Главная » Статьи » Земледелие, пермакультура

Душа растений. Нейробиология растений.

Популярные синопсисы

По статье:
С. С. Пятыгин
Сравнительная характеристика потенциалов действия у животных и высших растений

Том 69, 2008. № 1, январь-февраль. Стр. 72-77

Александр Марков

Нейробиология растений: нервные импульсы без нервной системы

«Электромимоза» Mimosa pudica – растение, у которого впервые были обнаружены электрические сигналы, подобные нервным импульсам животных. Мимоза быстро складывает листочки в ответ на различные раздражающие стимулы. Скоординированное движение листочков осуществляется благодаря проведению тканями растения электрических «потенциалов действия». «Электромимоза» Mimosa pudica – растение, у которого впервые были обнаружены электрические сигналы, подобные нервным импульсам животных. Мимоза быстро складывает листочки в ответ на различные раздражающие стимулы. Скоординированное движение листочков осуществляется благодаря проведению тканями растения электрических «потенциалов действия».
«Электромимоза» Mimosa pudica – растение, у которого впервые были обнаружены электрические сигналы, подобные нервным импульсам животных. Мимоза быстро складывает листочки в ответ на различные раздражающие стимулы. Скоординированное движение листочков осуществляется благодаря проведению тканями растения электрических «потенциалов действия».

Хотя у растений нет ничего похожего на центральную нервную систему, они способны в ответ на различные раздражители генерировать распространяющиеся по организму электрические сигналы, напоминающие нервные импульсы животных. Эти сигналы не несут специфической информации о характере раздражителя и служат, по-видимому, для общей мобилизации защитных сил организма.

Хорошо известно, что у животных координация работы частей организма и целенаправленное поведение обеспечиваются в первую очередь деятельностью нервной системы. В ответ на те или иные стимулы нервные клетки генерируют электрический сигнал – потенциал действия (action potential), быстро распространяющийся по отросткам нейронов и передающийся от одного нейрона к другому при помощи специальных сигнальных молекул – нейромедиаторов – в местах межнейронных контактов (синапсах).

Гораздо меньше известен тот факт, что потенциалы действия (ПД) есть и у высших растений. Впервые их обнаружил около века назад индийский ученый Джагадис Чандра Бозе (Jagadish Chandra Bose), изучавший растение с двигательными реакциями – Mimosa pudica, которую иногда называют «электромимозой». Впоследствии ПД были обнаружены и у других высших растений.

Но у растений нет нервной системы, которая могла бы «анализировать» внешние сигналы и «принимать решения» на основе такого анализа. Нет у растений и специализированных образований, аналогичных аксонам – длинным отросткам нервных клеток, предназначенным для быстрого проведения электрических сигналов. В связи с этим, естественно, возникает вопрос: насколько сопоставимы по своим свойствам (внешним признакам, механизмам возникновения, функциональной роли) ПД у животных и растений.

Статья С. С. Пятыгина посвящена рассмотрению современных взглядов на эту проблему.

1. Общие характеристики ПД у животных и растений.

Сила ПД, то есть амплитуда импульсов, у животных и растений сходна: от нескольких десятков до сотни милливольт.

Генерация ПД и у животных, и у растений происходит по принципу «все или ничего». При возбуждении ниже порогового импульс не возникает совсем, а когда порог возбуждения достигнут, генерируется сразу максимальный по силе импульс. Сходен также и общий принцип распространения импульса: как у животных, так и у растений, распространение ПД основано на явлении «электротона» (возникновение ПД на данном участке клеточной мембраны приводит к самогенерации импульса в соседних покоящихся участках).

По сравнению с животными, у растений ПД «замедлены» на 3-4 порядка. У животных длительность самого ПД и рефрактерного периода измеряется миллисекундами, у растений – секундами и десятками секунд (рефрактерный период – время, в течение которого клетка, сгенерировавшая ПД, остается невосприимчивой к новым стимулам и не может в ответ на них сгенерировать новый ПД). Соответственно и скорость распространения ПД у растений на несколько порядков ниже, чем у животных.

У животных принцип «все или ничего» не лишает нейроны возможности передавать информацию о силе раздражителя. Хотя сами по себе все ПД одинаковы по силе, в ответ на более мощный раздражитель нейрон может выдать серию из множества ПД, быстро следующих один за другим – нечто вроде «пулеметной очереди». У растений, напротив, ПД обычно одиночные, лишь изредка наблюдаются растянутые во времени серии из нескольких импульсов. По-видимому, ПД у растений обычно не несут практически никакой информации о специфике раздражителя. Многие исследователи считают растительные ПД неспецифическими электрическими сигналами.

Правда, недавно в литературе появились сообщения об обнаружении у некоторых растений ритмически повторяющихся ультрабыстрых ПД, скорость распространения которых сопоставима со скоростью распространения нервных импульсов (Volkov A. G., Collins D.J., Mwesigwa J. 2000. Plant Sci. V. 153. P. 185-190). Но С. С. Пятыгин отмечает, что растениям, лишенным нервной системы (как кодирующего и декодирующего органа) просто незачем генерировать серии таких ультрабыстрых ПД, и поэтому данное открытие, скорее всего, представляет собой очередной артефакт (ошибку).

Роль «нервов» у растений играют проводящие пучки, которые по своему строению и «кабельным свойствам» отдаленно напоминают нервы животных. Считалось, что основную роль в проведении нервных импульсов играют клетки пучковой паренхимы, связанные друг с другом при помощи цитоплазматических «мостиков» - плазмодесм. В последнее время появились сведения об участии в проведении импульсов также и клеток флоэмы – ситовидных трубок.

Душа растений. Нейробиология растений.

2. Механизмы генерации ПД у животных и растений.

В основе генерации ПД у растений и животных лежит возникновение пассивных ионных потоков через ионные каналы клеточной мембраны. В нервной клетке в «спокойном состоянии» мебрана поляризована: наружная сторона заряжена положительно, внутренняя – отрицательно. При возникновении ПД в мембране открываются ионные каналы, пропускающие ионы натрия. Положительно заряженные ионы натрия устремляются внутрь клетки, что приводит к деполяризации мембраны. Деполяризованный участок мембраны стимулирует такую же деполяризацию соседних участков – так распространяется ПД.

У растений ПД – это тоже деполяризация мембраны, но, в отличие от животных, она возникает не за счет входящего тока ионов натрия, а за счет исходящего тока ионов хлора. Кроме того, в генерации ПД у растений (в отличие от животных) важную роль играет активная работа «протонного насоса», выкачивающего протоны (H+) из клетки.

После деполяризации мембрана снова поляризуется за счет исходящего тока ионов калия – это справедливо как для животных, так и для растений.

3. Функциональная роль ПД у животных и растений.

С животными все более-менее понятно. В ответ на те или иные стимулы нейроны генерируют серии ПД, поступающие в центральную нервную систему. Эти ПД несут информацию о силе стимула, а также о его характере, поскольку разные нейроны реагируют на разные стимулы. В центральной нервной системе эта информация в той или иной степени интерпретируется и анализируется, и в конечном итоге генерируются новые ПД – управляющие команды органам тела, которые обеспечивают адекватную реакцию организма на полученный сигнал. Интерпретация и анализ могут быть предельно просты, однако в целом весь контур должен состоять как минимум из двух частей – «центростремительной» (несет сигнал от рецепторов к ЦНС) и центробежной (передает сигнал от ЦНС к органу, который должен осуществить функциональный ответ на стимул).

У растений цепь событий должна быть радикально короче, поскольку у них нет никаких структур, хотя бы отдаленно соответствующих по своему назначению центральной нервной системе. Нет у растений и специализированных рецепторных клеток, ответственных за различение внешних стимулов.

У растений этап рецепции (восприятия) и эффекторный ответ (реакция организма на сигнал) связаны воедино. Возникает одиночный импульс, который не может нести никакой информации о специфике раздражителя. Этот импульс оказывает неспецифическое модулирующее влияние на ряд физиологических процессов на всем пути распространения по растению. Учитывая большую длительность ПД у растений, а также значительные электрические, ионнные и метаболические сдвиги при его генерации и распространении, можно сказать, что сам ПД является частью инициируемого неспецифического «ответа» растения на раздражитель. По мнению С. С. Пятыгина, растительный ПД может быть эффективным сигналом о стрессирующем факторе, если в процессе распространения по растению он сам ведет себя подобно стрессору, то есть имитирует его влияние.

С. С. Пятыгин отмечает, что развитие стресса у растений, если оно не приводит к истощению ресурсов надежности, завершается переходом организма в состояние повышенной устойчивости к стресс-факторам. Это состояние у растений может развиваться не только под непосредственным влиянием стрессора, но и под влиянием ПД. Это явление получило название «ПД-индуцированной предадаптации».

В целом, несмотря на некоторые черты сходства.с нервным импульсом, ПД у высших растений представляет собой во многом уникальный системный сигнал. Основная роль его, по-видимому, состоит в «имитации неспецифического влияния потенциально значимых для жизнедеятельности факторов за пределами зоны раздражения».

Дальнейшему изучению ПД у растений несомненно будет способствовать недавнее (в самом начале XXI в) появление новой научной дисциплины – нейробиологии растений (Brenner et al. 2006).





Источник: http://elementy.ru/genbio/synopsis?artid=161
Категория: Земледелие, пермакультура | Добавил: Admin (15.05.2012)
Просмотров: 1645 | Теги: растения, нейробиология

Нравится

Дополнительные социальные закладки Ещё? |  Избранное Избранное  ВКонтакте Одноклассники.ru Facebook Twitter Memori.Ru Google Liveinternet LiveJournal


Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
купить иван-чай оптом экопоселения пермакультура РПЦ кедр СМИ энергетика сад здоровье школа огород печь вода овсинский хольцер биогаз водород плодородие мульча ветряк гэс картофель репа история кризис право плуг саман мясо пчелы стройка медицина сытин вакцины неизлечимые биогумус ЭМ пирамида дрожжи ветом живая речь купол ТВ еда вселенная ДНК звук торсионный руны здрава магия глина 2012 пиво ива зрение обрезание солнцееды мыло травы русский чакры рак АПК библия слава Богу революции курс доллара Лев Толстой наука табак митинги новый год Энштейн сила биолокация Святая Русь война община плести косы косички купить пульт для телевизора иван-чай полезные свойства, иван-чай противопоказания