Uczenie się, dbanie o krewnych, komunikacja, nawet potrzeba snu – te cechy nie są już wyłącznie domeną zwierząt. Badacze coraz częściej mówią o inteligencji roślin, które mają nawet własny „internet”!
Karol Darwin twierdził, że rośliny rosną głową do dołu, bo namiastkę mózgu mają w końcówkach korzeni. Do takich wniosków doszedł po serii doświadczeń. Wykazał, że korzenie odbierają w tym samym czasie różne bodźce: dotyk, światło, wilgoć czy siłę ciążenia. W zależności od warunków otoczenia decydują, na który z tych sygnałów odpowiedzą najsilniej. Oryginalna koncepcja Darwina poszła w zapomnienie na ponad 120 lat.
Nabrała rumieńców niedawno, gdy zaczęto mówić, że rośliny mają zdolności poznawcze, podejmują decyzje, przejawiają zachowania i proste formy inteligencji. A największą inicjatywą rzeczywiście wykazują się korzenie! Zachowanie kojarzy się nam z ruchem. I po zachowaniu oceniamy inteligencję zwierząt. Zwierzęta poruszają się, dzięki czemu zdobywają pokarm, unikają drapieżników, rozmnażają się. A rośliny? Z pozoru tylko tkwią tam, gdzie zapuściły korzenie. Jednak ten bezruch jest mylący. W świecie roślin toczą się wojny, kwitnie handel, zawiązywane są sojusze – tyle że najczęściej w ogóle tego nie dostrzegamy.
Uciekają i polują
Podziemne „mózgi” potrafią chociażby podjąć decyzję o ucieczce. Tak bowiem można traktować reakcję korzeni na światło. Zaczynają szybciej rosnąć i skręcają w stronę ciemności, podobnie jak wtedy, gdy czubek korzenia zostaje zraniony albo znajdzie się w miejscu o dużej zawartości soli czy toksycznych metali ciężkich. Szybkość przydaje się też, gdy trzeba znaleźć pokarm i wodę. Korzenie bez pudła określają trasę wiodącą do cennych zasobów. Ekstremalny przykład takiego zachowania odkryto na plażach. Korzenie trawy zwanej piaskownicą krótkoszyjkową przebijają skorupki jaj żółwi i przyswajają ukryte w nich składniki pokarmowe. Małe gady wylęgają się po 10–11 tygodniach, więc trzeba się spieszyć. Na plażach w okolicach australijskiego Melbourne korzenie atakują blisko jedną czwartą żółwich gniazd znajdujących się w odległości 2–3 m od wydm. Nic dziwnego – przez resztę sezonu plaża to miejsce dość jałowe.
Podziemny świat jest także areną walki między roślinami, bo to tam kryje się większa część ich organizmów. Przykładowo korzenie jęczmienia mają powierzchnię do 130 razy większą niż jego nadziemna część. Znajdowanie sposobów na jak najskuteczniejsze czerpanie z tego, co oferuje gleba, to najlepszy przykład roślinnej inteligencji – uważa prof. Frantisek Baluška z Universität Bonn, który od ponad 20 lat bada korzenie. W czasie wzrostu muszą one nieustannie rozwiązywać problemy: jak szybko dotrzeć do żyznego miejsca, jak uniknąć konkurencji lub ją pokonać. Krewnych zwykle oszczędzają.
Trzymają się razem
Zwierzęta poznają swoich krewniaków po wyglądzie, głosie, zapachu, nawet smaku. A rośliny? Wymiana informacji może odbywać się za pośrednictwem uwalnianych substancji – lotnych i rozpuszczonych w glebie – lub impulsów elektrycznych. Największą aktywność elektryczną odnotowano w strefie przejściowej między czapeczką korzeniową a strefą wydłużeniową. Sama informacja zaś przekazywana jest w całej roślinie przez wyspecjalizowane komórki floemu, czyli łyka (tkanki przeznaczonej do transportu produktów fotosyntezy). To one przesyłają sygnał elektrochemiczny – są więc odpowiednikami neuronów w układzie nerwowym zwierząt.
Z rodziną – czyli osobnikami tego samego gatunku lub pochodzącymi z nasion od tej samej „matki” – wiele gatunków rośnie zgodnie, korzeń w korzeń. W tym także przypominają zwierzęta, które dzielą się pokarmem wyłącznie z najbliższymi krewnymi. Niektóre rośliny – np. rosnący w cienistych lasach niecierpek – nie mają problemów z niedostatkiem wody czy składników pokarmowych w glebie, ale ze zbyt małą ilością światła. Gdy niecierpek spotka krewniaka, przyspiesza wzrost, odchyla się na bok, ustawia liście tak,by go nie zacieniać. Reaguje tak tylko nadziemna część (liście i pędy), ale wyłącznie wtedy, gdy stykają się korzenie obu roślin.
Rywali należy unikać, szczególnie gdy warunki życia są trudne. W spieczonej przez słońce ziemi korzenie rosnących razem drzew akacji, rzewni i eukaliptusów nigdy się nie przeplatają, lecz starannie zachowują dystans. Ale z konkurencją można też bez pardonu walczyć. Drzewa brzoskwini wycinają w pień lucernę i koniczynę, zaś orzech czarny nie toleruje w pobliżu pomidora, ziemniaka i jabłoni. Walka toczy się pod ziemią. Do ukrytych pod nią części roślin trafia blisko jedna trzecia produktów fotosyntezy. Rośliny mogą wytwarzać przeróżne fenole, flawonoidy, cukry, kwasy organiczne, aminokwasy i białka – część z nich to niezwykle skuteczna broń. Najgroźniejsze okazują się: nikotyna, morfina, strychnina i cyjanowodór.
Co więcej, podziemna część rośliny potrafi zdalnie sterować zachowaniami cudzych liści. „Korzenie niektórych gatunków, gdy pojawią się w gęsto zasiedlonym miejscu, wydzielają substancje zmuszające inne osobniki do zamykania aparatów szparkowych. Tym samym sprawiają, że konkurencja gorzej się rozwija.
Mająca takie możliwości roślina rośnie szybciej, zyskując nad innymi przewagę w walce o dostęp do światła” – mówi prof. Przemysław Wojtaszek z Zakładu Biologii Molekularnej i Komórkowej UAM w Poznaniu. Obrona przed wrogami mającymi apetyt na liście może być także zarządzana spod ziemi. Bronią tytoniu jest nikotyna – toksyczna dla większości roślinożerców. Jej produkcja przebiega w korzeniach, skąd jest transportowana do zranionych liści, które stają się dzięki niej niejadalne. Ale sygnałem do uruchomienia tej obrony jest pierwszy atak wroga.
Rośliny są w stanie nie tylko poczuć, że coś je atakuje, ale też dzielą się tą informacją z sąsiadami. Robią to najczęściej za pośrednictwem substancji lotnych. Komunikat odbierają odległe od miejsca ataku partie tej samej rośliny oraz jej krewniaczki rosnące w pobliżu. Wystarczy, że liście nietkniętej jeszcze przez szkodniki rośliny odebrały chemiczne SOS sąsiada, by także w ich komórkach nastąpiła mobilizacja do walki, czyli produkcja toksyn.
Prof. Baluška uważa to zachowanie za przejaw życia społecznego. Informacja o zagrożeniu może być bardzo szczegółowa. Roślina odróżnia żuwaczki głodnego owada od sekatora ogrodnika. W liściu fasoli limeńskiej przeciętym nożyczkami uruchamiana jest produkcja związków chemicznych, które przyspieszają gojenie i sterylizują ranę. Sąsiednie rośliny nie rozpoczynają zbrojeń, jednak subtelne chemiczne zmiany w ich komórkach wskazują, że „wiedzą”, iż obok coś się wydarzyło. Pełna mobilizacja do walki następuje dopiero po tym, jak do rany trafia kropla owadziej śliny. Ponadto rośliny dużo silniej reagują na obecność owadów takich jak gąsienice, które mogą je zjeść do ostatniego listka, niż np. mszyc, które je tylko osłabią.
Oczywiście rośliny mogłyby po prostu mieć cały czas niejadalne liście. Ale produkcja naturalnej broni chemicznej jest kosztowna, bo zużywa zasoby, które można poświęcić na wzrost i produkcję nasion. Dlatego reakcja obronna wymaga inteligentnego szacowania niebezpieczeństwa i dobrej komunikacji.
Uczą się i pamiętają
Nie może być mowy o inteligencji bez stałego procesu nauki. Z najnowszych badań wynika, że rośliny uczą się właśnie reakcji obronnej. Jeśli już miały pierwszy kontakt z wrogiem, reagują szybciej i skuteczniej przy ponownym jego ataku. Jednocześnie zwiększa się ich odporność także na nieznane mikroby czy owady. Takie niezwykłe zdolności, przypominające działanie zwierzęcego układu immunologicznego, odkryto u papryki, pomidora, soi oraz jęczmienia. Co więcej, rośliny przekazują zwiększoną odporność potomstwu.
Dzika rzodkiew zwyczajna, na której liściach żerowały gąsienice, produkuje nasiona, z których wyrastają siewki mniej smakowite dla agresorów niż te, które pochodzą od rośliny nigdy nie uszkodzonej. Zawierają one więcej substancji o ostrym smaku, a ich liście gęściej pokrywają włoski gruczołowe. Od niedawna wiadomo, że poza wydzielaniem olejków lotnych włoski te pełnią także rolę niezwykle czułych detektorów ruchu.Gdy gąsienica dopiero pełznie po liściu pomidora, w jego komórkach już rozpoczynają się przygotowania do obrony.
Nie tylko zranienie zwiększa odporność roślin. Polski zespół naukowców pod kierunkiem prof. Stanisława Karpińskiego ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie dowiódł, że skuteczną szczepionką na ich choroby bywa światło o odpowiedniej długości fali.
Ale nie byłoby to możliwe, gdyby rośliny nie zapamiętywały, jaką dawkę słońca otrzymały. A jego promieniowanie się zmienia – latem i w środku dnia więcej jest światła niebieskiego; rano i wieczorem, a także na jesieni i zimą, dominuje czerwone. „A złe zawsze atakuje w ciemności lub w cieniu – patogeny nie znoszą ostrego światła. Inne choroby nękają rośliny w lecie, a inne na jesieni” – mówi prof. Karpiński. Badany przez niego rzodkiewnik poddany działaniu takich samych dawek światła o różnych kolorach (czerwonym lub niebieskim) uodparniał się na ataki typowych dla danej pory roku chorobotwórczych bakterii i grzybów. Reakcja obronna pojawia się w całym organizmie – tym silniejsza, im więcej czasu upłynęło od naświetlania. To oznacza również, że rośliny zapamiętują, ile światła dostały.
Nawet potrzeba snu przestała być wyłącznie zwierzęcą domeną. Liście roślin motylkowatych – fasoli, mimozy i robinii akacjowej – codziennie „idą spać”. Opuszczają się wieczorem, a podnoszą z nastaniem dnia. Nikt dotąd nie wyjaśnił, po co rośliny wykonują ruchy senne. Według jednej z hipotez jest to unikanie jaskrawego światła księżyca, które mogłoby zakłócić działanie wewnętrznego zegara rośliny, nastawianego przez długość okresów światła i ciemności. Wyizolowano substancję, która powoduje, że liście nie stulają się na noc. Po dwóch tygodniach aplikowania środka wywołującego „bezsenność” liście obumierały. Zupełnie jak szczury w laboratorium, którym nie pozwalano spać. Wielu naukowców badających reakcje roślin zaczyna używać określeń „neurologia roślin” czy neurobotanika. Czy to możliwe, by czuły i cierpiały podobnie jak zwierzęta? Jeśli uda się to potwierdzić, wegetarianie i weganie będą mieli twardy orzech do zgryzienia.
Wielka podziemna sieć
Korzenie roślin mają sojuszników w ciężkiej walce o przetrwanie – są nimi grzyby żyjące w glebie. Mikoryza, czyli tandem roślinno-grzybowy, ma historię liczącą ok. 460 mln lat. Korzenie wspomagane przez gęstą sieć delikatnych strzępków mają kilkaset razy większą powierzchnię chłonną. Grzyby mogą transportować składniki pokarmowe oraz wodę z miejsc, do których nie sięgnęłaby sama roślina. Potrafią też dobrać się do zasobów niedostępnych dla ich zielonych partnerów. Niektóre związki fosforu i wapnia znajdujące się w glebie nie rozpuszczają się w wodzie. Wystarczy jednak, że grzyb wyprodukuje kwas węglowy i uwolni go do otoczenia, by rośliny mogły wchłonąć niezbędne im substancje.
Do niedawna sądzono, że mikoryza to tylko prosta wymiana towarowa. Roślina oferuje produkty fotosyntezy, aminokwasy i witaminy z grupy B, a w zamian otrzymuje od grzyba makro- i mikroelementy oraz hormony. Jednak natura tego sojuszu jest o wiele bardziej skomplikowana:
Mikoryza zapewnia korzeniom ochronę przed atakiem chorobotwórczych grzybów oraz mikroskopijnych szkodników – nicieni.
Za pośrednictwem sieci podziemnych powiązań (tzw. grzybokorzenia) rośliny wspierają się wzajemnie. Stare daglezje pomagają rosnąć młodym drzewkom, oferując ich korzeniom zastrzyk węgla, azotu i wody. To kolejny argument za tym, by nie czyścić lasu ze starych, nawet mocno spróchniałych drzew.
W ten sam sposób nawiązywane są sojusze międzygatunkowe w mieszanym lesie, gdzie drzewa iglaste rosną obok liściastych. Brzoza papierowa śle dostawy węgla dla rosnących opodal młodych drzewek daglezji. Siewki dostawały większe „paczki żywnościowe” w środku lata, gdy znajdowały się w głębokim cieniu w pełni rozwiniętych liści wyższych od nich roślin. Na wiosnę i jesienią brzozy pozbywają się liści, a wraz z nimi tracą produkcyjną moc. Zimozielona iglasta daglezja może się wtedy odwdzięczyć – strumień związków węgla płynie w kierunku brzozy.
Uczeni z Południowo- chińskiego Uniwersytetu Rolniczego dowiedli niedawno, że rośliny pomidora, gdy ich liściom zagrażają chorobotwórcze grzyby, wysyłają ostrzeżenie o ataku podziemnym „łączem internetowym”. Inne osobniki, nawet jeśli same nie są jeszcze bezpośrednio zagrożone chorobą, uruchamiają mechanizmy obronne.
Wszystkie zdjęcia pochodzą z artykułu.
