В семени растения найден аналог размышляющего мозга

Ты маленькое семечко, надежда родителя, закрепленного в почве, но, несомненно, мечтающего о распространении на новые территории. Без ножек сложно перемещаться в пространстве. Но можно доверить свои гены молодому поколению – семенам, подхватываемым ветром или водой, подбираемым насекомыми или морскими беспозвоночными. Чтобы оправдать родительскую надежду, нужно вовремя прорасти и выжить. А для этого необходимо поразмыслить, взвесить за и против, принять верное решение. И у семечек есть для этого особая группа клеток, которую ученые назвали аналогом животного мозга.

Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) – модельный организм для изучения генетики и биологии развития растений.

Прорастание – важнейший процесс в жизни юного растения. Выбор верного времени для прорастания критичен для выживания: поспешишь – и твой росток замерзнет в условиях затянувшейся зимы, а будешь долго тупить – не выдержишь конкуренции с более шустрыми ростками. Вот почему семенам нужно весьма аккуратно считывать информацию из окружающей среды и чем-то ее обрабатывать.

Чтобы понять, как семя принимает решения, ученые из Великобритании и Канады создали цифровой атлас клеток зародыша в семени резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) – стандартного лабораторного растения и любимца всех ботаников. Затем они определили, где в семени выделяются фитогормоны, играющие роль в прорастании, – гиббереллин (GA) и абсцизовая кислота (ABA). Эти два гормона – антагонисты: GA запускает прорастание, ABA же, напротив, не дает семени проснуться.

Выяснилось, что примерно 25 – 40 клеток из 3000 – 4000 занимаются их производством, и они сгруппированы в две кучки – одна отвечает за GA, другая – за ABA. Эти кучки расположены в кончике корешка зародыша на некотором расстоянии друг от друга, и между ними постоянно идет обмен сигналами, выяснили ученые. «Там словно происходит перетягивание каната: одни клетки говорят «вперед!», другие – «стоп!»», – объясняет Джордж Бассель из Бирмингемского университета, руководитель исследования.

По умолчанию гормона ABA выделяется больше, чем GA. Однако когда условия снаружи улучшаются, уровень GA постепенно нарастает, пока обнаруженный «центр принятия решений» не заключит, что настала пора выходить из спячки и прорастать. Меняя экспрессию и активность гормонов, ученые продемонстрировали, что время прорастания возможно контролировать вручную.

3D-реконструкция зародыша растения, на которой показано расположение групп клеток, участвующих в регуляции прорастания. Иллюстрация: University of Birmingham.

Подобное устройство центра, где происходит интерпретация гормональных сигналов и принимаются решения, дает ученым повод уподоблять его миниатюрному мозгу. В двигательной коре головного мозга человека тоже есть два раздельных участка, один из которых инициирует движение, другой – тормозит позыв. Такая архитектура позволяет фильтровать «шумы» – случайные сигналы окружающей среды, которые могут привести к неверным реакциям. А вот у растений размежевание участков «вперед» и «стоп» используется для того, чтобы уловить температурные колебания, которые стимулируют прорастание семени.

«Разделение элементов схемы расширяет палитру реакций на стимулы окружающей среды, – умничает биоматематик Иэн Джонстон, один из соавторов работы. – Можно прочитать одну и ту же рецензию на фильм четыре раза подряд, а можно ознакомиться с четырьмя разными рецензиями, прежде чем принять решение, идти в кино или нет». Что хотел этим сказать замысловатый британец? А то, что варьирующие сигналы ведут к более аккуратным и взвешенным решениям. Математическая теория предсказывает, что в варьирующих условиях среды (например, при колебаниях температуры) прорастет больше семян, чем в условиях стабильности, – именно это и наблюдали ученые в лаборатории.

Не совсем ясно, почему температурные флуктуации столь принципиальны для прорастания. Возможно, они помогают семени прочувствовать глубину своего залегания в почве – чем глубже, тем лучше оно защищено от колебаний температуры. Или же дело в том, что они наиболее сильны во время смены сезонов и, таким образом, сигнализируют семени о том, что нужный момент для прорастания наступил.

«Растения совсем как люди – им приходится точно так же размышлять, принимать решения, – говорит Бассель. – Эти клетки в семени действуют аналогично клеткам нервной системы». То есть, несмотря на огромный эволюционный разрыв между растениями и животными, они смогли прийти к довольно похожим по дизайну схемам реагирования на окружающие стимулы, дающим преимущества в деле выживания, удивляется ученый. Ну а мы с нетерпением ждем, когда же мозги обнаружат у грибов.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: Live Science, University of Birmingham
Научная статья: PNAS (Topham et al., 2017)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если хотите поделиться информацией с вашими подписчиками, обязательно ставьте активную ссылку на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.

plant-listening

Вас также могут заинтересовать статьи:
Есть ли у растений слух?
Стыдливая мимоза запоминает опускания и бесстыдно бздит
Найден белок, открывающий портал в проприоцептор


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение