Jeszcze w połowie XX wieku dominował pogląd, że rośliny są zasadniczo pasywne. Reagują na bodźce, ale nie “przetwarzają informacji”. Taki sposób myślenia był wygodny, bo pasował do prostego podziału: zwierzęta – aktywne, rośliny – statyczne.
Czytaj też: Rośliny potrafią hakować własne systemy wzrostu. Ten metabolit okazał się mistrzem manipulacji
Ten obraz zaczął się zmieniać wraz z rozwojem fizjologii roślin, biologii molekularnej i ekologii chemicznej. Okazało się, że rośliny odbierają setki sygnałów środowiskowych jednocześnie i integrują je w spójną odpowiedź fizjologiczną. Regulują ekspresję genów, gospodarkę hormonalną i metabolizm wtórny. To nie są reakcje przypadkowe ani wyłącznie lokalne. Kluczowe było uświadomienie sobie, że informacja w biologii nie musi być związana z układem nerwowym.
Lotne związki organiczne: chemiczne alarmy w powietrzu
Jednym z najlepiej poznanych mechanizmów komunikacji między roślinami jest emisja lotnych związków organicznych (LZO). Należą do nich m.in. terpeny, aldehydy, alkohole i estry.
Gdy roślina zostaje uszkodzona przez roślinożercę, w jej tkankach aktywują się szlaki kwasu jasmonowego i kwasu salicylowego. To prowadzi do syntezy konkretnych mieszanin LZO, które są uwalniane do atmosfery. Co istotne, skład tych mieszanin różni się w zależności od rodzaju zagrożenia. Inny sygnał pojawia się przy mechanicznym uszkodzeniu liścia, inny przy żerowaniu owadów.
Badania Richarda Karbana i Iana Baldwina z lat 90. i 2000. pokazały, że sąsiednie rośliny, wystawione na działanie tych związków, uruchamiają geny obronne jeszcze przed atakiem. Zwiększają produkcję inhibitorów proteaz, alkaloidów czy fenoli. Efekt jest mierzalny: owady rosną wolniej lub unikają takich roślin.
Jeszcze ciekawsze jest to, że część sygnałów chemicznych nie jest skierowana do innych roślin, ale do… drapieżników roślinożerców. W eksperymentach prowadzonych na kukurydzy wykazano, że rośliny atakowane przez gąsienice emitują LZO, które przyciągają pasożytnicze osy. Te składają jaja w ciałach gąsienic, ograniczając ich populację. Roślina nie broni się bezpośrednio. Uruchamia biologiczny łańcuch zależności.
Podziemny internet: mikoryza jako kanał informacji
Przełomem w myśleniu o komunikacji roślin były badania nad sieciami mikoryzowymi. Grzyby mikoryzowe tworzą symbiozę z ponad 80 proc. roślin lądowych. Ich strzępki łączą systemy korzeniowe różnych osobników, często należących do różnych gatunków.
Zespół Suzanne Simard wykazał, że przez takie sieci może dochodzić do transferu węgla znakowanego izotopami, fosforu i azotu. Ale nie tylko. W późniejszych badaniach pokazano, że przez mikoryzę mogą przechodzić także sygnały stresowe.
Jeśli jedna roślina zostaje zaatakowana przez patogeny, u sąsiadów połączonych tą samą siecią szybciej aktywują się geny odpornościowe. Dzieje się to nawet wtedy, gdy rośliny nie mają kontaktu powietrznego.
To sugeruje istnienie podziemnego systemu przesyłu informacji, który działa równolegle do sygnalizacji chemicznej nad ziemią.
Pamięć bez mózgu
Komunikacja roślin nie dotyczy wyłącznie relacji “roślina-roślina”. Równie ważne są sygnały wewnątrz jednego organizmu. W tym przypadku kluczową rolę odgrywają sygnały elektryczne i fale jonów wapnia.
Już w latach 60. wykazano, że rośliny generują potencjały czynnościowe i potencjały zmienne, podobne w naturze do impulsów nerwowych, choć wolniejsze. Nowoczesne badania, m.in. zespołu z Uniwersytetu w Würzburgu, pokazały, że uszkodzenie liścia prowadzi do fali sygnału wapniowego, która rozprzestrzenia się po całej roślinie.
Ten sygnał reguluje ekspresję setek genów odpowiedzialnych za odpowiedź obronną. Co istotne, sygnał ten może być modulowany. Roślina “rozróżnia”, czy została uszkodzona mechanicznie, czy przez owada, ponieważ ślina owada zawiera specyficzne cząsteczki sygnałowe. To już nie jest prosta reakcja. To analiza bodźca.
Coraz więcej badań wskazuje, że rośliny wykazują formy pamięci fizjologicznej. Nie w sensie świadomym, ale molekularnym. Przykładem jest tzw. priming, czyli “przygotowanie” na przyszły stres.
Roślina, która wcześniej doświadczyła suszy lub ataku patogenu, reaguje szybciej i silniej przy kolejnym zdarzeniu. Zmiany te są związane z modyfikacjami epigenetycznymi, takimi jak metylacja DNA czy zmiany w strukturze chromatyny. Co więcej, w niektórych przypadkach taki “ślad pamięci” może być przekazywany potomstwu. To oznacza, że informacja o środowisku może przetrwać więcej niż jedno pokolenie, bez zmiany sekwencji DNA.
Granice metafory
Mówienie, że rośliny “rozmawiają”, jest skrótem myślowym. Użytecznym, ale niebezpiecznym. Rośliny nie mają intencji, świadomości ani semantyki sygnałów. Ich komunikacja nie polega na przekazywaniu znaczeń, lecz na fizykochemicznym oddziaływaniu cząsteczek i jonów.
Czytaj też: Rośliny “przeciekają” i nie jest to dobra wiadomość
Jednocześnie odrzucanie terminu “komunikacja” bywa równie mylące. Jeśli informacja jest przekazywana, odbierana i prowadzi do zmiany zachowania odbiorcy, to spełnia roboczą definicję komunikacji biologicznej. Problem nie leży w danych. Leży w języku, którym próbujemy je opisać.
Zrozumienie komunikacji roślin ma konsekwencje praktyczne. W rolnictwie pozwala projektować systemy upraw, które lepiej wykorzystują naturalne mechanizmy obronne. W leśnictwie zmienia podejście do monokultur i niszczenia sieci mikoryzowych. W ekologii pomaga przewidywać skutki zmian klimatu, bo stres jednej części ekosystemu może szybko rozprzestrzeniać się na inne.
To także wyzwanie filozoficzne. Pokazuje, że złożoność biologiczna nie wymaga mózgu. Że inteligentne zachowania mogą wyłaniać się z sieci prostych procesów chemicznych.