Истории будущего - Дэвид Кристиан
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Растения также могут передавать информацию электрически. В 1990-х годах группа исследователей под руководством Дайаны Боулз показала, что поврежденные листья томатов способны связываться с другими листьями через электрические сигналы. Другие листья отвечали производством защитных белков на случай вероятного нападения и повреждения. Позднее швейцарские ученые, используя растения вида Arabidopsis, установили, что электрические импульсы для этих ботанических «вызовов» обеспечивает хемиосмос – механизм, присутствующий в большинстве типов клеток. Специальные насосы позволяют клеткам регулировать концентрацию ионов калия и кальция (заряженных атомов) по обе стороны мембран. Так создается слабый электрический потенциал на клеточных мембранах, который можно использовать, среди прочего, для возбуждения электрического импульса98. Мы рассмотрим эти клеточные батареи более подробно, когда будем обсуждать нейроны в настоящей главе.
Используя сигнальные молекулы, будь то гормоны и электрические сообщения, растительные клетки могут обмениваться большим количеством информации о том, что происходит и что нужно делать. Листья и корни могут улавливать химические вещества в воздухе и почве и предупреждать другие клетки об их присутствии, а растения «осознают», когда к ним прикасаются (понаблюдайте, как венерина мухоловка смыкает свои остроконечные челюсти на крохотной лягушке). Недавние исследования показывают, что растения даже могут воспринимать звуки наподобие журчания близлежащего ручья. Еще они могут обмениваться информацией с другими растениями. Например, могут ощущать изменение плотности и состава той пелены белков и химических веществ (феромонов), что источается соседними растениями. А растения, пораженные насекомыми, могут выделять белки и химические вещества, отпугивающие паразитов. Те растения, что находятся поблизости, «унюхают» эти химические вещества, оценят степень угрозы и отреагируют соответственно – быть может, выработкой собственных защитных токсинов. Людям, располагающим более эффективными способами коммуникации, феромоны не очень-то нужны, но для растений они составляют своего рода химический язык. Вряд ли получится обсудить на этом языке смысл жизни или философию времени, зато вполне возможно поделиться сведениями о вероятном будущем. Совсем недавно Сюзанна Симард показала, что деревья используют свои корни для обмена информацией и питательными веществами через огромные грибковые сети, которые стали известны как «древесный Интернет» (Wood Wide Web)99.
Растения, которые начинают вырабатывать токсины после того, как «унюхают» феромоны от соседей в беде, получили сведения о вероятном будущем: угроза, прежде потенциальная, становится реальной. Они начинают действовать на основании этих сведений, вкладывая в дело энергию, необходимую для производства новых химических веществ.
Оценка вероятного будущего подразумевает поиск закономерностей. А распознавание последних требует некоторой формы памяти – то есть способности сравнивать то, что произошло только что, с тем, что случилось ранее. Как помнят растения?100
Дарвин, блестящий биолог-исследователь эпохи до высоких технологий, показал, что плотоядные растения, та же венерина мухоловка, используют некую форму памяти, решая, сомкнуть ли им челюсти. Дарвин выращивал плотоядные растения в собственной теплице, а в 1875 году опубликовал новаторскую книгу на эту тему [47]. Он выяснил, что плотоядные растения поедают мелких существ – жуков, мух и маленьких лягушек, – потому что растут в бедных питательными веществами почвах и нуждаются в дополнительном количестве азота и фосфора101. При этом они должны быть разборчивыми в своих пристрастиях, ведь требуется энергия, чтобы распахнуть челюсти-ловушки, а затем снова их сомкнуть. Следовательно, они должны быть в состоянии решать, нужно ли ловить очередную жертву. Дарвин не сумел обмануть плотоядные растения в своей теплице ни каплями воды, ни крохотными живыми организмами. Сегодня мы знаем, что эти растения просыпаются, только если что-то касается минимум двух из малочисленных крошечных сенсоров внутри их челюстей, причем такие касания должны происходить в быстрой последовательности. Первое прикосновение говорит, что «возможно» появление жертвы и пора готовиться; эта информация запоминается. Второе прикосновение сообщает, что жертва точно появилась, и челюсти смыкаются.
Современные исследования показывают, что тут проявляет себя хемиосмос. Первое прикосновение пропускает потоки ионов кальция через мембраны сенсорных клеток, создавая электрический потенциал, которого недостаточно для схлопывания ловушки. Венерина мухоловка колеблется в своем решении. Она будет помнить это первое прикосновение до тех пор, пока сохраняется созданный им электрический потенциал. Но в целом порыв растения угасает по мере ослабления электрического потенциала – разве что он не обновится за счет быстрого получения новой информации в виде нового электрического импульса. Именно это и делает второе прикосновение к ловушке. Два заряда вместе генерируют электрический импульс, достаточно сильный для срабатывания ловушки. Память заключается в добавлении двух зарядов за короткий промежуток времени; отчасти похоже на человека-игрока, который получает две многообещающие подсказки, направляясь к букмекерам. С вычислительной точки зрения это своего рода переключатель «если А и В, то С». Если два прикосновения следуют друг за другом быстро, значит, нужно смыкать челюсти! При этом растение выделяет пищеварительные соки, превращая свои челюсти во временный, как выражался Дарвин, желудок102.
Растения используют различные механизмы для создания кратковременной и долговременной памяти и сохранения воспоминаний. Мы только что наблюдали, как венерина мухоловка задействует краткосрочную память, но растения также обладают долговременной памятью. Они способны помнить в течение нескольких часов, месяцев и даже лет. Большинство растений ощущает сезонные изменения в природе, замечая разницу в продолжительности дня и ночи103. Но когда дни и ночи почти одинаковой длительности, растение не знает, как себя вести; ему еще нужно знать, возрастает или падает температура. А для установления этой закономерности необходимы как минимум два набора данных, один из которых должен храниться в памяти. Некоторые растения помнят, что им довелось пережить недавно холодный или теплый период, и это обстоятельство помогает им различать осень (когда пора сбрасывать листву) и весну (когда листья следует выращивать).
Важные исследования долговременной памяти у растений связаны с изучением арабидопсиса, ибо некоторым видам требуется похолодание, прежде чем они смогут зацвести. Тут снова в игру вступают эпигенетические механизмы. В эукариотических клетках молекулы ДНК заперты в ядре, где они плотно и экономно «упакованы» вокруг белков (гистонов), этаких молекулярных катушек для шерсти. Каждый пучок при этом помещается внутри более крупного, и образуются плотные клубки хроматина. Когда необходимо экспрессировать ген, факторам транскрипции приходится внедряться через слои хроматина, находить нужную «нитку» ДНК и разматывать ее до тех пор, пока ген не станет возможным прочитать и выразить. Значит, устройство ДНК помогает определить, насколько легко получить и экспрессировать определенные гены. У таких растений, как арабидопсис, периоды холодной погоды, по-видимому, гарантируют сворачиваемость хроматина, и тем самым облегчается доступ к генам, необходимым
