ŠtudentEdini pravi spletni portal za mlade

Raziskava, ki jo je izvedla Univerza v Washingtonu, je pokazala, da lahko rastline tudi brez živcev začutijo, kdaj se jih nekaj dotakne. Rastline čutijo, torej so. Kaj pravi nova raziskava?

Rastline čutijo, ko se jih nekaj dotakne

V nizu poskusov so se posamezne rastlinske celice odzvale na dotik zelo tanke steklene palice tako, da so drugim rastlinskim celicam pošiljale počasne valove kalcijevih signalov, ko pa je pritisk popustil, so pošiljale veliko hitrejše valove. Znanstveniki so sicer vedeli, da se rastline lahko odzivajo na dotik, vendar je ta študija pokazala, da rastlinske celice pošiljajo različne signale, ko se dotik začne in konča.

»Precej presenetljivo je, kako fino občutljive so rastlinske celice – da lahko ločijo, kdaj se jih nekaj dotika. Čutijo pritisk in ko se ta sprosti, zaznajo padec pritiska,« je povedal Michael Knoblauch, profesor bioloških znanosti na Washington State University (WSU) in glavni avtor študije v reviji Nature Plants. »Presenetljivo je, da lahko rastline to počnejo na povsem drugačen način kot živali, brez živčnih celic in na zelo fini ravni.«

Opravljenih je bilo 84 poskusov na 12 rastlinah

Knoblauch in njegovi sodelavci so izvedli niz 84 poskusov na 12 rastlinah, pri čemer so uporabili rastline kreše in tobaka, ki so bile posebej vzgojene za vključitev kalcijevih senzorjev, kar je razmeroma nova tehnologija. Ko so dele teh rastlin postavili pod mikroskop, so se posameznih rastlinskih celic rahlo dotaknili z mikrokantileverjem, v bistvu majhno stekleno palčko v velikosti človeškega lasu. Opazili so številne zapletene odzive, ki so bili odvisni od moči in trajanja dotika, vendar je bila razlika med dotikom in njegovo odstranitvijo jasna.

V 30 sekundah po uporabi dotika na celici so raziskovalci opazili počasne valove kalcijevih ionov, imenovanih citosolni kalcij, ki so potovali iz te celice skozi sosednje rastlinske celice in so trajali približno tri do pet minut. Po odstranitvi dotika so se skoraj takoj pojavili hitrejši valovi, ki so se razpršili v eni minuti.

Avtorji menijo, da so ti valovi verjetno posledica spremembe tlaka v celici. Za razliko od živalskih celic s prepustnimi membranami imajo rastlinske celice tudi močne celične stene, ki jih ni mogoče zlahka prebiti, zato že rahel dotik začasno poveča tlak v rastlinski celici.

Raziskovalci so teorijo o tlaku mehansko preverili tako, da so v rastlinsko celico vstavili majhno stekleno kapilarno tlačno sondo. Povečevanje in zmanjševanje tlaka v celici je povzročilo podobne kalcijeve valove, ki jih je sprožil začetek in konec dotika.

»Ljudje in živali zaznavajo dotik s pomočjo čutilnih celic. Zdi se, da je mehanizem pri rastlinah preko tega povečanja ali zmanjšanja notranjega celičnega tlaka,« je dejal Knoblauch. »Pri tem ni pomembno, za katero celico gre. Ljudje morda potrebujemo živčne celice, pri rastlinah pa to lahko naredi vsaka celica na površini.«

Rastline imajo obrambni mehanizem

Dosedanje raziskave so pokazale, da lahko škodljivec, kot je gosenica, ko ugrizne v rastlinski list, sproži obrambni odziv rastline, na primer sproščanje kemikalij, zaradi katerih so listi manj okusni ali celo strupeni za škodljivca. Prejšnja študija je pokazala tudi, da ščetkanje rastline sproži kalcijeve valove, ki aktivirajo različne gene.

V sedanji študiji je bilo mogoče razlikovati med kalcijevimi valovi med dotikom in spuščanjem, vendar je treba še ugotoviti, kako natančno se rastlinski geni odzovejo na te signale. Z novimi tehnologijami, kot so kalcijevi senzorji, uporabljeni v tej študiji, lahko znanstveniki začnejo razvozlavati to skrivnost, je dejal Knoblauch.

»V prihodnjih študijah moramo sprožiti signal na drugačen način, kot je bilo to storjeno doslej, da bi vedeli, kateri signal, če gre za dotik ali spuščanje, sproži nadaljnje dogodke,« je zaključil glavni avtor študije.

Mednarodna skupina astrofizikov je odkrila nekaj povsem novega, kar se skriva v središču naše galaksije, Mlečne ceste. Kaj nam je galaksija razkrila tokrat?

Velikanski enodimenzionalni filamenti

Farhad Yusef-Zadeh z univerze Northwestern je v začetku osemdesetih let prejšnjega stoletja odkril velikanske enodimenzionalne filamente, ki visijo navpično v bližini Sagittarius A*, osrednje supermasivne črne luknje naše galaksije. Zdaj so Yusef-Zadeh in njegovi sodelavci odkrili novo populacijo filamentov, ki pa so veliko krajši in ležijo vodoravno ali radialno ter se od črne luknje širijo kot špice na kolesu.

Čeprav imata obe populaciji filamentov več podobnosti, Yusef-Zadeh domneva, da imata različen izvor. Medtem ko se navpični filamenti raztezajo po galaksiji in se dvigajo do 150 svetlobnih let visoko, so vodoravni filamenti bolj podobni pikam in črticam v Morsejevi abecedi in prekinjajo le eno stran Sagittarius A*.

»Presenečenje je bilo, da smo nenadoma našli novo populacijo struktur, za katere se zdi, da kažejo v smeri črne luknje,« je dejal Yusef-Zadeh. »Ko sem jih videl, sem bil pravzaprav osupel. Morali smo opraviti veliko dela, da smo ugotovili, da se ne slepimo. In ugotovili smo, da ti filamenti niso naključni, ampak se zdi, da so povezani z iztekanjem naše črne luknje. Z njihovim preučevanjem bi lahko izvedeli več o vrtenju črne luknje in usmerjenosti akrecijskega diska. Zadovoljivo je, ko sredi kaotičnega polja jedra naše galaksije najdemo red.«

Odkritja, desetletja v nastajanju

Novo odkritje je morda presenečenje, vendar Yusefu-Zadehu odkrivanje skrivnosti v središču naše galaksije, ki je od Zemlje oddaljeno 25.000 svetlobnih let, ni tuje. Najnovejša študija temelji na štirih desetletjih njegovih raziskav. Potem ko je leta 1984 z Markom Morrisom in Donom Chanceom prvič odkril navpične filamente, je Yusef-Zadeh skupaj z Ianom Heywoodom in sodelavci kasneje odkril še dva velikanska radijsko oddajna mehurčka v bližini Strelca A*. Nato je Yusef-Zadeh (v sodelovanju s Heywoodom, Richardom Arentom in Markom Wardlom) leta 2022 v seriji publikacij razkril skoraj 1000 navpičnih filamentov, ki so se pojavljali v parih in skupkih, pogosto enako razporejeni ali drug ob drugem kot strune na harfi.

Yusef-Zadeh je za poplavo novih odkritij zaslužen izboljšani radioastronomski tehnologiji, zlasti teleskopu MeerKAT Južnoafriškega radioastronomskega observatorija (SARAO). Za natančno določitev filamentov je Yusef-Zadehova ekipa uporabila tehniko za odstranjevanje ozadja in glajenje šuma s slik MeerKAT, da bi filamente ločila od okoliških struktur.

»Nova opazovanja MeerKAT-a so spremenila pravila igre,« je dejal Yusef-Zadeh. »Napredek tehnologije in namenski čas opazovanja sta nam dala nove informacije. To je res tehnični dosežek radioastronomov.«

Horizontalno proti vertikalnemu, zanimivost Mlečne ceste

Po desetletjih preučevanja vertikalnih filamentov je bil Yusef-Zadeh šokiran, ko je odkril njihove horizontalne kolege, ki so po njegovi oceni stari približno 6 milijonov let. »Vedno smo razmišljali o vertikalnih filamentih in njihovem izvoru,« je dejal. »Navajen sem, da so navpični. Nikoli nisem pomislil, da bi lahko obstajale še druge vzdolž ravnine.«

Čeprav obe populaciji sestavljajo enodimenzionalni filamenti, ki jih je mogoče opazovati z radijskimi valovi in za katere se zdi, da so povezani z dejavnostmi v galaktičnem središču, se podobnosti tu končajo.

Navpični filamenti so pravokotni na galaktično ravnino; vodoravni filamenti so vzporedni z ravnino, vendar so usmerjeni radialno proti središču galaksije, kjer je črna luknja. Navpični filamenti so magnetni in relativistični, vodoravni filamenti pa oddajajo toplotno sevanje. Navpični filamenti zajemajo delce, ki se gibljejo s hitrostmi blizu svetlobne hitrosti; zdi se, da vodoravni filamenti pospešujejo toplotno snov v molekularnem oblaku. Obstaja več sto navpičnih filamentov in le nekaj sto vodoravnih filamentov. Navpični filamenti, visoki do 150 svetlobnih let, so veliko večji od vodoravnih filamentov, ki so dolgi le 5 do 10 svetlobnih let. Navpični filamenti krasijo tudi prostor okoli jedra galaksije; zdi se, da se vodoravni filamenti razprostirajo le na eni strani in so usmerjeni proti črni luknji.

»Ena od najpomembnejših posledic radialnega izliva, ki smo ga odkrili, je usmerjenost akrecijskega diska in izliva, ki ga poganja jet, iz Sagittarius A* vzdolž galaktične ravnine,« je dejal Yusef-Zadeh.

Delo ni nikoli končano

Novo odkritje je polno neznank in Yusef-Zadehovo delo pri razkrivanju njegovih skrivnosti se je šele začelo. Za zdaj lahko razmišlja le o verjetni razlagi o mehanizmih in izvoru nove populacije.

»Menimo, da so morale nastati z nekakšnim odtokom iz dejavnosti, ki se je zgodila pred nekaj milijoni let,« je dejal Yusef-Zadeh. »Zdi se, da so posledica interakcije te iztekajoče se snovi s predmeti v njeni bližini. Naše delo ni nikoli končano. Vedno moramo opraviti nova opazovanja in nenehno izpodbijati svoje zamisli ter izpopolnjevati svoje analize.«