Усики
У многих растений (горох, виноград) есть усики, которыми стебли ловко цепляются к поверхностям. Как происходит обвивание известно (хотя химический механизм тигматропизма темен): изгибание усика инициируется касанием с поверхностью. Более интересно, как усик ищет место, чтобы зацепиться. "Знают" ли растения, где на стебле и в каком направлении пускать усики?
В юности читал чудесную книжку Дарвина, вероятно, его лучшую:
http://en.wikipedia.org/wiki/The_Power_of_Movement_in_Plants
http://ebooks.adelaide.edu.au/d/darwin/charles/d22m/complete.html
Он показывал, что у растений должны быть органы чувств для света и силы тяготения; заодно он предлагал существование гормонов, отвественных за передачу сигналов от рецепторов до мест, где идет рост тканей, ответственный за изгиб. Дарвин оказался прав, только фоторецепторов не один, а много.
Фоторецепторы в глазах животных устроены стандартно: фотоизомеризации ретиналя в опсинах. Молекула поглощает квант света, меняет форму, с ней меняет форму белок - и начинается каскад реакций. Какие рецепторы задействованы у растений точно узнали только в конце 1990х, а как они работают неизвестно и поныне. Один основан на фотоизомеризации фитохромобилина (это почти молекула билирубина, который окрашивает мочу в желтый цвет), два других - фотовосстановлении флавина (которыи придает моче чудесный канареечный цвет после приема витамина B2). Первый (фитохром) контролирует часы, другой (криптофитохром) - часы и фототропизм (движение к свету), третий (фототропин) - только фототропизм. Первый чувствителен к красному свету, два других - к синему.
Эволюцию сравнивают со слепым часовщиком, но ее результат чаще напоминает работу комиссии, составленной из множества глухих часовщиков, каждый из которых увлечен собственным хронометрическим проектом. Флавиновые фоторецепторы - древнего происхождения (восходят к пигментированным белкам, фотолиазам, использующихся для ремонта ДНК). У животных они тоже есть: криптохромы используются для часов, но не для зрения (вероятно, из-за ограниченной спектральной чувствительности).
Так-то оно так, да недавно обнаружилось, что в глазах у личинок губок таки используются криптохромы, а не опсины.
http://jeb.biologists.org/content/215/8/1278.abstract
Эти глаза не прикреплены к нервам (у губок нервов нет, нет и быстрой передачи электрических импульсов), не говоря уже про мозги; при этом личинки обходят препятствия и т. д. Криптохромы содержатся в кольце жгутиковых клеток; биение жгутиков управляет движением: глаза и ресницы в одной упаковке. Как это все работает, неизвестно.
Возникла шизофреническая ситуация. Раньше как было: животное? Животное! Опсины есть? Есть! Фототактическая активность имеется? Так точно! Тогда это называется глазами. Теперь непонятно. Ежели и без опсинов и нервов глаза бывают, а те же самые пигменты у гороха водятся, да за фототропизм отвечают, это до чего же можно дойти... - выходит, что и у гороха глаза есть! Не может такого быть! Или может? Используют ли растения свои фоторецепторы, чтобы "видеть" - координировать информацию из многих оптический сенсоров для сложного, целенаправленного движения?
Возвращаясь к усикам. Стебель может, например, "знать" о положении вероятной опоры по падающей тени, или по потоку воздуха, или его температуре, по запаху, наконец. Если он распознает препятствие по такой информации и выпускает в вероятном направлении усик - чем это отличается от того, что делаем мы сами? И как тогда можно быть уверенным, что растения не "видят"? Тут обычно начинают про мозги. Что тут скажешь... Недавно показали, что растения делают арифметическое деление
http://elife.elifesciences.org/content/2/e00669
полагаясь, вероятно, на реакционную динамику. Наши мозги до такой операции дошли лишь недавно, полагаясь неизвестно на что. Приятно думать, что нечто без мозгов невозможно, но это предрассудки. Когда кубомедузы имеют камерные глаза без мозгов, а личинки губок при этом еще и без нервов обходятся, подобные доводы перестают казаться разумными.
Но с усиками - непонятно, так как можно и без хитростей. Первый вопрос (случайно ли лезут усики) тривиален. Либо лезут из всех сочленений - либо (как у винограда) по плану: два сочленения с усиками - одно без, по всей длине стебля (кстати, об арифметике). Если через установленное время препятствие не найдено, усик отсыхает. Растущий свободный стебель вращается, чтобы усики описали круг и на что-то наткнулись. Такой стратегии достаточно для поиска препятствий без "зрения", но это не означает, что его нет, т.к. "зрение" существует для экономии движения. Тупой, заметающий перебор стоит ресурсов. А иногда и живота. Пример: повилика -
...A parasitic weed, dodder, is unable to grow its own roots or make its own sugars using photosynthesis. Аfter sprouting from seed, the plant would fairly quickly need to begin growing on and into another plant to extract the nutrients needed to survive. But even the scientists studying the plant were surprised at the speed and precision with which a dodder seedling could sense and hunt its victim. In time-lapse movies, scientists saw dodder sprouts moving in a circular fashion, in what they discovered was a sampling of the airborne chemicals released by nearby plants. Then, using just the hint of the smells and without having touched another plant, the dodder grew toward its preferred victim. That is, the dodder reliably sensed and attacked the species of plant, from among the choices nearby, on which it would grow best. “When you see the movies, you very much have this impression of it being like behavior, animal behavior,” said Dr. C. M. De Moraes, a chemical ecologist at Pennsylvania State University who was on the team studying the plant. “It’s like a little worm moving toward this other plant.”
http://www.nytimes.com/2008/06/10/science/10plant.html
http://www.nytimes.com/2006/10/03/science/03find.html
http://www.fs.fed.us/rm/pubs_other/rmrs_2006_runyon_j001.pdf
Повилика ищет предназначенный ей судьбою помидор, вращая кончик стебля, вынюхивая его в воздухе, а потом быстро вырастаeт до помидорного стебля по кратчайшей линии. У нее нет ресурсов на исчерпывающий поиск, она - паразит (как мы); если до стебля не доберется, погибнет. И таких примеров - на целую книгу:
...Our view of plants is changing dramatically. Rather than being only slowly responding organisms, their signaling is often very fast and signals, both of endogenous and exogenous origin, spread throughout plant bodies rapidly. Higher plants coordinate and integrate their tissues and organs via sophisticated sensory systems, which sensitively screen both internal and external factors, feeding them information through both chemical and electrical systemic long-distance communication channels. This revolution in our understanding of higher plants started some twenty years ago with the discovery of systemin and rapid advances continue to be made. This volume captures the current ‘state of the art’ of this exciting topic in plant sciences.
http://www.springer.com/life+sciences/plant+sciences/book/978-3-642-36469-3
Видит ли, чувствует ли, знает ли растение, куда выпускать усик? Очень может быть. Никому из нас не ведомо, что оно там видит, чувствует, и знает.
И как теперь есть горох?
В юности читал чудесную книжку Дарвина, вероятно, его лучшую:
http://en.wikipedia.org/wiki/The_Power_of_Movement_in_Plants
http://ebooks.adelaide.edu.au/d/darwin/charles/d22m/complete.html
Он показывал, что у растений должны быть органы чувств для света и силы тяготения; заодно он предлагал существование гормонов, отвественных за передачу сигналов от рецепторов до мест, где идет рост тканей, ответственный за изгиб. Дарвин оказался прав, только фоторецепторов не один, а много.
Фоторецепторы в глазах животных устроены стандартно: фотоизомеризации ретиналя в опсинах. Молекула поглощает квант света, меняет форму, с ней меняет форму белок - и начинается каскад реакций. Какие рецепторы задействованы у растений точно узнали только в конце 1990х, а как они работают неизвестно и поныне. Один основан на фотоизомеризации фитохромобилина (это почти молекула билирубина, который окрашивает мочу в желтый цвет), два других - фотовосстановлении флавина (которыи придает моче чудесный канареечный цвет после приема витамина B2). Первый (фитохром) контролирует часы, другой (криптофитохром) - часы и фототропизм (движение к свету), третий (фототропин) - только фототропизм. Первый чувствителен к красному свету, два других - к синему.
Эволюцию сравнивают со слепым часовщиком, но ее результат чаще напоминает работу комиссии, составленной из множества глухих часовщиков, каждый из которых увлечен собственным хронометрическим проектом. Флавиновые фоторецепторы - древнего происхождения (восходят к пигментированным белкам, фотолиазам, использующихся для ремонта ДНК). У животных они тоже есть: криптохромы используются для часов, но не для зрения (вероятно, из-за ограниченной спектральной чувствительности).
Так-то оно так, да недавно обнаружилось, что в глазах у личинок губок таки используются криптохромы, а не опсины.
http://jeb.biologists.org/content/215/8/1278.abstract
Эти глаза не прикреплены к нервам (у губок нервов нет, нет и быстрой передачи электрических импульсов), не говоря уже про мозги; при этом личинки обходят препятствия и т. д. Криптохромы содержатся в кольце жгутиковых клеток; биение жгутиков управляет движением: глаза и ресницы в одной упаковке. Как это все работает, неизвестно.
Возникла шизофреническая ситуация. Раньше как было: животное? Животное! Опсины есть? Есть! Фототактическая активность имеется? Так точно! Тогда это называется глазами. Теперь непонятно. Ежели и без опсинов и нервов глаза бывают, а те же самые пигменты у гороха водятся, да за фототропизм отвечают, это до чего же можно дойти... - выходит, что и у гороха глаза есть! Не может такого быть! Или может? Используют ли растения свои фоторецепторы, чтобы "видеть" - координировать информацию из многих оптический сенсоров для сложного, целенаправленного движения?
Возвращаясь к усикам. Стебель может, например, "знать" о положении вероятной опоры по падающей тени, или по потоку воздуха, или его температуре, по запаху, наконец. Если он распознает препятствие по такой информации и выпускает в вероятном направлении усик - чем это отличается от того, что делаем мы сами? И как тогда можно быть уверенным, что растения не "видят"? Тут обычно начинают про мозги. Что тут скажешь... Недавно показали, что растения делают арифметическое деление
http://elife.elifesciences.org/content/2/e00669
полагаясь, вероятно, на реакционную динамику. Наши мозги до такой операции дошли лишь недавно, полагаясь неизвестно на что. Приятно думать, что нечто без мозгов невозможно, но это предрассудки. Когда кубомедузы имеют камерные глаза без мозгов, а личинки губок при этом еще и без нервов обходятся, подобные доводы перестают казаться разумными.
Но с усиками - непонятно, так как можно и без хитростей. Первый вопрос (случайно ли лезут усики) тривиален. Либо лезут из всех сочленений - либо (как у винограда) по плану: два сочленения с усиками - одно без, по всей длине стебля (кстати, об арифметике). Если через установленное время препятствие не найдено, усик отсыхает. Растущий свободный стебель вращается, чтобы усики описали круг и на что-то наткнулись. Такой стратегии достаточно для поиска препятствий без "зрения", но это не означает, что его нет, т.к. "зрение" существует для экономии движения. Тупой, заметающий перебор стоит ресурсов. А иногда и живота. Пример: повилика -
...A parasitic weed, dodder, is unable to grow its own roots or make its own sugars using photosynthesis. Аfter sprouting from seed, the plant would fairly quickly need to begin growing on and into another plant to extract the nutrients needed to survive. But even the scientists studying the plant were surprised at the speed and precision with which a dodder seedling could sense and hunt its victim. In time-lapse movies, scientists saw dodder sprouts moving in a circular fashion, in what they discovered was a sampling of the airborne chemicals released by nearby plants. Then, using just the hint of the smells and without having touched another plant, the dodder grew toward its preferred victim. That is, the dodder reliably sensed and attacked the species of plant, from among the choices nearby, on which it would grow best. “When you see the movies, you very much have this impression of it being like behavior, animal behavior,” said Dr. C. M. De Moraes, a chemical ecologist at Pennsylvania State University who was on the team studying the plant. “It’s like a little worm moving toward this other plant.”
http://www.nytimes.com/2008/06/10/science/10plant.html
http://www.nytimes.com/2006/10/03/science/03find.html
http://www.fs.fed.us/rm/pubs_other/rmrs_2006_runyon_j001.pdf
Повилика ищет предназначенный ей судьбою помидор, вращая кончик стебля, вынюхивая его в воздухе, а потом быстро вырастаeт до помидорного стебля по кратчайшей линии. У нее нет ресурсов на исчерпывающий поиск, она - паразит (как мы); если до стебля не доберется, погибнет. И таких примеров - на целую книгу:
...Our view of plants is changing dramatically. Rather than being only slowly responding organisms, their signaling is often very fast and signals, both of endogenous and exogenous origin, spread throughout plant bodies rapidly. Higher plants coordinate and integrate their tissues and organs via sophisticated sensory systems, which sensitively screen both internal and external factors, feeding them information through both chemical and electrical systemic long-distance communication channels. This revolution in our understanding of higher plants started some twenty years ago with the discovery of systemin and rapid advances continue to be made. This volume captures the current ‘state of the art’ of this exciting topic in plant sciences.
http://www.springer.com/life+sciences/plant+sciences/book/978-3-642-36469-3
Видит ли, чувствует ли, знает ли растение, куда выпускать усик? Очень может быть. Никому из нас не ведомо, что оно там видит, чувствует, и знает.
И как теперь есть горох?