Növényi IQ

A növények hallanak, tudnak mozogni és kommunikálni, van bennük családi szellem, és van emlékezetük is! Azaz „intelligens” lények. Ezt a meglepő felfedezést tették a biológusok, akiknek a munkái forradalmasíthatják a növényvilágról alkotott képünket. És rehabilitálják a növényeket az élővilágon belül. 

Épp harminc éve történt. A Dartmouth (USA) egyetemén a biológus Jack Schultz élénk beszélgetést folytat diákjaival, amikor megszólal a telefonja. Ian Baldwin hívja, az alig 25 éves vegyész doktorandusz, akit Schultz arra szerződtetett, hogy igazolja az akkor még őrültségnek tűnő hipotézisét: a növények közötti kémiai telekommunikáció létezését. Az eredmény: a fák valóban küldenek egymásnak riasztást légi úton. A megdöbbent Baldwin csak ezt tudja kinyögni: „A nyárfák beszélnek.” Schultz megmerevedik. Így indulnak a tudományos forradalmak.

A Science 1983. júliusi számában publikált kísérlet beindítja a tudomány növényvilággal kapcsolatos nézeteinek teljes átalakulását. Három évtized alatt a növények kezdetleges automatákból olyan szervezetekké válnak, amelyek komplexitása az állatokéval vetekszik. Rendkívüli érzékenység, többszörös reagálási és kommunikálási képesség, változatos szociális kapcsolatok… A fák és a fűfélék viselkedése ma már annyira kifinomultnak tűnik, hogy könnyen intelligensként is jellemezhetnénk őket, már ha „lelkes lényekről” lenne szó.

Ian Baldwin, jelenleg a Max Planck kémiai ökológiai intézetének laboratóriumigazgatója így emlékszik vissza: „A növényfiziológia tudósai húsz éven át csak nevettek a ’növényi kommunikáció’ fogalmán. Mert ez a forradalom alapjában véve az állati viselkedés specialistáitól ered, elsősorban David Rhoadestől, aki a kísérletünk ötletét adta. Érdeklődni kezdtek a növények iránt, és módszereiket egy olyan szakterületre exportálták, amely nem az övék.” Lassanként létrejött a növényfiziológia egy új ága, amelyet a zoológia inspirált, s amely a növények viselkedésének objektív megfigyelésén alapul. A cél a növények reakcióinak megértése, ezek mozgatórugóinak megtalálása, ökológiai hasznuk, evolúciós eredetük, szelekciós indokaik elbírálása. Növényi etológia! Bár e kifejezést ma még nehéz elfogadtatni.

A mentalitás változása a technikai haladásnak köszönhető. A légnemű fázis kromatográfiája révén elemezni tudjuk a növények kibocsátotta vegyületek egészen kis koncentrációit is – ezek játszanak kulcsszerepet a kommunikációjukban. A biotechnológia viharos gyorsaságú fejlődése lehetővé teszi, hogy szuperexprimált vagy kikapcsolt géneket tartalmazó növényeket fabrikáljunk, amelyek a gének funkciójáról tájékoztatnak. Egyre ötletesebb eszközökkel kémlelhetjük a gyökereket, amelyeknek a szerepe igen lényeges. Általánossá vált a felgyorsított film, miáltal érzékelhetők a növények mozgásai.

A növények érzékelési és viselkedési képességeinek a feltárása elsősorban rendkívüli érzékenységükre mutat rá, amely „összemérhető az állatokéval, sőt felül is múlja azt” (Baldwin). Eddig több mint 700 féle receptort számoltak össze: mechanikait, kémiait, fényérzékelőt, hőérzékelőt stb., s ezek többnyire érzékenyebbek a mieinknél. A növények fényérzékelése olyan hullámhosszakra (ultraibolya és infravörös is) és (gyenge) intenzitástartományokra is kiterjed, amelyekben mi már nem látunk semmit. Félelmetes a tapintásérzékelésük: detektálják az alig észrevehető érintést és az ágak, gyökerek legkisebb meghajlását is. De fő specialitásuk a kémia: egy réten, ahol az emberi orr semmit nem érez, több száz jelzést fognak fel, amelyek elmondják nekik, mi történik körülöttük.

Az észlelésen túl a növényi etológia gyakran találkozott azzal is, hogy a növények távolról sem pusztán tehetetlen tárgyak, mint azt a róluk rögzült kép mutatja, hanem cselekszenek is, állandóan módosítva alakjukat, kémiai összetételüket. Tevékenységük azért észrevétlen, mert mozgásaik számunkra túl lassúak, kémiájuk pedig eszközök nélkül láthatatlan.

Ma már jobban fel tudjuk mérni mozgási képességüket, az ebben szerepet játszó géneket, a kis molekuláris „motorokat”, amelyek mozgatják őket, vagy a helyzetüket jelző számos érzékelőt. Szintén tudjuk, hogy egy növény felforgathatja saját anyagcseréjét, telítődhet toxikus vegyületekkel anélkül, hogy külseje változnék; ám egy fuvallatra, egy rovar harapására, egy napsugárra – a legkisebb eseményre – több ezer addig rejtve maradt növényi gén bekapcsolt állapotba kerül, és igény szerint nyújtja értékes szolgáltatásait.

Viselkedések egész tárháza 

Egyes szolgáltatások a kommunikációra vonatkoznak. A leveleikből kiáramló vegyületekkel, a gyökereikből jövő kémiai jelekkel önmagukon belül is üzeneteket küldenek: egyik ág szól a másiknak. „Beszélnek” fajtestvéreikkel, hívják a kártevőikre vadászó rovarokat.

Van szociális viselkedésük is. Megkülönböztetik az ént a nem-éntől, a fajtársakat a többi fajok egyedeitől. Szomszédaikkal rokonsági fokuk függvényében rivalizálnak jobban vagy kevésbé. Azt is lehet mondani, hogy családokat és törzseket alkotnak.

E bonyolult viselkedések kérdéseket vetnek fel. Beszélhetünk-e „növényi sorsról”? Ha az intelligenciát az méri, mekkora az eseményekhez való alkalmazkodás képessége, akkor a növények intellektuális kapacitása összemérhető-e egyes állatokéval? Egyébként e felfedezések nem arra indítanak-e, hogy felülvizsgáljuk osztályozásunkat? Mezőgazdasági politikánkat? A kihalással fenyegetett növények megőrzését?

Számos kísérlet világszerte olyan viselkedések egész tárházát állítja elénk, amelyeket nehéz nem intelligensnek minősíteni. A következőkben bepillantunk a kertjeink, mezőink, erdeink kulisszái mögé. Túl sokáig járkáltunk bennük úgy, hogy nem volt tudomásunk a bennük zajló csodákról. 

A fák remekül tudnak mozogni… 

A folyadékok dinamikájának vizsgálatára alkalmas részecskegyorsítók és az MRI révén a biofizikusok már a sejtek, sőt a molekulák szintjén tudják követni a növényi mozgásokat, amint ezek bekövetkeznek. S felfedezik a fa dinamikájának teljes komplexitását. A törzsét képező sejtek szüntelenül megnyúlnak és összehúzódnak, hogy korrigálják a fa „testtartását”, a bennük levő nyomást mint egy motort használva fel. Megmérve a fa sejtfalait strukturáló cellulózhálózat dimenzióit Bruno Clair (Kyotói egyetem) kimutatta, hogy a hálózatbeli lépés (két sejt távolsága) a nyomás függvényében nő, illetve csökken. A sejtfal tehát mintegy az izom szerepét játssza. „Sokáig nem vettünk tudomást a fák mobilitásáról, mert összekevertük azt a növekedéssel. A fák nemcsak nőnek, mozognak is, hogy alkalmazkodjanak környezetükhöz.” 

…és egyensúlyérzékük is figyelemre méltó 

A biológusok már az 1990-es években megdöbbentek, amikor felfedezték: a fák egyes sejtjeiben olyan keményítőmagok találhatók, amelyek a nehézségnek megfelelően mozdulnak el, informálva a sejtet a vízszintessel bezárt szögről. Bruno Moulia és csoportja (Institut National de la Recherche Agronomique, Clermont-Ferrand) még azt is kiderítette, hogy a fák észlelik saját alakjukat. Tizenegyféle növényt vizsgáltak, amelyek szára alul meg volt csavarodva, s modellezve a rájuk ható erőket, a biofizikusok arra jöttek rá: egyedül a nehézkedés nem lehet elegendő információ ahhoz, hogy a növény függőlegesen nőjön. „A tövénél megcsavart hajtás nem tud tökéletesen felegyenesedni, mert gyökerei ferdén tartják. A nehézkedést észlelő sejtek ezért állandóan küldik a jeleket, hogy korrigálják a pozícióját.” Következmény: ha a növény csak a nehézkedést észlelné, egész magasságában folyton oszcillálnia kellene, hogy egyenes legyen, de ezt soha nem érné el. Márpedig a hajtások igen hamar egyensúlyi helyzetbe kerülnek, a tövüknél lévő görbületre koncentrálva. A fáknak ugyanis olyan érzékelőik vannak, amelyek végig a száron a hajlásszög változásait mérik: az egymás szomszédságában lévő sejtek befolyásolják egymást, ezáltal képesek a lokális görbület érzésére. Ahogy Moulia meséli: „El voltunk ragadtatva, amikor ezt felfedeztük. Az evolúció során a növények ’megtalálták’ az eszközt arra, hogy lokális észleléssel globális mozgásukat kontrollálják. Nem is gondoltuk volna, hogy ez lehetséges!” 

A dohány segítségért tud kiáltani…

Ian Baldwin ma a Nicotiana attenuata és a hernyók közti csata specialistája. Csoportja kimutatta, hogy a dohány által kiválasztott HIPV vegyületek fokozzák a hernyókat különösen kedvelő Geocoris nevű poloska vadászatának hatásosságát. Amikor a HIPV-eket kódoló gének el vannak nyomva, a növény kétszeresen szenved a parazitáktól, ami felezi reprodukciós képességét. Ugyanolyan szintre kerül, mint a poloskák védelmével nem rendelkező ültetvények.

A Nicotiana attenuatának más adui is vannak. Amikor a Manduca sexta nevű hernyók a leveleken kikelnek, ún. trichómákra, apró kinövésekre haraptatja rá őket, amelyek tele vannak O-acyl cukrokkal. Ez a csapda. Mert elfogyasztása után a hernyók egy bizonyos illatot fognak árasztani, amely odavonzza a Geocorist, ráadásul a Pogonomyrmex nevű hangyát is, amely a hernyók ürüléke által képzett szagos útvonalon mászik fel. 

…és önállóan is meg tudja védeni magát

Az ismert volt, hogy az az akác vagy nyárfa, amelynek kérődzők legelik a levelét, tanninokat termel, hogy e levelek kevésbé legyenek ízletesek. De a növények méregkeverő tudományának legmagasabb foka főleg leggyakoribb ellenségeik, a növényevő rovarok kapcsán derül ki. 

Húsz év kutatásai után Ian Baldwin (Max Planck kémiai ökológiai intézet) több mint 950 olyan vegyületet tud felsorolni, amelyet a Nicotiana attenuata nevű vaddohány agresszió esetén kiválaszt. Ezek egy része ismert méreg (erős izombénító mind a rovaroknak, mind a gerinceseknek), ezen vegyületek nagy részének nem ismert a funkciója. Sven Helling (Max Planck kémiai ökológiai intézet) ezek egy újabb családját fedezte fel, amely a Manduca sexta nevű, a nikotinra már érzéketlenné vált hernyó ellen hatásos. Ezek diterpén glikozidok, amelyeknek semmiféle toxicitása nem volt ismeretes. Szerepüket tisztázandó elnyomták az őket produkáló gént, majd azt figyelték meg, hogy a dohányt támadó lárvák tízszer jobban híztak. Ez a láthatatlan vegyi háború nem is olyan egyszerű!

A rezgőnyárfának van emlékezete

Ha nagy a szél, a rezgőnyárfa (populus tremula) körülbelül egy hétig emlékszik rá! Erre a meglepő következtetésre jutott Ludovic Martin biológus (Clermont-Ferrandi egyetem). Harminc perccel az után, hogy a fa ága meghajlik, az egyik addig inaktív gén kifejeződése beindul. De ha a hajlítás mindennapossá válik, a gén megszűnik kifejeződni. És hat-hét nyugalmas napot kell várni, hogy újból hajlandó legyen beindulni. Az ág hajlításának emléke teszi alkalmassá a fát a ’megszokásra’.

A szemérmes mimóza (mimosa pudica) emlékezőtehetsége még jobb. Ismert: azonnal visszahajlítja leveleit, ha megérintik, de még akkor is gyorsan összehúzza magát, ha hirtelen megemelik a cserepét. Amint a firenzei egyetemen végzett egészen egyszerű kísérlet mutatja, ha egymás után hatszor-hétszer emeljük meg a cserepet, ez a viselkedés eltűnik, de a növény érintésre továbbra is behajlítja a leveleit. A laboratórium vezetője, Stefano Mancuso szerint „a mimóza ’megtanulta’: az, hogy felemelik, nem veszélyes, tehát nem húzza többé össze magát.” A növény körülbelül negyven napig emlékszik erre!

A nyugat-indiai uborka képes a tapintásra

A Sicyos angulatus nem rendelkezik olyan enzim-apparátussal, amely a fásodáshoz szükséges, így ha 30 cm-nél nagyobbra nő, szára összecsuklik, s a szerencsétlen növény a földön találja magát, ahol gyengék a fényviszonyok. Tehát ha fel akar emelkedni, más növényekre kell kapaszkodnia. Hogy kapaszkodni tudjon, a Sicyos fantasztikus tapintásérzéket fejlesztett ki: olyan kacsokat, amelyek mint hosszú ujjú kezek forgolódnak, keresve a találkozást egy üdvözítő támasszal, amely köré feltekeredhet. A kacs már egy 0,25 grammos szál érintésére is bekunkorodik. Összehasonlításul: az emberi ujj csak akkor detektál egy ugyanilyen szálat, ha az eléri a 25 grammos súlyt. Gabriele Monshausen (Wisconsini egyetem, Madison, USA) olyan membrán-proteineket azonosított, amelyek megmagyarázzák ezt az érzékenységet: minden mechanikus ingerlésre kalciumion-áramot bocsátanak ki, amely lumineszcencia útján detektálódik, s ez informálja a sejtet az érintésről.

A cuscuta szaglási érzékkel rendelkezik…

A cuscuta számára élet és halál kérdéséről van szó. Klorofil híján e parazitának kicsírázása után 72 órán belül találnia kell egy áldozatot, meg kell nyúlnia feléje, belé kell fúrnia fullánkját, szívnia kell a nedvét. Consuelo de Moraes (Pennsylvania állam egyeteme) fedezte fel e növényi vámpír vadászási technikáját: a Cuscuta pentagona kiszagolja a zsákmányát. Ezt az bizonyítja, hogy ha nincs a közelében áldozat, a szár nyúlásának iránya véletlenszerű, de mihelyt egy paradicsom található a közelében, a cuscuta – tíz esetből kilencszer – húsz órán belül megtámadja. De ugyanilyen erővel támad paradicsom-kivonatos csalira is! Ha középen helyezzük el búza és paradicsom között, mindig a zaftos paradicsomszárat választja, ám ha csak búza van, azzal is megelégszik. Sőt ha két paradicsom közül az egyik egészséges, a másik baktériumtól fertőzött, az egészségest keresi. Vajon hány vegyületet ismer fel, mekkora koncentrációkat? Ma még nem tudjuk. 

…és a kukorica hall

Nehéz rá magyarázatot találni, de tény: a kukorica felfogja a hangokat. Monica Gagliano (Nyugat-Ausztráliai Egyetem) kukorica-magvakat csíráztatott tápoldatban, majd különféle frekvenciájú hanghullámokat vezetett oda. A 200 Hz-es frekvencia körül a gyökerek tetemes része elhajlott a hangforrás irányában. A vibráció detektálására való ilyen képesség nagyon is elképzelhető, hiszen a növényeknek vannak mechanikus érzékelőik is a tapintás céljára. De mire volna jó a hallás? „Olyan más kommunikációs módról lehet szó, amely gyorsabb és kevésbé energiaigényes, mint a szerves vegyületek kibocsátása” – véli a kutatónő, s hangsúlyozza, hogy a fák is kibocsátanak bizonyos hangokat. E nem kellően alátámasztott „beszédkészséget” illetően a legtöbb tudós szkeptikus. De már több csoport is érdeklődik e különleges növényi hallás iránt.

Az idős fenyők szolidárisak a fiatalabbakkal

A kanadai ökológusnő, Suzanne Simard számára semmi kétség: az idős fák gyámkodnak a fiatalabbak felett. A kutatónő és hallgatói a Pseudotsuga menziesii nevű oregoni fenyők ágait műanyag zsákokba bugyolálták, ezekbe enyhén radioaktív széndioxidot injektáltak, ezáltal az ágakkal olyan cukrot szintetizáltattak, amely nyomon követhető. Geiger-Müller számlálóval a kézben azt állapították meg, hogy az így megjelölt cukor egy része számos környező fába átkerült, ezen belül jelentős részben a legidősebb, termetes fákból, az „anyafákból” az alattuk növő fiatal fákba, amelyek többnyire az utódaik. Bizonyíték a generációk közötti szolidaritásra. A táplálékot mikorizák, föld alatti gombák is továbbítják, amelyek a különböző fák gyökereit kötik össze. Ennek alapján tudta Suzanne Simard feltérképezni egy parcella összeköttetéseit, a rejtett föld alatti hálózatot, ahol az egymásba fonódó gyökerek kuszaságában az idős fák jelentik a középpontot: összekapcsolva valamennyi egyedet, elosztják a tápanyagot, elsősorban a fiatalabbak javára.

Családi szellem a lóherében

Számos újabb munka mutat rá: nem egy növény képes felismerni, hogy szomszédja ugyanabból a családból illetve fajból való-e mint ő. Susan Dudley amerikai botanikusnő párban egymás mellé ültetett hol egymásnak idegen növényeket, hol meg olyanokat, amelyek ugyanattól az egyedtől származtak. Negyven nap után lemérte egyfelől a szárakat és a leveleket, másfelől a gyökereket. Eredmény: a rokon mellett növő egyed kevesebb gyökeret fejleszt, energiáját inkább fekteti reprodukáló apparátusának kifejlesztésébe. A testvérek között nincs vita a táplálékon! Az ilyen együttműködés ínséges időkben még erősödhet is. Anu Lepik észt kutatónő kimutatta, hogy a közönséges lóhere nemcsak hogy „kíméli” rokon szomszédai gyökereit, de a jelenség még fokozódik is, ha az egyedsűrűség nő. De ez nem a többség viselkedése: a tesztelt nyolc közönséges fűféle közül csak a lóhere mutatott ilyen szolidaritást.

A (vad) szamóca minden fajtársa iránt hasonló érzékenységet mutat, ezt igazolta Marina Szemcsenko észt kutatónő: ha a Fragaria vesca gyökerei kapcsolatba lépnek egy másik fajéival (a vad borostyánéival), ez fokozza növekedésüket, a saját fajjal való kapcsolat viszont nem. Ami a borostyánt illeti, kerüli a kapcsolatot minden szomszédos gyökérrel, bármilyen fajú az. Azaz a föld alatt mindenki igyekszik nagyjából tudni, ki mellett nő.

Forrás: Science et Vie