Rejtett vészjelzéseket küldenek a növények gyökerei sérüléskor

A növények nem tudnak elmenekülni a rájuk támadó kártevők elől, ezért egészen más védekezési stratégiákra van szükségük. Egy új kutatás most azt mutatta ki, hogy amikor a gyökér egyik része megsérül, a növény rendkívül gyors „riasztást” képes továbbítani a gyökérrendszer más részei felé.

A jelzés első lépése nem egy lassan terjedő kémiai üzenet, hanem a sejtek belső nyomásának hirtelen megváltozása. Az így kialakuló hidraulikus nyomásváltozás végighalad a gyökérrendszeren, ahol más sejtek érzékelik, majd elektromos és kalciumjelekké alakítják. Az ép gyökérrészek így még azelőtt megkezdhetik a védekezés előkészítését, hogy maguk is megsérülnének.

Egy sérülés az egész gyökérrendszert riaszthatja

A Würzburgi Egyetem kutatói a lúdfű nevű modellnövényt vizsgálták. A gyökereken mesterséges sérüléseket hoztak létre, miközben érzékeny műszerekkel követték a sejtek elektromos állapotát és kalciumszintjét.

Az eredmények szerint a sérülés helyén azonnal megváltozott a sejtek elektromos feszültsége. Minél nagyobb volt a sérülés, annál erősebb és hosszabb ideig tartó választ mértek.

A legérdekesebb eredmény azonban akkor született, amikor a kutatók a növény más oldalgyökereit figyelték. Az elektromos válasz ott is rendkívül gyorsan megjelent, vagyis a sérülés híre képes volt a gyökérrendszer egyik részéről egy másikra eljutni.

A nyomásváltozás lehet a növény gyors riasztórendszere

A növényi sejtekben jelentős belső, úgynevezett turgornyomás uralkodik. Ez többek között hozzájárul ahhoz, hogy a növény szövetei megtartsák alakjukat.

Amikor azonban egy gyökérsejt megsérül, ez a nyomás hirtelen leesik. A kutatók szerint a változás hidraulikus hullámként terjed tovább a növény szöveteiben.

A mérések alapján ez a jel körülbelül 75 millimétert képes megtenni másodpercenként. Ez nagyjából tízezerszer gyorsabb volt a vizsgálatban megfigyelt helyi kalciumhullám terjedésénél.

A növény tehát a fizika egyik legegyszerűbb jelenségét, a nyomásváltozást használhatja arra, hogy rendkívül gyorsan továbbítsa a veszély hírét.

Apró fehérjék érzékelik a „vészjelzést”

A nyomáshullám önmagában még nem elegendő. A növénynek érzékelnie is kell, hogy valami megváltozott.

Ebben játszanak fontos szerepet az MCA1 nevű mechanoszenzitív ioncsatornák. Ezek mikroszkopikus érzékelőként reagálnak a fizikai változásra, és segítenek azt elektromos, illetve kalciumjelekké alakítani.

Amikor a kutatók olyan növényeket vizsgáltak, amelyekből hiányzott az MCA1, a másik gyökérben mérhető elektromos válasz jelentősen gyengébb lett. Ez arra utal, hogy az MCA1 a rendszer egyik kulcsfontosságú érzékelője.

A növény felkészülhet a következő támadásra

A gyors riasztásnak biológiai következménye is van. A sérülést követő órákban a kutatók a szomszédos gyökerekben az etilénhez és a jázmonáthoz kapcsolódó folyamatok fokozott aktivitását figyelték meg.

Mindkettő fontos szerepet játszik a növények stressz- és védekezési reakcióiban. A rendszer tehát lehetőséget teremthet arra, hogy a még sértetlen gyökérrészek időben felkészüljenek egy közelgő veszélyre.

Érdekes módon a föld alatti riasztórendszer eltér attól, amit a levelekben figyeltek meg. A gyökerekben a jel erőssége a távolsággal fokozatosan csökken.

A kutatók szerint ennek evolúciós magyarázata is lehet: a talajban mozgó kártevők általában jóval lassabban haladnak, mint a növény felszínén mozgó rovarok, ezért nincs feltétlenül szükség arra, hogy ugyanolyan erős figyelmeztetés jusson el a növény minden részéhez.