Układ nerwowy zwierząt tworzą wyspecjalizowane komórki – neurony. W wyniku różnicy stężenia naładowanych elektrycznie jonów, czyli pozbawionych elektronów cząstek – zwykle sodu, potasu i wapnia – powstają w nich impulsy elektryczne. Pozwala to na znacznie szybszą komunikację niż przesyłanie sygnałów czysto chemicznych.

Rośliny nie mają komórek wyspecjalizowanych do przysłania impulsów elektrycznych. Ale w ich tkankach przewodzących – łyku i drewnie – są także cienkie i długie komórki, które służą do transportu wody. Podobnie jak w neuronach, krążą w nich jony. Teoretycznie mogłyby przekazywać więc też sygnały elektryczne.

Dotychczas uważano, że rośliny polegają raczej na sygnałach chemicznych – hormonach roślinnych, które krążą wraz z sokami. To wolniejszy sposób komunikacji, a roślinom z pozoru nigdzie się nie spieszy. Pojawiały się jednak teorie, że rośliny czują i cierpią podobnie jak zwierzęta.

W przypadku owoców soki krążą tylko w jednym kierunku – od rośliny do owocu. Niewiele było badań, czy sygnalizacja działa także w drugą stronę – od owocu do rośliny. Postanowili to zbadać biolodzy z Uniwersytetu Federalnego w Pelotas w Brazylii.

Pomidory wiedzą, że są jedzone przez szkodniki

– Odkryliśmy, że owoce mogą przekazywać istotne informacje, takie jak atak szkodników, do reszty rośliny, co prawdopodobnie przygotowuje ją na atak – mówi prowadząca badania dr Gabriela Niemeyer Reissig.

Żeby to zbadać, jej zespół umieścił owoce pomidorów w klatkach Faradaya, czyli odizolował je od elektrycznych sygnałów z otoczenia. Do zakończeń łodyg roślin tuż przy owocach przyczepiono elektrody. Następnie mierzono napięcie przed, w trakcie i po tym, jak na owoce wypuszczono gąsienice słonecznicy orężówki (Helicoverpa armigera), groźnego szkodnika roślin.

Wyniki pomiarów wykazały, że jest wyraźna różnica między sygnałami przesyłanymi przed i po ataku żarłocznych gąsienic. – Aktywność elektryczna owoców zmienia się z sekundy na sekundę. Odkryliśmy wzorce takiej aktywności pojawiające się podczas ataku szkodników – mówi dr Niemeyer Reissig.

Naukowcy dokonywali także pomiarów sygnałów chemicznych w pozostałych częściach roślin. W odpowiedzi na uszkodzenia rośliny wydzielają nadtlenek wodoru (znany powszechnie jako woda utleniona), który chroni uszkodzone tkanki przed bakteryjnymi zakażeniami. Stwierdzono, że wydzielanie nadtlenku wodoru miało miejsce w innych miejscach rośliny, niż zjadane przez gąsienice owoce.

Prawdopodobnie więc owoce, które nie mogą przesyłać chemicznych sygnałów do rośliny, muszą sygnalizować atak za pomocą elektrycznych impulsów. Te z kolei uruchamiają „system obronny” w pozostałej części krzaka.

Elektrycznie monitorowane rośliny mogą być zdrowsze i trwalsze

Naukowcy podkreślają, że ich praca jest dopiero początkiem dalszych badań. Przeprowadzone pomiary wskazują tylko, że owoce pomidora mogą komunikować się z rośliną za pomocą impulsów elektrycznych. Uczeni nie badali, czy jest tak u innych roślin, jak dokładnie wygląda mechanizm powstawania sygnałów ani czy pojawiają się one w odpowiedzi na każde zagrożenie.

Badacze twierdzą jednak, że odkrycie może przyczynić się do bardziej przyjaznych dla środowiska metod ochrony roślin. Jeśli metody pomiaru elektrycznych sygnałów zostaną udoskonalone, będzie można je stosować w szklarniach i na polach. To pozwoli na wcześniejsze wykrywanie szkodników, gdy jeszcze jest ich mało i, co za tym idzie, na ograniczenie stosowania chemicznych środków ochrony roślin.

– Zrozumienie, jak komunikują się rośliny z owocami i owoce między sobą może pozwolić nam na sterowanie taką komunikacją. To może przełożyć się na jakość roślin, odporność na szkodniki oraz trwałość owoców w czasie transportu i przechowywania – dodaje dr Niemeyer Reissig.

Źródło: Frontiers in Sustainable Food Systems.