αντίδραση στις GLV είναι τοπική. Όταν ένα μέρος του φυτού εκτίθεται σε αυτές τις πτητικές ενώσεις, η απόκριση – μια απότομη αύξηση των επιπέδων ασβεστίου στα κύτταρα – περιορίζεται στη συγκεκριμένη περιοχή. Αυτή η τοπική αντίδραση είναι μια στρατηγική κίνηση, που επιτρέπει στο φυτό να κατανέμει αποτελεσματικά τους αμυντικούς πόρους του. Υποδηλώνει ότι τα φυτά μπορούν να εντοπίσουν πού είναι πιθανό να εμφανιστεί η απειλή και να επικεντρώσουν τις αμυντικές τους προσπάθειες σε αυτήν την περιοχή.
Αλλά εάν η απόκριση στις GLV είναι τοπική, πώς προετοιμάζεται το υπόλοιπο φυτό για πιθανές απειλές; Εδώ μπαίνει στο παιχνίδι η έννοια της “συστημικής επίκτητης αντίστασης”. Ενώ η άμεση απόκριση στις GLV είναι τοπική, χρησιμεύει επίσης ως προετοιμασία για ολόκληρο το φυτό. Προετοιμάζει το φυτό για ταχύτερη και ισχυρότερη απόκριση σε μελλοντικές επιθέσεις, όχι μόνο στην εκτεθειμένη περιοχή, αλλά σε ολόκληρο τον οργανισμό.
Η μελέτη εξετάζει επίσης τον κρίσιμο ρόλο που διαδραματίζουν τα στόματα σε αυτή την περίπλοκη διαδικασία. Αυτές οι μικροσκοπικές δομές, που συχνά παραβλέπονται, παίζουν καθοριστικό ρόλο στο πώς τα φυτά αντιλαμβάνονται και αντιδρούν στα σήματα που στέλνουν οι κατεστραμμένοι φίλοι τους.
Τα στόματα δεν είναι απλώς παθητικά ανοίγματα για ανταλλαγή αερίων. Είναι ενεργοί συμμετέχοντες στο αισθητηριακό δίκτυο του φυτού. Όταν οι GLV απελευθερώνονται στον αέρα από κατεστραμμένα φυτά, δεν διαχέονται απλώς άσκοπα. Διοχετεύονται σκόπιμα μέσω των στομάτων γειτονικών φυτών, λειτουργώντας ως άμεση γραμμή επικοινωνίας. Αυτή η διαδικασία μοιάζει με ένα κλειδί που ξεκλειδώνει μια πόρτα, όπου οι GLV είναι το κλειδί και τα στόματα είναι η πύλη προς τους εσωτερικούς αμυντικούς μηχανισμούς του φυτού.
Μόλις μπουν μέσα, αυτές οι GLV πυροδοτούν έναν καταρράκτη αποκρίσεων. Η αύξηση στα κυτταρικά επίπεδα ασβεστίου, όπως συζητήθηκε παραπάνω, ξεκινά εδώ. Αλλά ο ρόλος των στομάτων ξεπερνά το να αφήνουν απλώς αυτά τα χημικά σήματα να περάσουν μέσα. Παίζουν επίσης ρόλο στην ηλεκτρική σηματοδότηση του φυτού. Όταν εκτίθεται σε GLVs, παρατηρούνται αλλαγές στο δυναμικό της επιφάνειας του φύλλου, υποδεικνύοντας μια πολύπλοκη αλληλεπίδραση μεταξύ χημικών και ηλεκτρικών σημάτων εντός του φυτού.
Αυτή η στοματική εμπλοκή προσθέτει ένα άλλο στρώμα πολυπλοκότητας στο σύστημα απόκρισης του φυτού. Υποδηλώνει ότι τα φυτά μπορούν να ρυθμίσουν την αισθητηριακή τους πρόσληψη, ανοίγοντας και κλείνοντας τα στόματά τους όχι μόνο για να αναπνέουν, αλλά και για να “ακούνε” το περιβάλλον τους. Αυτή η ικανότητα ελέγχου της εισροής εξωτερικών σημάτων επιτρέπει στα φυτά να διαμορφώνουν τις αποκρίσεις τους με βάση την ένταση και τη φύση της απειλής.
Οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρατηρήσουν όλη αυτή την επικοινωνία, κατασκευάζοντας γενετικά ένα φυτό που έλαμπε όταν “μιλούσε”.
Με την εισαγωγή ενός ειδικού γονιδίου που παράγει μια πρωτεΐνη που λάμπει στο σκοτάδι, η οποία φωτίζεται παρουσία του ασβεστίου, μεταμόρφωσαν αυτά τα φυτά σε ζωντανούς αισθητήρες. Κάθε φορά που αυτά τα τροποποιημένα φυτά αισθάνονταν σήματα κινδύνου με τη μορφή ορισμένων αερομεταφερόμενων χημικών ουσιών που απελευθερώνονταν από τους κατεστραμμένους γείτονές τους, τα κύτταρά τους θα άναβαν. Αυτή η λάμψη, ορατή κάτω από ένα ειδικό μικροσκόπιο, λειτουργούσε σαν ένας χάρτης σε πραγματικό χρόνο του εσωτερικού συστήματος συναγερμού του φυτού, αποκαλύπτοντας πώς και πότε τα φυτά ανταποκρίθηκαν στις κραυγές για βοήθεια από τους φυλλώδεις συγγενείς τους.
Συμπερασματικά, αυτό το συναρπαστικό πείραμα αποκαλύπτει έναν κρυμμένο, αλλά ζωντανό κόσμο, όπου τα φυτά δεν είναι σιωπηλοί παρευρισκόμενοι, αλλά ενεργοί συμμετέχοντες στο περιβάλλον τους. Αυτή η έρευνα όχι μόνο εμβαθύνει την κατανόησή μας για τη βιολογία των φυτών, αλλά ανοίγει επίσης νέους δρόμους για γεωργική καινοτομία, όπου η αξιοποίηση αυτών των σιωπηλών συνομιλιών θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο ανθεκτικές καλλιέργειες, χρησιμοποιώντας λιγότερα φυτοφάρμακα.
Διαβάστε επίσης: Καιρός: Προειδοποίηση Μαρουσάκη για χιόνια… Που θα κατέβουν μέχρι και στη Λαμία