Czy rośliny mówią? A jeśli tak – to co i do kogo?

Język to przekaz sygnału – abstrakcyjny, umowny, ustalony według pewnych reguł i nieograniczony w treści. To definicja języka. Czy ona pasuje do roślin?

Sprawdźmy. Co może być dla rośliny sygnałem?

Temperatura, światło, wilgoć, substancje pokarmowe, sygnały chemiczne nadawane przez tkanki. Czy rośliny je odbierają? Oczywiście.

A czy przekazują dalej?

Tak. Przekazują je między różnymi częściami tego samego organizmu, między różnymi osobnikami tego samego gatunku, a nawet do gatunków obcych, np. drobnoustrojów lub zwierząt. Dowodem na to jest np. koordynacja ruchu płatków kwiatowych albo rozwijania się kwiatów na tej samej roślinie. Widać to wyraźnie np. u kaktusów. Prostym czynnikiem koordynującym mogą być warunki zewnętrzne np. zmiana długości nocy, ochłodzenie, ale proces ten kontrolowany jest także przez wewnętrzne sygnały, np. roślinne hormony (fitohormony). Jabłonie, grusze, czereśnie, koniczyny nie lubią zapylania kwiatów własnym pyłkiem. Samozapylenie nie prowadzi u nich do tworzenia się owoców i nasion. Mają więc one system chemicznych sygnałów do odróżniania komórek (np. pyłku) własnych od obcych.

W jaki sposób jedne rośliny przekazują sygnały innym?

Czasami jest to skutek łączenia się systemów korzeniowych sąsiednich roślin, poprzez bezpośrednie zrastanie się lub za pośrednictwem strzępek symbiotycznych grzybów. Możliwy jest też przekaz drogą napowietrzną, np. u akacji. Antylopy i żyrafy są wielkimi amatorkami jej liści i pędów. Kiedy zaczynają zjadać liście jednego drzewa, to uwalnia ono gazy – etylen i kwas jasmonowy. Etylen dla człowieka jest zupełnie bezwonny, natomiast duże stężenie kwasu jasmonowego ma dla ludzi zapach jaśminu. Obydwa rodzaje tych substancji są świetnie wykrywalne przez inne akacje jako sygnały alarmowe o zagrożeniu w odległości nawet prawie 50 m. Zaczynają one wzmagać wytwarzanie garbników, które sprawiają, że liście stają się dla roślinożerców gorzkie, niesmaczne i mogą powodować kłopoty żołądkowe, a w skrajnych przypadkach – nawet śmierć zwierząt.

W jaki sposób odbywa się wymiana sygnałów między rośliną a innymi organizmami?

Głównie na poziomie chemicznym. Każdy słyszał o symbiozie, czyli współpracy np. łubinu czy lucerny z bakteriami brodawkowymi. Bakterie wychwytują z powietrza azot, którego rośliny z powietrza pozyskiwać nie potrafią i dostarczają go im w formie przyswajalnej. W zamian otrzymują od nich cukry – produkty fotosyntezy, której bakterie nie potrafią przeprowadzić. Jest to bardzo złożone współdziałanie. Na podobnej zasadzie rośliny chętnie współdziałają także z grzybami mikoryzowymi. Rośliny potrafią odróżnić drobnoustroje symbiotyczne od bakterii i grzybów pasożytniczych, przed którymi aktywnie się bronią.

Jak to się dzieje?

Pasożytnicze drobnoustroje, gdy znajdą się na powierzchni roślin, zaczynają zdradzać swoją obecność, wydzielając tzw. elicytory (wyzwalacze reakcji obronnych). Wraz z nimi zresztą uwalniają często także toksyny osłabiające roślinę oraz supresory utrudniające roślinie reakcje obronne. Konfrontacja między rośliną a drobnoustrojem próbującym „dobrać się” do zmagazynowanych przez nią asymilatów zachodzi na kilku szczeblach i obejmuje różne mechanizmy ewoluujące na zasadzie „akcja-reakcja”. W przyrodzie trwa cicha walka i często nie od razu jest jasne, która ze stron okaże się silniejsza czy bardziej wytrzymała.

A jak wygląda komunikacja roślin ze zwierzętami?

Najbardziej znanym tego przykładem jest wzajemne dostosowanie kwiatów i zwierząt zapylaczy. Kwiaty przyjmując kształty, barwy i zapachy, ułatwiają owadom czy kolibrom rozpoznawanie ich, wabią je. To sygnały dla zapylaczy mające je zachęcić do poszukiwania pożywienia (nektaru), czemu towarzyszy przeniesienie pyłku. Zazwyczaj zapachy i kolory kwiatów są atrakcyjne także dla człowieka, ale nie zawsze. W Australii rośnie raflezja Arnolda. To pasożytnicza roślina, która nie tworzy liści, łodyg ani nawet korzeni, a asymilaty „podkrada” innej roślinie, w której pędach się rozrasta. Raflezja tworzy za to kwiaty i to rekordowo wielkie – o średnicy do ok. metra. Do zapylania tych kwiatów zaangażowała muchy, w związku z tym jej kwiaty mają mięsny, czerwonawy kolor i zapach bardzo atrakcyjny dla much – gnijącego mięsa.

Mówimy ciągle o sygnałach chemicznych, a czy rośliny wykorzystują również jakieś formy porozumiewania się opartego na bodźcach fizycznych?

W życiu roślin bardzo ważną rolę odgrywa światło – źródło energii dla fotosyntezy, a także regulujące różne procesy fizjologiczne, np. kwitnienie. Mniej oczywiste jest, że rośliny potrafią reagować także na dotyk, a zapewne nawet na dźwięk. Mimoza, dotknięta, potrafi w ciągu paru sekund stulić listki, co czasami pozwala jej pozbyć się jakiegoś owada, który właśnie na liściu usiadł i próbuje się nim pożywić. Podobnie muchołówka potrafi „poczuć”, że na powierzchni jej liścia pojawił się jakiś owad. Obie połówki tego liścia „zatrzaskuje” , a uwięzionego między nimi zwierzaka powoli trawi jako awaryjne źródło azotu. Wąsy czepne grochu owijają się wokół różnego rodzaju podpór. Jest to następstwem dotykania przez nie jakiejś stałej podpory. Bodźcem mechanicznym, na który rośliny reagują, jest wiatr. Wszyscy wiemy, że sosny w lesie są wysokie i smukłe, a na polu – niskie i poskręcane. Pojawiają się, sporadycznie, informacje, że rośliny reagują także na dźwięk. Mnie to nie dziwi, bo dźwięk to też swego rodzaju dotyk albo seria zmian ciśnienia powietrza.

A czy rośliny potrafią wydawać jakieś dźwięki?

To chyba najmniej znany aspekt ich oddziaływania. Przy pomocy czułej aparatury daje się usłyszeć dźwięki towarzyszące np. szybkiemu wzrostowi kukurydzy. To pękają włókienka w ścianach komórkowych łodyg. Dźwięki towarzyszą także odpowiedzi roślin na skaleczenie albo niedobór wody. Emisji tych dźwięków nie można jednak nazwać mową roślin i nie wydaje się, żeby miały adresata.

Czy człowiek może skorzystać jakoś na „podsłuchiwaniu” roślin?

Człowiek dopiero uczy się rozumieć różne sygnały nadawane przez rośliny. W ostatnich latach nastąpiły w tym zakresie duże zmiany, między innymi dzięki rozwojowi metod inżynierii genetycznej, a zwłaszcza tzw. genów reporterowych. Modyfikując rośliny obcymi genami zmieniającymi wyraźnie ich wygląd w odpowiedzi na zachodzące w nich zmiany fizjologiczne (np. stresy), uczymy się lepiej rozumieć rośliny, reagować na ich potrzeby i dostosowywać je do naszych potrzeb.

Rozmawiał Lech Kryszałowicz

Dr Dariusz Michalczyk jest pracownikiem Katedry Fizjologii, Genetyki i Biotechnologii Roślin na Wydziale Biologii i Biotechnologii UWM. Zajmuje się m.in. uwarunkowaniami genetycznymi oddziaływań roślin z patogenami, a także możliwościami wykorzystania roślin do wykrywania skażeń środowiska. Jest miłośnikiem języków obcych, zwłaszcza angielskiego, niemieckiego i japońskiego.

Artykuł ukazał się w lutowym wydaniu „Wiadomości Uniwersyteckich”. Inspiracją dla tematu numeru był obchodzony 21 lutego Międzynarodowy Dzień Języka Ojczystego. Z naukowczyniami i naukowcami UWM rozmawialiśmy więc m.in. o współczesnej polszczyźnie, nauce języków obcych, krajobrazie językowym Kortowa, językach programowania oraz sposobach komunikacji roślin i ryb.

W czasopiśmie znalazły się też artykuły o badaniach prowadzonych na Uniwersytecie i sukcesach naszych sportowców, podsumowanie finału WOŚP oraz wywiad ze zwyciężczynią plebiscytu Belfer UWM 2023.