Zmysły roślin-wzrok i węch

Wpis na podstawie książki Zmysłowe Życie Roślin, Co wiedzą rośliny Daniela Chamovitza z 2012 r, wydanie pierwsze. Daniel Chamovitz do doktor genetyki z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie, obecnie dziekan Uniwersytetu Ben-Guriona w Tel Avivie, zajmuje się badaniami podobieństw genetycznych między roślinami, zwierzętami i ludźmi. Chociaż rośliny mają inne narządy zmysłów niż my i nie mają centralnego układu nerwowego to mają wzrok, słuch, smak, węch, magnetorecepcję i dotyk. Rośliny wiedzą kiedy je przenosimy w inne miejsce, kiedy do nich podchodzimy i zbliżamy, rozróżniają kolory, rozróżniają natężenie światła i kolorów, widzą podczerwień i ultrafiolet, znają kierunek padającego światła, pamiętają czas trwania oświetlenia i wiedzą kiedy ktoś światło zasłoni. Przykładem, że rośliny widzą jest fototropizm, czyli wygięcie w kierunku światła. Darwin zrobił eksperyment, najpierw trzymał przez kilka dni w zacienionym pokoju siewki mozgi kanadyjski potem zapalił lampkę gazową 3,5 m od mozgi, po 3 godzinach mozgi wygięły się w kierunku lampki, pomimo iż jej światło było słabe. Kiedy zasłonięto jedną łodyżkę od ziemi do wierzchołka pędu drugiej, jej koniec się wygiął się do światła, kiedy zasłonięto półprzeźroczystym kapturkiem wierzchołek pędu trzeciej, jej łodyga i tak się wygięła, ale jak obcięto wierzchołek pędu lub zasłonięto go niepuszczającym światła kapturkiem, siewki urosły proste. Wniosek jest taki, że wierzchołek pędu widzi światło i reaguje na nie. Barwnikiem światła niebieskiego jest fototropina.

Tytoń merylandzki mamut, który pojawił się na przełomie XIX i XX w w Maryland, rósł od wiosny do mrozów, ale nie kwitł i nie wydawał owoców, rósł jak tylko mógł, liście się rozrastały przez cały sezon, ale nie wydawał nasion. Wightman W. Garner i Harry A. Allard z Departamentu Rolnictwa USA chcieli sprawdzić dlaczego, posadzili tytoń w doniczkach, część uprawiali pod gołym niebem, część po południu wnosili do ciemnej szopy. Te trzymane na polu przez cały okres długich dni rozrastały się, te trzymane krótko na polu, a długo w pomieszczeniu zakwitły i wydały nasiona. Okazało się, że rośliny wiedzą jak długo świeci światło i na tej podstawie zakwitają, są rośliny dnia krótkiego, które kwitną, kiedy dzień trwa krotko i rośliny dnia długiego, które potrzebują długiego okresu światła oraz obojętne, którym wszystko jedno, to zjawisko to fotoperiodyzm. Zapalając w nocy światło można zahamować kwitnienie rośliny dnia krótkiego i spowodować kwitnienie rośliny dnia długiego. Przygotowując złocienie na Dzień Matki ogrodnicy trzymają je zimą w szklarni, gdzie nocą na kilka minut świecą im się światło co hamuje kwitnienie, 2 tygodnie przed Dniem Matki przestają im się świecić i wtedy kwiaty zakwitają. Okazało się, że niebieskie światło pokazuje gdzie mają się zgiąć, a czerwone mówi, kiedy mają kwitnąć i mówi o trwaniu nocy, wystarczy kilka sekund światła czerwonego, by zahamować lub wywołać kwitnienie. W latach 50 Harry Borthwick z Departamentu Rolnictwa ze swoim zespołem zauważył, że słabe światło o dłuższej fali od jasnej czerwieni-daleka czerwień neutralizuje wpływ światła czerwonego. Daleką czerwień widzimy o zmierzchu. Irysy trzymane w krótkotrwałym oświetleniu nie kwitną, ale kiedy potraktuje się je światłem czerwonym kwitną jak latem, ale jeśli po oświetleniu ich czerwonym światłem oświetlimy je daleką czerwienią, wtedy nie zakwitną, ale jak oświetlimy je znowu czerwienią lub odwrotnie najpierw daleką potem czerwienią zakwitną normalnie. Receptorem obu fali jest fitochrom. Fitochrom to receptor czerwieni, której puls zmienia go w receptor dalekiej czerwieni i odwrotnie, przed nocą rośliny dostają puls dalekiej czerwieni, która mówi im, że mają spać, w dzień budzi je czerwień, która każę im kwitnąć. Receptor światła niebieskiego jest w wierzchołku, ale reaguje na niego łodyga, receptor czerwieni jest w ciele, wystarczy oświetlić jeden listek, by powstrzymać lub wywołać kwitnienie. Fitochrom jest w liściach, ale oddziałuje na całą roślinę.

Światło wpływa też na wzrost roślin, te rosnące w ciemności są wyższe. Maarten Koorneef z Uniwersytetu w Wageningen w Holandii prowadził, która część rośliny za to odpowiada, potraktował rzodkiewnika pospolitego mutagennymi czynnikami chemicznymi i wysiał siewki w jednokolorowym świetle, niektóre rosły wyższe w czerwonym, inne w niebieskim, inne w ultrafiolecie, były takie rośliny, które wyrosły w świetle czerwonym i niebieskim oraz rośliny wyrosłe w jasnym świetle. U roślin wyrośniętych w różnym oświetleniu sprawdzono uszkodzenia receptorów. Okazało się, że rzodkiewnik ma ponad 11 receptorów, które mówią kiedy ma kiełkować, zginać się, kwitnąć, spać. Zmieniając strefę czasową rośliną spowodujemy, że przez kilka dni rośliny będą kwitły i rozwijały liście w nocy, spały w dzień, ale po kilku dniach rośliny przystosują się do nowej strefy czasowej. Rośliny widzą szerszy zakres światła niż ludzie. Kryptochrom jest receptorem światła niebieskiego i decyduje o rytmie dobowym rośliny.

Rośliny mają też węch i smak. Mają chemoreceptory łączące się z danymi związkami chemicznymi. Babcia Daniela Hamovitza z Uniwersytetu Ben-Guriona w Tel Avivie nauczyła się od swojej Mamy, że awokado szybciej dojrzewa w torebce z bananem, na początku XX w farmerzy z Florydy odkryli, że cytrusy szybciej dojrzewają w szopach ogrzewanych naftą. W 24 roku Frank E. Denny z Departamentu Rolnictwa zauważył, że etylen przyspiesza dojrzewanie roślin. Cytryny reagują na jego stężenie 1 do miliona w stosunku do cząsteczek powietrza. Richard Gane z Cambridge odkrył, że dojrzewające jabłka też wydzielają etylen. Okazało się, że wszystkie dojrzewające owoce wydzielają etylen, który każe innym owocem dojrzewać szybciej. Każda część rośliny od mchów po naczyniowe wydziela etylen w odpowiedzi na nieprzyjazne warunki środowiska. Etylen odpowiada za starzenie rośliny macierzystej i dojrzewanie owoców, by rozprzestrzenić nasiona.

Kanianka to bezzieleniowy pasożyt, przytwierdza się ssawkami do ciała rośliny gospodarza i pobiera od niej asymilaty, wodę i biogeny. Nasionko kanianki pęka, ona wypuszcza korzonek, liścienie i łodyżkę i okrężnymi ruchami szuka rośliny żywicielskiej, kiedy znajdzie inną roślinę wygina się w jej stronę, dotyka liścia, po liściu okręca się do łodygi, owija się wokół łodygi, wypuszcza saki do łyka i pobiera z łyka płyn, roślina, na której żyje marnieje. Doktor Consuelo de Moraes z Uniwersytetu Pensylwanii zauważyła, że kanianka nigdy nie wygina się w stronę pustych doniczek, nie zgina się w kierunku sztucznych pomidorów, wybiera żywe. Naukowiec włożyła doniczki z kanianką i pomidorami do 2 pudełek połączonych rurką, kanianka zgięła się w kierunku rurki. Potem naukowiec sporządziła perfumy z pomidora i umieściła waciki z tymi perfumami oraz samym rozpuszczalnikiem obok kanianek, kanianki wygięły się w stronę perfum. Okazało się, że kanianka wyczuwa zapach pomidora, mając do wyboru pomidora i pszenicę wybierze pszenicę, woli też perfumy pomidorowe od tych z pszenicy. Pomidor i pszenica mają związek zapachowy beta myrcen, ale pomidor ma jeszcze 2 ładne dla kanianki związki chemiczne, a pszenica ma odpychający kaniankę octan-3-heksenylu.

Rośliny informują się o zagrożeniu poprzez wydzielanie lotnych związków zapachowych, jak odkryli David Rhoades i Gordon Orions z Uniwersytetu Waszynktońskiego larwa barczatki mniej atakuje wierzby kiedy rosną w grupie. Dodatkowo zdrowe drzewa rosnące obok zarobaczonych były odporne na barczatkę dzięki taninom i fenolom w liściach, samotne drzewa nie miały w liściach tylu tanin i fenoli. Ian Baldwin i Jack Schultz w Dartmouth posadzili 30 centymetrowe siewki topoli i klonu cukrowego w w szczelnych, pleksiglasowych pojemniczkach, jeden pojemnik miał 15 zdrowych drzewek i 15 z uszkodzonymi liśćmi, drugi same zdrowe drzewka. Potem zbadano w liściach wszystkich drzewek obecność tanin, fenoli i innych związków, okazało się, że zranione i zdrowe siewki z jednego pojemnika miały większe stężenie tych związków, a grupa kontrolna nie. W grupie badanej wszystkie liście uszkodzonych siewek, zdrowe i naderwane oraz liście zdrowych siewek miały więcej substancji obronnych, w grupie kontrolnej nie, drzewka nie stykały się korzeniami. Okazało się, że uszkodzenie liści, mechaniczne ugryzienie lub oderwanie powoduje wydzielanie substancji obronnych, wiele substancji jest uwalnianych do powietrza, skąd są rozpoznawane przez inne rośliny i powodują u nich wydzielanie obronnych substancji. Martin Heil z Instytutu Ekologii Chemicznej im. Maksa Plancka w Niemczech i zespołem z Centrum Badań i Zaawansowanych Studiów w Irapuato w Meksyku odkrył, że zaatakowana przez chrząszcze fasola półksiężycowata wydziela w liściach lotne substancje, a w kwiatach więcej nektaru wabiącego jedzące te chrząszcze stawonogi fasola półksiężycowata wydziela. Do badania nad tym zjawiskiem wykorzystano 4 liście, 2 należały do jednej rośliny, jeden był nadgryziony przez chrząszcza, drugi nie, trzeci był od zdrowej fasoli rosnącej obok zarażonej, czwarty od rośliny nie mającej kontaktu z pozostałymi. Przy pomocy chromatografii gazowej z użyciem spektrometru mas zanalizowano wszelkie substancje chemiczne wydzielane przez każdy liść. Zaatakowany przez owady i zdrowy liść jednej rośliny wydzielało to samo, liść zdrowej rośliny rosnącej obok zarażonej wydzielał to samo, ostatni liść miał inny skład, ale kiedy zbadano 4 liście, zarażony i zdrowy z tej samej rośliny, liść z jej sąsiadki i niezależnej roślinki umieszczone na 24 godziny w szczelnych opakowaniach substancje obronne wydzielał tylko liść zarażony. Okazało się, że rośliny, których liście zostały owiane powietrzem wywianym od uszkodzonych liści wydzielały te same lotne substancje, a kwiaty na owiewanej roślinie wydzielały więcej nektaru. Substancje wydzielane przez liście lecą na minimum metr odległości, liście innych roślin mają receptory, z którymi łączą się te zapachy, idą do komórek liścia, gdzie powodują wydzielanie różnych substancji obronnych i ostrzegawczych, płyną wiązkami przewodzącymi do kwiatów, gdzie powodują wydzielanie nektaru. Głównym związkiem wydzielanym przez zarażone owadami liście był jasmonian metylu, a przez bakterie salicylan metylu, salicylan jest pochodną kwasu salicylowego i robią go wszystkie rośliny. Salicylan stymuluje roślinny układ odpornościowy. Zaatakowana przez bakterie i wirusy roślina wydziela kwas salicylowy w miejscu infekcji, naczyniami rozprzestrzenia się po ciele rośliny, w odpowiedzi na niego zdrowe tkanki otaczają miejsce infekcji martwymi komórkami, by nie dopuścić do rozprzestrzenienia się bakterii. Rośliny przekształcają kwas salicylowy w salicynian metylu i odwrotnie. Kwas salicylowy i salicynian wydzielają otworki stomata na liściach