Может ли растение звать на помощь, подвергнувшись нападению со стороны травоядных насекомых или их личинок? Подобные идеи высказывались учеными еще несколько десятилетий назад, но серьезного научного признания не получили. Тем не менее, в последние годы проведено немало исследований, подтверждающих наличие у растений химических сигналов защиты.
Не так давно мы писали о работе американских генетиков, выявлявших влияние условий среды на вкусо-ароматические качества культурных сортов хмеля. Как выяснилось, некоторые нюансы аромата не связаны напрямую с генами, а зависят от влияния внешних факторов. Так, в тех районах, где посадки хмеля страдают от сильного нашествия тли, растения прибегают к особой защитной реакции. Они начинают выделять повешенное количество специальных эфирных компонентов, привлекающих божьих коровок – главных пожирателей тли. Эти эфирные компоненты в итоге сказываются на ароматических особенностях, вызванных исключительно стрессовыми условиями произрастания.
Мы привели как раз один из примеров сигнала бедствия со стороны растений. Но таких примеров может оказаться гораздо больше, поскольку способность к подобным сигналам в растительном царстве, судя по всему, распространена значительно шире, и затрагивает даже такие распространенные культуры, как томаты.
В январе этого года были опубликованы результаты исследования ученых Университета штата Пенсильвания, изучавших воздействие на культурные растения гусеницы одного вида, известного как «томатный плодовый червь». Это вредоносное насекомое достаточно широко распространено в Новом Свете. Особо сильный ущерб оно наносит томатным плантациям на юге США. Хотя, по утверждение ученых, в «меню» томатного плодового червя входит порядка ста видов растений, включая такие культуры как соя, хлопок, кукуруза, клубника, перец и даже конопля.
Заслуга исследователей заключается в том, что они вскрыли сложные механизмы взаимодействия между агрессором и его жертвой. Что происходит с томатами, подвергшимися нашествию гусениц? Когда гусеницы начинают грызть листья, у тех раскрываются устьица, выделяя в воздух летучие химические соединения, привлекающие ос-паразитов. Осы откладывают яйца в тело гусениц, снижая тем самым их активность и численность. То есть томаты посылают паразитическим осам сигнал бедствия - аналогично тому, как это делают растения хмеля, защищаясь от тли. Считается, что в случае с томатным плодовым червем биологическая защита (то есть с помощью паразитических ос) является главным способом контроля над численностью данного вредителя.
Казалось бы, природа нашла здесь способ достижения необходимого баланса. Но не тут-то было. Ученые капнули глубже и выяснили, что гусеницы выработали весьма эффективный способ противодействия защитной реакции растений. То есть отреагировали на эту реакцию со своей стороны, нанеся, так сказать, ответный удар. Их способ оказался поистине изуверским. Образно говоря, они стали «затыкать рот» своей жертве, самым настоящим образом блокируя сигналы о помощи. Как оказалось, гусеница выделяет особый фермент, который препятствует открытию устьиц в листьях томата. По этой причине растения утрачивают саму возможность позвать на помощь своих защитников.
Как утверждают ученые, под воздействием фермента устьица закрываются в течение пяти минут. Продолжительность такого воздействия может растянуться на пару суток. Здесь нужно учитывать то, что сигнал бедствия распространяется среди всех растений, то есть происходит своего рода его последовательная ретрансляция. Но когда этот сигнал блокируется, соседние растения, до которых агрессор еще не успел добраться, находятся в полном «неведении» о том, что враг находится где-то рядом. То есть гусеницы, образно говоря, умудряются с первых шагов «усыпить бдительность» жертвы в границах всей плантации. Иными словами, закрытие устьиц меняет характер взаимоотношений во всём растительном сообществе.
До этого считалось, что количество летучих органических соединений контролируется исключительно скоростью их синтеза. Однако, как показывает исследование, все обстоит гораздо серьезнее. Сделав объектом своих манипуляций устьица, гусеницы не только препятствуют прямому выделению летучих компонентов, но также понижают эффективность газообмена, из-за чего замедляется их синтез. Кроме того, нужно учитывать, что устьица являются очень важными органами растений, играя ключевую роль в процессах их жизнедеятельности и роста. Например, они регулируют температуру и количество воды в листьях. Поэтому в случае затянувшейся засухи или аномальной жары последствия могут оказаться фатальными.
Для проверки своей гипотезы ученые, используя методы геномного редактирования, вывели особую «породу» гусениц, лишенных способности выделять указанный фермент. Затем в специальных камерах они позволили этим гусеницам питаться листьями томата, сои и хлопка – параллельно с другими, «необработанными» гусеницами. Чтобы выявить реакцию растений на фермент, команда ученых тщательно исследовала их листья, измерив под микроскопом размеры устьичных отверстий. После этого из фильтров-ловушек были извлечены летучие соединения и проведены соответствующие действия для идентификации и количественной оценки указанных компонентов. Влияние фермента подтвердилось для томатов и сои. Хлопок в этом плане оказался устойчивым.
Какие отсюда последуют практические выводы, пока еще неясно. На данном этапе делаются обобщающие умозаключения относительно эволюции травоядных насекомых, научившихся контролировать динамику выделения летучих органических соединений у растений. В то же время исследования в этом направлении будут продолжены. В настоящее время команда намерена изучить вопрос: имеет ли место подобное явление с другими видами гусениц? Как сообщается в американских СМИ, уже поданы заявки на гранты в организации, финансирующие академические исследования. Возможно, в области биологии назревают большие открытия, способные показать нам новые связи в живой природе, о чем мы долгое время не догадывались.
Николай Нестеров
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии