Ερευνώντας βαθύτερα τους κρυφούς τρόπους με τους οποίους επικοινωνούν τα φυτά, ερευνητές του Πανεπιστημίου Saitama παρατήρησαν οπτικά αλλά και κατέγραψαν σε βίντεο τη μετάδοση και λήψη «προειδοποιητικών» σημάτων από φυτά που έχουν υποστεί στρες ή τραυματισμό προς τα γειτονικά τους. Μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα από τον τραυματισμό τους, εκπέμπουν μια λεπτή ομίχλη αερομεταφερόμενων ενώσεων, σηματοδοτώντας στα άλλα φυτά να ενισχύσουν τις άμυνές τους.
Από τις αρχές της δεκαετίας του 1980, οι επιστήμονες γνωρίζουν την αλληλεπίδραση μεταξύ των φυτών, που ονομάζεται «φυτική ωτακουσία».
Τα φυτά που έχουν υποστεί κάποια βλάβη, είτε από ανθρώπινο χέρι είτε από έντομα, εκπέμπουν πτητικές οργανικές ενώσεις (VOC) οι οποίες γίνονται αντιληπτές από άλλα φυτά που βρίσκονται εκεί κοντά. Ιτιές Σίτκα και λεύκες επέδειξαν αντιφυτοφάγες ιδιότητες όταν εκτέθηκαν σε VOC. Το ίδιο συνέβη και με 30 άλλα είδη φυτών, όπως τα φασόλια λίμα, ο καπνός, η ντομάτα, η αρτεμισία και η αραβίδοψις.
Ωστόσο, αυτή η σηματοδότηση δεν είχε παρατηρηθεί σε πραγματικό χρόνο μέχρι πρόσφατα, πόσο μάλλον καταγραφεί σε βίντεο. Στη μελέτη που πραγματοποίησε, ο καθηγητής Μασατσούγκου Τογιότα [Masatsugu Toyota] του Πανεπιστημίου Saitama και η ομάδα του εξέθεσαν την αραβιδόψι, ένα φυτό μουστάρδας, σε δύο τύπους VOC – (Z)-3-hexenal και (E)-2-hexenal – και τα δύο αλδεΰδες με έξι άτομα άνθρακα. Αυτά είναι επίσης γνωστά ως πτητικές ουσίες πράσινων φύλλων (GLV) και εκπέμπουν μια έντονη μυρωδιά γρασιδιού.
Δεν ήταν μια φυσική κατάσταση. Οι κάμπιες, που είχαν συλληφθεί σε ένα μπουκάλι, τράφηκαν με φύλλα που κόπηκαν από φυτά τομάτας και εξετάστηκε το περιεχόμενο των αερίων. Η συγκέντρωση που προέκυψε στη συνέχεια διοχετεύθηκε με αέρα στο φυτό-δέκτη, εμποτίζοντάς το με πτητικές ενώσεις.
«Κατασκευάσαμε εξοπλισμό για να αντλούμε τις πτητικές οργανικές ενώσεις που εκπέμπονται από τα φυτά τα οποία τρώνε κάμπιες προς γειτονικά φυτά που δεν έχουν υποστεί ζημιά και τον συνδυάσαμε με ένα σύστημα φθορισμού ευρείας εμβέλειας σε πραγματικό χρόνο», δήλωσε ο κος Τογιότα, μοριακός βιολόγος και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, σε δημοσίευση που έχει αξιολογηθεί από ομοτίμους. «Εκτός από τις επιθέσεις εντόμων, οι VOC που εκλύονταν από τα φύλλα που είχαν σπάσει με το χέρι προκάλεσαν την εκπομπή σημάτων [ιόντων ασβεστίου] σε γειτονικά φυτά που δεν είχαν υποστεί ζημιά».
Τα φυτά αραβιδόψις τροποποιήθηκαν γενετικά έτσι ώστε ορισμένα κύτταρα να περιέχουν φθορίζοντες αισθητήρες πρωτεΐνης. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να παρατηρήσουν εκρήξεις φθορίζοντος πράσινου χρώματος να διαχέονται στα φύλλα του φυτού, καθώς ο αμυντικός μηχανισμός του ενεργοποιήθηκε από την έκθεση στην πτητική ένωση.
Οι φθορίζοντες αισθητήρες ανιχνεύουν μια αντίδραση στο στρες που είναι γνωστή εδώ και καιρό από άλλα πειράματα. Συγκεκριμένα, η σηματοδότηση με ιόντα ασβεστίου έχει συνδεθεί με την αντίληψη του στρες όχι μόνο στα φυτικά κύτταρα, αλλά και στους ανθρώπους. Τώρα, αυτά τα σήματα ασβεστίου – προειδοποιητικά σήματα για τα άλλα φυτά – μπορούν να παρατηρηθούν σε πραγματικό χρόνο.
Σχεδιασμένοι αποκλειστικά για τα φυτικά κύτταρα, τα μεσοφυλλικά κύτταρα και τα επιδερμικά κύτταρα, οι πρωτεϊνικοί αισθητήρες θα προσφέρουν ενδείξεις για το ποια κύτταρα ανταποκρίνονται πρώτα.
Στην επιφάνεια του φυτού, τα φυτικά κύτταρα είναι τα φασολόσχημα κύτταρα που σχηματίζουν τα στόματα (σ.τ.μ. stoma/stomata στα αγγλικά) – τους μικροσκοπικούς πόρους που συνδέουν το εσωτερικό του φυτού με την ατμόσφαιρα, επιτρέποντάς του να «αναπνέει». Τα μεσοφυλλικά κύτταρα αποτελούν τον εσωτερικό ιστό ενός φυτού, ενώ τα επιδερμικά κύτταρα είναι σαν κύτταρα του δέρματος, σχηματίζοντας το εξωτερικό του.
Έτσι, χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο, οι ερευνητές Γιούρι Αρατάνι [Yuri Aratani] και Τακούγια Ουεμούρα [Takuya Uemura] παρατήρησαν «προειδοποιητικά» σήματα που προέρχονταν από τα φύλλα μέσα σε περίπου ένα λεπτό από την έκθεση σε σήματα κινδύνου. Τα μεσοφυλλικά κύτταρα ανταποκρίθηκαν αργότερα.
Περαιτέρω δοκιμές επέδειξαν ότι τα «ρουθούνια» του φυτού είναι τα στόματα. Η προ-επεξεργασία του φυτού με αβκισικό οξύ, μια φυτοορμόνη, έκλεισε αποτελεσματικά τα στόματα του φυτού, με συνέπεια σημαντική μείωση της εκπομπής σημάτων ασβεστίου.
«Τα φυτά δεν έχουν ‘μύτη’, αλλά τα στόματα λειτουργούν ως πύλη που μεσολαβεί στην ταχεία είσοδο του GLV στους ενδιάμεσους χώρους των ιστών των φύλλων», εξήγησε ο κος Τογιότα.
Η ίδια προεργασία με αβκισικό οξύ εφαρμόστηκε στη συνέχεια σε μεταλλαγμένα που είχαν μειωμένη λειτουργία στομάτων, με αποτέλεσμα να εμφανιστεί μια φυσιολογική πράσινη λάμψη. Τα μεταλλαγμένα «ρουθούνια» παρέμειναν ανοιχτά και εμφανίστηκαν προειδοποιητικά σήματα παρά τη φυτοορμόνη.
«Τελικά αποκαλύψαμε την περίπλοκη ιστορία του πότε, πού και πώς ανταποκρίνονται τα φυτά στα «προειδοποιητικά μηνύματα» που μεταφέρονται μέσω του αέρα από τα επαπειλούμενα γειτονικά τους φυτά», δήλωσε ο κος Τογιότα.
«Αυτό το αιθέριο δίκτυο επικοινωνίας, κρυμμένο από τα μάτια μας, παίζει καθοριστικό ρόλο στην έγκαιρη προστασία των γειτονικών φυτών από επικείμενες απειλές.»
