Augalai neturi nervų sistemos, bet jie gali pažinti ir įvertinti aplinką, keistis informacija, bendrauti tarpusavyje ir įveikti konkurentus. Mokslininkai pateikia vis naujų įrodymų apie įdomius ir sudėtingus augalų gebėjimus. Apie juos kalbamės su Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro biofizike profesore dr. Vilma KISNIERIENE.

– Stebėdami augalus ir bandydami juos geriau suprasti, dažnai įsivaizduojame jų gyvenimą kaip kažkuo primenantį mūsų, žmonių, imame fantazuoti, ką jie jaučia...

– Imkime ir nekalbėkime apie augalų jausmus. Mes neturėtume augalų nei sužmoginti, nei jų nuvertinti – tai yra gyvi organizmai. Ne daiktai. Jie turi teisę būti augalais, jie turi teisę gyventi taip, kaip jiems reikia. Augalams būdingi jutimai, aplinkos pažinimas, lemiantis tam tikrą elgesį ir sprendimų priėmimą. Atrodo, – ką ten koks nors augalėlis... Bet tame augalėlyje vyksta labai sudėtingi fiziologiniai procesai, cheminės reakcijos, genų raiškos pokyčiai. Negalėdamas pabėgti, augalas turi pritaikyti savo metabolizmą prie esamų sąlygų. Jis turi išvystyti gebėjimą sintetinti įvairiausius organinius ir neorganinius junginius, panaudoti juos įvairioms gynybinėms reakcijoms.

Toks yra augalo gyvenimas, kuris kartais tęsiasi labai labai ilgai – tūkstančius metų, o kartais – kaip efemerų, porą savaičių. Ką noriu tuo pasakyti? Augalai gyvena savitai – taip, kaip jiems reikia, kad išliktų ir, kaip visos gyvos sistemos, kad paliktų palikuonių. Žmonės dažniausiai yra didžiausi jų priešai, labiausiai juos sutrikdantys, išmušantys iš įprasto gyvenimo vėžių. Neseniai matėme reportažų, kaip paukščiai atsitrenkia į stiklinius dangoraižius ir žūva. Bet kad medžiai praranda šviesos nustatymo galimybę, kai aplinkui daug atspindžių, nepagalvojame. Šviesos kryptis augalams yra labai reikšmingas informacijos šaltinis, jam pasikeitus, jie netenka nusistovėjusio supratimo apie aplinką.

Augalui informacija apie šviesą – jos trukmę, kryptį, intensyvumą, bangos ilgius – svarbi tam, kad jis optimizuotų fotosintezę, kad gautų daugiau energijos, kitaip sakant, turėtų, ką valgyti. Visiems gaila paukščių, o medžius, jei trukdo, galima ir nukirsti… Žinoma, galima sakyti, kad didmiesčiuose tarp dangoraižių medžių nedaug, bet, pavyzdžiui, Japonijos mokslininkai jau atkreipė dėmesį, kad kažką reikėtų daryti, nes augalai jiems labai svarbūs.

Augalai yra išvystę daug sistemų, kurios gali padėti jiems jausti ir nuolatinę, ir besikeičiančią aplinką. Kai kurie procesai, pavyzdžiui, vaisių nokimas, vyksta pastoviu režimu ir tam tikru metu augalas ima sintetinti tam tikrą hormoną etileną. Kita vertus, yra procesų, kurie prasideda dėl to, kad pasikeitė aplinkos sąlygos, tokios kaip temperatūra, šviesa, o galbūt augalas gavo signalą iš kaimynų, kad juos kažkas užpuolė. Galima stebėti, kas nutinka, kai augalui pakenkia grybeliai, bakterijos ar virusai. Be abejo, teko matyti sudžiūvusias dėmes ant augalo lapų? Tai reiškia, jog augalas paaukojo tam tikras savo ląsteles, kad toliau neplistų užpuoliko genetinė medžiaga. Taip jis apsisaugo nuo užkrato ir, nors dalis lapo žuvo, likusi vykdo fotosintezę.

– Kokiais būdais augalai sugeba perduoti informaciją, jei net gali sužinoti, kas vyksta kaimynystėje?

– Jie turi galimybę perduoti informaciją, gamindami ir išskirdami tam tikrus hormonus – lakius junginius. Šie signalai pasklinda po visus augalo lapus ir netgi pasiekia netoliese augančius kitus augalus, kurie turi receptorius, gebančius būtent tą signalą suprasti. Studentams visada užduodu tokį klausimą, – kokiu tikslu juda drebulės lapai, juk ne vėjas juos šiurena?

Taip, tai svarbu informacijai apie optimalų šviesos kiekį perduoti, optimaliam šviesos patekimui ir turėtų reikšti: „Aš pajudėjau ir daugiau šviesos atėjo.“ Augalai bendrauja ir šaknimis. Jos, padedant augalą su augalu sujungiantiems simbiotiniams grybams, po žeme sudaro mums sunkiai įsivaizduojamą didžiulį tinklą. Juo perduodama ne tik informacija, bet ir cheminės medžiagos, o dideli medžiai per šaknų tinklą gali pamaitinti mažesnius palikuonius ar net kaimynus. Tai padeda išsaugoti visos ekosistemos stabilumą. Kertant miškus nusistovėjęs augalų pasaulis yra sutrikdomas. Likusiems augalams tenka griebtis kokių nors sprendimų. Taip jie ir daro: užsigydo žaizdas, optimizuoja fotosintezės gebėjimus, vandens ir mineralų gavybą. Arba ima saugotis perteklinės šviesos. Tarkim, jei augalas visą laiką buvo prisitaikęs prie pusiau šešėlio, nukirtus kaimyninį medį, jis gali atsidurti saulėkaitoje. Atrodytų, puiku, bet pernelyg ryški šviesa gali sutrikdyti jo fotosintezės procesą. Todėl augalas turi skubiai imtis veiksmų: sintetinti vaškinį sluoksnį ant lapo paviršiaus, gaminti antioksidantus ar keisti už fotosintezę atsakingų chloroplastų išsidėstymą. Augalai gali daug ką padaryti – jie turi įvairių gebėjimų.

– Ar augalai turi ir atmintį?

– Ne tokią, kaip mes įsivaizduojame, bet gali tam tikrus mechanizmus ir informaciją genetiniu ar epigenetiniu lygmeniu išlaikyti tam tikrą laiką ir būti pasiruošę prieš tai patirtam trikdžiui. Kitas svarbus dalykas – augalus mes galime treniruoti, pratinti prie pokyčių. Pavasarį prieš išnešant iš šiltnamio į lauką, juos galima kartais pajudinti, nes mechaninis ir temperatūros jutimai susiję, judinamas augalas pradeda stiprinti atraminius audinius ir sustiprėja. Pasikeitus temperatūrai,to galbūt užteks, kad jis ištvertų sudėtingesnes lauko sąlygas. Sodininkai tai suvokia intuityviai, o mokslininkai yra nustatę, kaip ir kodėl tai vyksta.

– Kokius metodus taiko mokslininkai, siekdami kuo daugiau sužinoti apie už žmones senesnius mūsų Žemės gyventojus? Kokį augalą jūsų laboratorijoje tiriate?

– Molekulinės biologijos, fizikos metodai leidžia aptikti fotosintezės pokyčius, nustatyti chemines medžiagas, kurias augalas sintetina, užregistruoti augaluose sklindančius elektrinius signalus. Visa tai mokslas gali atlikti. Kol tik kalbėjome, kad augalai jaučia garsą, niekas tuo netikėjo, manė – tai svaičiojimai. Bet dabar matome: augalas reaguoja į periodines mechanines garso bangas, toms bangoms veikiant, gaminamos tam tikros medžiagos arba pasikeičia genų raiška, ir suprantame – yra poveikis ir yra atsakas.

Mokslininkams reikia surasti tą atsaką – dažniausiai jis nustatomas molekuliniu lygmeniu. Augalas negali pabėgti, todėl jis turi sintetinti kokias nors medžiagas. Yra atliktas toks eksperimentas: nustačius, kokios reakcijos vyksta augale, kai jo lapus graužia vikšras, buvo įrašytas vikšro keliamas garsas ir paskui stebėta, kaip tos garso vibracijos veikia augalą. Užteko vien garso, kad augalas pradėtų sintetinti tas pačias medžiagas, kuriomis anksčiau reagavo į vikšrą. Taigi tyrėjai gali augalui sukelti vienokį ar kitokį stresą ir po to, jį didindami ar mažindami, stebėti, kaip keičiasi atsako stiprumas.

Mes Neurobiologijos ir biofizikos katedros Augalų elektrofiziologijos laboratorijoje atliekame vandens augalų – žvaigždėtųjų maurašakių (Nitellopsis obtusa) tyrimus. Šių menturdumblių ląstelės yra net sprindžio ilgio, todėl jas patogu tirti. Matuojame, kaip cheminiai junginiai keičia jų elektrinį aktyvumą: kas gali jį sužadinti ar blokuoti, kas jam turi įtakos per ilgesnį laiką. Kaip mūsų smegenys generuoja nervinius impulsus, taip ir šie augalai reaguoja į aplinkos pokyčius elektriniais signalais.

– Ar vikšro graužimo garsu „gąsdinamas“ augalas laikui einant nesupras, kad nėra ko bijoti ir nebekreips dėmesio?

– Gali taip būti. Tyrimo metu vazonėlį su jautriąja mimoza, kuri vos prisilietus suglaudžia lapelius, mesdavo iš nedidelio aukščio žemyn. Jam krentant, augalo lapeliai susiglausdavo, tačiau po kažkelinto bandymo, supratęs, jog niekas nepuola, jis nustojo reaguoti. Buvo manyta, kad galbūt mimoza nebeturi resursų suskleisti lapelius, tačiau paliesta ji reagavo įprastai. Taigi augalas įgijo supratimą, kad krentant to daryti nebereikia.

– Ar greitai įvyksta pokyčiai augaluose?

– Ką reiškia greitai… Žmogaus laiko skalė nebūtinai sutampa su augalo. Augalai paprastai yra lėti organizmai. Mes matome tik tuos jų judesius, kurie atitinka mūsų regos suvokimą. Bet jei augalas, tarkim, du kartus per dieną pasisuka, to pastebėti negalime. Jų judesio išraiška gali būti šaknų šliaužimas. Mes to nematome visų pirma todėl, kad šaknys driekiasi po žeme, bet iš tiesų jos augdamos lėtai šliaužia. Tai stebėti galime nebent padarę įrašą ir jį pagreitinę.

– Kodėl svarbu pažinti augalų pasaulį, ką mums tai duoda?

– Žmonės yra egoistai, todėl ir svarsto, ką mums tai duoda. Paprasčiausias atsakymas būtų toks: mes norime valgyti, mums reikia maisto. Kuo daugiau, kuo įvairesnio, vien pasisotinti neužtenka. Kita vertus, mes turime palaikyti Žemės klimatą. O jis priklauso ir nuo augalų. Tiek deguonies kiekis, tiek temperatūra, tiek drėgmė. Galų gale, kaip bebūtų, ten, kur gyvename ar dirbame, žiūrėk, ir atsiranda vazonėlis šalia… Augalai mums užtikrina emocinę – psichologinę gerovę. Pusiau juokais, pusiau rimtai visiems sakau – pasivaikščioję po mišką, gauname sveikatos visais savo jutimais. Bet ir augalai turi savitus jutimus, nereikia to pamiršti ir jų skriausti.

Augalų reakcijos

Biofizikė prof. dr. V. Kisnierienė paaiškina, kokius žmonėms įprastų penkių pojūčių atitikmenis turi augalai.

Rega. Augalai turi šviesai jautrius receptorius, kurie, nors ir nepanašūs į mūsų akis, atlieka panašią funkciją. Jie gali atskirti, kokio tipo šviesa juos pasiekia, ir pagal tai supranta, į kurią pusę pasisukti, kaip keičiasi metų ar paros laikas, ar reikia stiebtis aukštyn, kad neužgožtų kaimyniniai augalai.

Uoslė. Augalai turi receptorius, reaguojančius į ore sklindančias chemines medžiagas. Kai kyla pavojus, pavyzdžiui, lapus graužia vikšras, augalas ima gaminti hormoną jazminų rūgštį, metilinta ji pasklinda ore ir kvapas įspėja kitus lapus ir net kaimyninius augalus, kad metas aktyvinti apsaugos mechanizmus.

Klausa. Augalai garsus pajunta kaip vibracijas. Tam tikro dažnio garso bangos, t. y. periodinis mechaninis poveikis, gali sukelti augalų atsaką. Dabar mokslininkai gali stebėti atsaką į vibracijas audinių, ląstelių ar net genų lygmeniu.

Skonis. Augalai geba atpažinti vandenyje tirpias chemines medžiagas ir reaguoja į tam tikrus junginius, o tai galima palyginti su skonio jutimu. Augalo šaknys gali išskirti tam tikrų medžiagų, kurios slopina ar net nuodija kaimyninius konkuruojančius augalus.

Lytėjimas. Augalai į prisilietimus dažniausiai reaguoja lėtai ir net nepastebimai, nebent jautrioji mimoza suskleidžia lapelius vos paliesta ar vabzdžiaėdis augalas, pajutęs aukos prisilietimą, uždaro gaudyklę. Tačiau į mechaninį poveikį reaguoja visi augalai, tik mes plika akimi to nematome.

Gyvenimas svetima sąskaita

Pasaulyje yra daugiau nei 4500 augalų , kurie prisitaikė būtinąsias medžiagas „vogti“ iš kitų augalų.

Panašiai kaip mūsų kraujagyslėmis deguonį po visus organus išnešioja kraujas, augalai turi savitą „kraują“ – vandenį, tirpius cukrus ir kitas medžiagas, kurios teka indų tinklu, sudarytu iš specializuotų audinių. Kaip tik į šiuos apytakinius indus taikosi parazitiniai augalai. Evoliucionuodami jie išsiskyrė į dvi grupes. Viena jų vadinama holoparazitais – šie organizmai neužsiaugina žalių lapų, kuriuose yra pigmento chlorofilo, kad galėtų saulės šviesoje fotosintetinti maisto medžiagas. Todėl jiems būtina visas reikalingas medžiagas siurbti iš šeimininko.

Antrosios grupės atstovai vadinami hemiparazitais. Kadangi jie geba išauginti savo lapus ir patys vykdyti fotosintezę, jų išgyvenimas nepriklauso vien tik nuo maitinančio augalo. Nepaisant to, jie turi pakitusias šaknis, kurios leidžia įsiskverbti į kitų augalų audinius.

Visgi kokiu būdu tiek vieni, tiek kiti botaniniai vampyrai geba siurbti savo kaimynų gyvybines jėgas? Jie turi išaugas – haustorijas, kurios pasiekia augalo šeimininko šaknis arba stiebą ir prasiskverbia pro ląstelės sienelę. Kai kuriais atvejais ją pralaužti padeda skaidantys fermentai. Kai kurių rūšių (tokių kaip brantai) haustorijos primena aštuonkojo čiuptuvo siurbtukus. Įsibrovusi į vidų, haustorija ieško aukos ksilemos (apytakinio audinio, kuriuo po augalą išnešiojamas vanduo) arba floemos (audinio, kuriuo vyksta organinių medžiagų, tokių kaip cukrus, sacharozė, išnešiojimas). Pasiekęs tikslą, parazitinis augalas gali pradėti pro haustorijos vamzdelį siurbti šeimininko sukauptą vandenį ir maisto medžiagas.

Konkurencinės kovos ginklas

Apsaugą nuo konkurentų, kenkėjų ar patogenų suteikia alelopatija. Tai biologinis reiškinys, kai vieni augalai gamina ir išskiria į aplinką biochemines medžiagas, kurios veikia kitų augalų augimą, daigumą ar vystymąsi. Veikliosios medžiagos gali būti įvairaus pavidalo – dujos, skysčiai, o jų poveikis gali būti tiek kenksmingas, tiek naudingas. Saulėgrąžų šaknys ir lapai išskiria medžiagas, trukdančias dygti kitoms žolėms, eukaliptai skleidžia lakiuosius junginius, neleidžiančius kitoms rūšims augti po jų laja. Kitaip sakant, tarp augalų vyksta cheminė konkurencija.

Terminas „alelopatija“ iš graikų kalbos galėtų būti verčiamas kaip „abipusis kentėjimas“. Jis pirmą kartą pavartotas austrų profesoriaus Hanso Molischo knygoje 1937 m. Tačiau jau gerokai anksčiau žmonės pastebėjo, kad vienas augalas gali daryti neigiamą poveikį kitam. Senovės graikų mokslininkas Teofrastas, gyvenęs apie 300 m. pr. Kr., pastebėjo, kad balanda slopina liucernos augimą. Kinijoje maždaug I a. išleistame veikale apie žemdirbystę ir vaistinius augalus aprašyti 267 augalai, gebantys gintis nuo kenkėjų, tarp jų buvo ir tokių, kurie pasižymėjo alelopatiniu poveikiu.

Kita vertus, ne visi ekologai sutaria dėl alelopatijos reiškinio. Kai kurie tvirtina, kad alelopatiją sunku atskirti nuo konkurencijos dėl išteklių, kai keli organizmai siekia naudotis tais pačiais ribotais resursais ir pakenkia vienas kitam.

5 savigynos strategijos

1. Jauni bulvių lapai, ėdami kolorado vabalo, ima gaminti medžiagas, kurios trikdo lervų virškinimo sistemą, nes slopina fermentus.

2. Esant didelei graužikų lemingų populiacijai, jų aplinkoje auganti žolė tampa nuodinga. Todėl lemingams tenka masiškai migruoti, daug jų žūva.

3. Panašus likimas ištinka ir tridantį kietį ėdančias šakiarages antilopes. Pažeisti augalai greitina toksinių medžiagų sintezę – toksinų gali padaugėti tiek, kad gyvūnus ištiktų mirtis.

4. Kai kukurūzų šaknis pažeidžia dirvos kenkėjai (pvz., spragšių lervos), jie išskiria lakias medžiagas, kurios pritraukia parazitinius vabzdžius – šie naikina kenkėjus. Tai tarsi cheminis SOS signalas.

5. Pažeidus tabako lapus, augalas gamina nikotiną – stiprų natūralų insekticidą, kuris paralyžiuoja vabzdžių nervų sistemą.

Projektą „Nuo mikroskopo iki teleskopo“ iš dalies finansuoja Medijų rėmimo fondas. Metinė paramos suma 4000 Eur.