Kwa nini mimea inahitaji msukumo wa neva

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Mialoni ya karne nyingi, nyasi zenye lush, mboga safi - kwa namna fulani hatujazoea kuzingatia mimea kama viumbe hai, na bure. Majaribio yanaonyesha kuwa mimea ina aina ya analog ngumu ya mfumo wa neva na, kama wanyama, wanaweza kufanya maamuzi, kuhifadhi kumbukumbu, kuwasiliana, na hata kupeana zawadi.

Profesa wa Chuo Kikuu cha Oakwood Alexander Volkov alisaidia kuelewa kwa undani zaidi electrophysiology ya mimea.

Mwandishi wa habari: Sikuwahi kufikiria kuwa mtu alikuwa akifanya mazoezi ya kielekrofiziolojia ya mimea hadi nilipokutana na nakala zako

Alexander Volkov:Hauko peke yako. Umma kwa ujumla umezoea kuona mimea kama chakula au vipengele vya mazingira bila hata kutambua kuwa iko hai. Wakati mmoja nilikuwa nikifanya ripoti huko Helsinki juu ya elektroni ya mimea, na kisha wenzangu walishangaa sana: "Nilikuwa nikishughulika na mada nzito - vinywaji visivyoweza kufikiwa, lakini sasa nilikuwa nikishughulika na aina fulani ya matunda na mboga". Lakini hii haikuwa hivyo kila wakati: vitabu vya kwanza juu ya electrophysiology ya mimea vilichapishwa katika karne ya 18, na kisha utafiti wa wanyama na mimea uliendelea kwa njia karibu sawa. Kwa mfano, Darwin alikuwa na hakika kwamba mzizi ni aina ya ubongo, kompyuta ya kemikali ambayo inasindika ishara kutoka kwa mmea mzima (tazama, kwa mfano, "Movement in Plants"). Na kisha Vita vya Kwanza vya Dunia vilikuja na rasilimali zote zilitupwa katika utafiti wa electrophysiology ya wanyama, kwa sababu watu walihitaji dawa mpya.

W: Inaonekana kuwa na mantiki: panya za maabara bado ziko karibu zaidi na wanadamu kuliko violets

A. V:Kwa kweli, tofauti kati ya mimea na wanyama sio kubwa sana, na katika electrophysiology kwa ujumla ni ndogo. Mimea ina analog karibu kamili ya neuron - phloem conductive tishu. Ina muundo, ukubwa na kazi sawa na neurons. Tofauti pekee ni kwamba katika wanyama, njia za ioni za sodiamu na potasiamu hutumiwa katika neurons kupitisha uwezekano wa hatua, wakati phloem ya mimea, kloridi na ioni za potasiamu hutumiwa. Hiyo ndiyo tofauti nzima katika neurophysiology. Wajerumani hivi karibuni wamepata sinepsi za kemikali katika mimea, sisi ni umeme, na kwa ujumla, mimea ina neurotransmitters sawa na wanyama. Inaonekana kwangu kuwa hii ni sawa: ikiwa ningeunda ulimwengu, na mimi ni mtu mvivu, ningefanya kila kitu sawa ili kila kitu kiendane.

Kwa nini mimea inahitaji msukumo wa neva?

Hatufikirii juu yake, lakini mimea katika mchakato wa maisha yao hata aina nyingi za ishara kutoka kwa mazingira ya nje kuliko wanadamu au wanyama wengine wowote. Wanaguswa na mwanga, joto, mvuto, utungaji wa chumvi ya udongo, shamba la magnetic, pathogens mbalimbali na kubadilisha tabia zao kwa urahisi chini ya ushawishi wa habari iliyopokelewa. Kwa mfano, katika maabara ya Stefano Mancuso wa Chuo Kikuu cha Florence, majaribio yalifanywa na shina mbili za kupanda maharagwe. Wanasayansi walianzisha msaada wa kawaida kati ya mimea, na shina zilianza kupiga mbio. Lakini mara tu mmea wa kwanza ulipopanda kwenye msaada, wa pili mara moja ulionekana kujitambua kuwa umeshindwa na ukaacha kukua katika mwelekeo huu. Ilielewa kuwa mapambano ya rasilimali hayana maana na ni bora kutafuta furaha mahali pengine.

W: Mimea haisongi, hukua polepole na kwa ujumla huishi bila haraka. Inaonekana kwamba msukumo wao wa neva unapaswa pia kuenea polepole zaidi

Alexander Volkov: Huu ni udanganyifu ambao umekuwepo kwa muda mrefu katika sayansi. Katika miaka ya 70 ya karne ya XIX, Waingereza walipima kwamba uwezo wa hatua ya Venus flytrap huenea kwa kasi ya sentimita 20 kwa pili, lakini hii ilikuwa kosa. Walikuwa wanabiolojia na hawakujua mbinu ya vipimo vya umeme wakati wote: katika majaribio yao, Waingereza walitumia voltmeters polepole, ambayo ilirekodi msukumo wa ujasiri hata polepole kuliko wao kueneza, ambayo haikubaliki kabisa. Sasa tunajua kwamba msukumo wa ujasiri unaweza kukimbia kupitia mimea kwa kasi tofauti sana, kulingana na mahali pa msisimko wa ishara na asili yake. Kasi ya juu ya uenezi wa uwezo wa hatua katika mimea inalinganishwa na viashiria sawa katika wanyama, na muda wa kupumzika baada ya kupita kwa uwezo wa hatua unaweza kutofautiana kutoka milliseconds hadi sekunde kadhaa.

W: Je, mimea hutumia msukumo huu wa neva kwa ajili ya nini?

A. V: Mfano wa kitabu cha kiada ni Venus flytrap, ambayo tayari nimeshaitaja. Mimea hii huishi katika maeneo yenye udongo unyevu sana, ambayo ni vigumu kwa hewa kupenya, na, ipasavyo, kuna nitrojeni kidogo katika udongo huu. Flycatchers hupata ukosefu wa dutu hii muhimu kwa kula wadudu na vyura vidogo, ambavyo hukamata na mtego wa umeme - petals mbili, ambayo kila moja ina sensorer tatu za piezomechanical zilizojengwa ndani yake. Wakati mdudu anakaa kwenye petals yoyote na kugusa vipokezi hivi kwa makucha yake, uwezo wa kutenda hutolewa ndani yao. Ikiwa wadudu hugusa mechanosensor mara mbili ndani ya sekunde 30, basi mtego unafungwa kwa sekunde iliyogawanyika. Tuliangalia uendeshaji wa mfumo huu - tulitumia ishara ya umeme ya bandia kwenye mtego wa flytrap ya Venus, na kila kitu kilifanya kazi kwa njia ile ile - mtego ulifungwa. Kisha tulirudia majaribio haya na mimosa na mimea mingine na hivyo tulionyesha kuwa inawezekana kulazimisha mimea kufungua, kufunga, kusonga, kuinama - kwa ujumla, kufanya chochote unachotaka, kwa kutumia ishara za umeme. Katika kesi hii, msisimko wa nje wa asili tofauti huzalisha uwezekano wa hatua katika mimea, ambayo inaweza kutofautiana katika amplitude, kasi na muda.

W: Ni nini kingine ambacho mimea inaweza kuitikia?

A. V: Ikiwa ukata nyasi katika nyumba yako ya nchi, basi uwezekano wa hatua utaenda mara moja kwenye mizizi ya mimea. Usemi wa baadhi ya jeni utaanza juu yao, na awali ya peroxide ya hidrojeni imeamilishwa kwenye kupunguzwa, ambayo inalinda mimea kutokana na maambukizi. Kwa njia hiyo hiyo, ikiwa unabadilisha mwelekeo wa mwanga, basi kwa sekunde 100 za kwanza mmea hautaitikia kwa njia yoyote, ili kukata chaguo la kivuli kutoka kwa ndege au mnyama, na kisha. ishara za umeme zitaenda tena, kulingana na ambayo mmea utageuka kwa sekunde kwa njia ya kuongeza kukamata flux ya mwanga. Vile vile vitatokea, na unapoanza kumwaga maji ya moto, na unapoleta nyepesi inayowaka, na unapoweka mmea kwenye barafu - mimea huitikia kwa uchochezi wowote kwa msaada wa ishara za umeme zinazodhibiti majibu yao kwa mabadiliko ya mazingira. masharti.

Kumbukumbu ya mmea

Mimea haijui tu jinsi ya kukabiliana na mazingira ya nje na, inaonekana, huhesabu matendo yao, lakini pia hufunga mahusiano fulani ya kijamii kati yao wenyewe. Kwa mfano, uchunguzi wa mchungaji wa Ujerumani Peter Volleben unaonyesha kuwa miti ina aina ya urafiki: miti ya washirika imeunganishwa na mizizi na kufuatilia kwa uangalifu kwamba taji zao haziingiliani na ukuaji wa kila mmoja, wakati miti isiyo ya kawaida haina hisia yoyote maalum kwa ajili yake. kwa majirani zao, daima hujaribu kujinyakulia nafasi zaidi ya kuishi. Wakati huo huo, urafiki unaweza pia kutokea kati ya miti ya aina tofauti. Kwa hiyo, katika majaribio ya Mancuso sawa, wanasayansi waliona jinsi, muda mfupi kabla ya kifo cha Douglas, inaonekana kwamba inaacha urithi: mti wa pine wa njano sio mbali na ulituma kiasi kikubwa cha suala la kikaboni kupitia mfumo wa mizizi.

W: Je, mimea ina kumbukumbu?

Alexander Volkov: Mimea ina aina zote za kumbukumbu kama wanyama. Kwa mfano, tumeonyesha kwamba Venus flytrap ina kumbukumbu: kwa mtego kufanya kazi, microcouples 10 za umeme lazima zipelekwe kwake, lakini zinageuka kuwa hii haifai kufanywa katika kikao kimoja. Unaweza kwanza kutumikia microcoulomb mbili, kisha nyingine tano, na kadhalika. Wakati jumla ni 10, itaonekana kwa mmea kwamba wadudu wameingia ndani yake, na itafunga. Jambo pekee ni kwamba huwezi kuchukua mapumziko ya sekunde zaidi ya 40 kati ya vikao, vinginevyo counter itawekwa upya hadi sifuri - unapata kumbukumbu hiyo ya muda mfupi. Na kumbukumbu ya muda mrefu ya mimea ni rahisi zaidi kuona: kwa mfano, baridi moja ya chemchemi ilitupiga Aprili 30, na kwa kweli mara moja maua yote yaliganda kwenye mtini, na mwaka uliofuata haikua hadi Mei 1. kwa sababu ilikumbuka ilivyokuwa. Uchunguzi mwingi kama huo umefanywa na wanasaikolojia wa mimea katika kipindi cha miaka 50 iliyopita.

W: Kumbukumbu ya mmea huhifadhiwa wapi?

A. V: Mara moja nilikutana kwenye mkutano katika Visiwa vya Canary Leon Chua, ambaye wakati mmoja alitabiri kuwepo kwa memristors - upinzani na kumbukumbu ya sasa iliyopitishwa. Tuliingia kwenye mazungumzo: Chua hakujua chochote kuhusu njia za ion na electrophysiology ya mimea, mimi - kuhusu memristors. Matokeo yake, aliniuliza kujaribu kutafuta memristors katika vivo, kwa sababu kwa mujibu wa mahesabu yake, wanapaswa kuhusishwa na kumbukumbu, lakini hadi sasa hakuna mtu aliyepata katika viumbe hai. Tulifanya yote: tulionyesha kuwa njia za potasiamu zinazotegemea voltage za aloe vera, mimosa, na flytrap sawa ya Venus ni kumbukumbu kwa asili, na katika kazi zifuatazo, mali ya kumbukumbu ilipatikana katika apples, viazi, mbegu za malenge, na tofauti. maua. Inawezekana kabisa kwamba kumbukumbu ya mimea imefungwa kwa usahihi na memristors hizi, lakini bado haijajulikana kwa uhakika.

W: Mimea inajua jinsi ya kufanya maamuzi, kuwa na kumbukumbu. Hatua inayofuata ni mwingiliano wa kijamii. Je, mimea inaweza kuwasiliana na kila mmoja?

A. V: Unajua, katika Avatar kuna kipindi ambacho miti huwasiliana chini ya ardhi. Hii sio ndoto, kama mtu anaweza kufikiria, lakini ukweli uliothibitishwa. Nilipoishi USSR, mara nyingi tulikwenda kuchukua uyoga na kila mtu alijua kwamba uyoga lazima ukatwe kwa makini na kisu ili usiharibu mycelium. Sasa inageuka kuwa mycelium ni cable ya umeme ambayo miti inaweza kuwasiliana na kila mmoja na kwa uyoga. Zaidi ya hayo, kuna ushahidi mwingi kwamba miti hubadilishana sio tu ishara za umeme kando ya mycelium, lakini pia misombo ya kemikali au hata virusi hatari na bakteria.

W: Unaweza kusema nini kuhusu hadithi kwamba mimea inaelewa hotuba ya binadamu, na kwa hiyo unahitaji kuzungumza nao kwa upole na kwa utulivu ili kukua vizuri zaidi?

A. V: Huu ni uzushi tu, hakuna kingine.

W: Je, tunaweza kutumia maneno "maumivu", "mawazo", "fahamu" kwa mimea?

A. V: Sijui chochote kuhusu hili. Haya tayari ni maswali ya falsafa. Majira ya joto ya mwisho huko St. Petersburg kulikuwa na kongamano juu ya ishara katika mimea, na wanafalsafa kadhaa kutoka nchi mbalimbali walikuja huko mara moja, hivyo mada hii sasa inaanza kushughulikiwa. Lakini nimezoea kuzungumza juu ya kile ninachoweza kujaribu kwa majaribio au kuhesabu.

Mimea kama sensorer

Mimea ina uwezo wa kuratibu vitendo vyao kwa kutumia mitandao ya matawi. Kwa hivyo, mshita unaokua katika savanna ya Kiafrika hautoi tu dutu yenye sumu kwenye majani yake wakati twiga wanaanza kula, lakini pia hutoa "gesi ya kengele" yenye tete ambayo hutuma ishara ya shida kwa mimea inayozunguka. Kama matokeo, katika kutafuta chakula, twiga wanapaswa kuhamia sio miti ya karibu, lakini kwa wastani wa mita 350 kutoka kwao. Leo wanasayansi wanaota kutumia mitandao kama hiyo ya sensorer hai, iliyotatuliwa na maumbile, kwa ufuatiliaji wa mazingira na kazi zingine.

W: Je, umejaribu kuweka utafiti wako wa elektrofiziolojia ya mimea katika vitendo?

Alexander Volkov: Nina hati miliki za kutabiri na kusajili matetemeko ya ardhi kwa kutumia mimea. Katika usiku wa matetemeko ya ardhi (katika sehemu tofauti za ulimwengu, muda wa muda hutofautiana kutoka siku mbili hadi saba), harakati ya ukoko wa dunia husababisha nyanja za sumaku-umeme. Wakati mmoja, Wajapani walipendekeza kuzirekebisha kwa msaada wa antena kubwa - vipande vya chuma vilivyo na urefu wa kilomita mbili, lakini hakuna mtu anayeweza kujenga antenna kama hizo, na hii sio lazima. Mimea ni nyeti sana kwa sehemu za sumakuumeme hivi kwamba inaweza kutabiri matetemeko ya ardhi vizuri zaidi kuliko antena yoyote. Kwa mfano, tulitumia aloe vera kwa madhumuni haya - tuliunganisha elektroni za kloridi ya fedha kwenye majani yake, tulirekodi shughuli za umeme, na kuchakata data.

W: Inaonekana ya ajabu kabisa. Kwa nini mfumo huu bado haujatekelezwa kwa vitendo?

A. V: Kulikuwa na tatizo lisilotarajiwa hapa. Angalia: hebu sema wewe ni meya wa San Francisco na ujue kwamba kutakuwa na tetemeko la ardhi katika siku mbili. Utafanya nini? Ikiwa unawaambia watu kuhusu hili, basi kutokana na hofu na kuponda, hata watu wengi wanaweza kufa au kujeruhiwa kuliko tetemeko la ardhi. Kwa sababu ya vizuizi hivyo, siwezi hata kujadili hadharani matokeo ya kazi yetu kwenye vyombo vya habari vya wazi. Kwa hali yoyote, nadhani mapema au baadaye tutakuwa na mifumo mbalimbali ya ufuatiliaji inayofanya kazi kwenye mitambo ya sensorer. Kwa mfano, katika moja ya kazi zetu, tumeonyesha kuwa kwa kutumia uchambuzi wa ishara za electrophysiological, inawezekana kuunda mfumo wa uchunguzi wa papo hapo wa magonjwa mbalimbali ya mimea ya kilimo.

Zaidi juu ya mada:

Akili ya mimea

Lugha ya mimea