Tajni jezik biljaka

Zašto pričamo? Pre mnogo hiljada godina, ljudima je darovan govor. Govorom iskazujemo svoja osećanja, želje, zahteve, ali i upozoravamo druge ljude na opasnost ili dozivamo pomoć. Iako samo mi posedujemo govor, to ne znači da su ostali organizmi lišeni moći komunikacije. Naprotiv, komunikacija je veoma važna u celom životinjskom, ali i u biljnom carstvu. 

Kada se o biljkama govori, prirodno je da prva asocijacija bude nem organizam bez mogućnosti vršenja takozvanih viših funkcija. Međutim, otkriveno je da biljke međusobno komuniciraju sopstvenim stranim jezikom. Njihov rečnik ispunjen je volatilnim supstancama, a njihove rečenice sastavljene su od kompleksnih signala. 

Nervni sistem biljaka 

Pre svega, treba posmatrati kretanje informacija u okviru jedne biljke. 

Naučnici su na model sistemu Arabidopsis thaliana otkrili pojavu signalizacije između udaljenih listova iste biljke putem kalcijuma. Naime, kada jedan list strada od strane herbivora ili dođe do mehaničke povrede, od tog mesta ka drugim listovima putuje signal i cela biljka se informiše o povredi. U ovoj signalizaciji učestvuju receptorski kanali koji se aktiviraju vanćelijskim glutamatom, a to aktiviranje podrazumeva otvaranje i propuštanje jona kalcijuma u ćeliju. Prisustvo signalnih kalcijumovih jona detektovano je na mestu povrede u roku od par sekundi, a u sledećih par minuta signal je detektovan i u udaljenim listovima. Ovakvo zapažanje odgovara putujućem signalu koji se kroz biljku širi od mesta povrede i informiše ostale ćelije o njoj.

Ceo proces nalikuje nervnom sistemu, iako je dobro poznato da se on prvi put javlja kod životinja, te da ga biljke nemaju. Ipak, glutamat, kao ključna amino-kiselina ovakve signalizacije, zapravo postoji kao neurotransmiter u životinjskim ćelijama, gde nalazi svoju ulogu u učenju i memoriji. Imajući to u vidu, može se povući paralela sa biljnim ćelijama gde je njegova uloga, iako fiziološki vrlo različita, umnogome slična sa životinjskim ćelijama.

Vazdušni signali

Međusobna komunikacija biljaka podrazumeva tihu razmenu različitih molekula i supstanci nošenih vetrom ili specijalnim podzemnim mrežama. Na osnovu toga može se posmatrati na dva nivoa: iznad i ispod zemlje. U jednu malu, složnu zajednicu biljaka ušunjala se krišom bubica i popela se na jednog stanovnika u čijem je listu našla večeru. Ovaj tromi i nemi stanovnik nije mogao da vrišti. Bez obzira na to, on svojim prvim komšijama šalje šifrovanu poruku u kojoj stoji: „Pažnja! Ujeo me je neprijatelj!”. U ključu za rešavanje ove šifre čuče volatilne supstance.

Volatilne supstance u širem smislu definišu se kao one supstance koje lako prelaze u gasovito stanje. Shodno tome, mogu se prenositi vazduhom na velike razdaljine i kao takve širiti se brzo i stizati sa jednog mesta na drugo, noseći određenu informaciju. Kod biljaka ove supstance spadaju u grupu sekundarnih metabolita.  Volatilne supstance imaju višestruku ulogu u delovanju na susedne biljke, pripremajući ih na napad herbivora i druge stresne faktore, promovišući ranije cvetanje, a čak i povećavajući im reproduktivni uspeh. Precizno i tačno prenošenje poruka među biljkama proističe iz toga što različiti stresori izazivaju otpuštanje različitih supstanci u okolnu sredinu. Tako će se razlikovati molekuli koji komuniciraju prisustvo herbivora, mehaničke štete ili dodira. 

Recipijenti volatilnih supstanci mogu ih adsorbovati površinom lista ili kroz stome. Nakon ulaska u ćelije dolazi do hemijskih modifikacija – redukcije, esterifikacije, glikozilacije… Istraživanja ukazuju i na menjanje genetičke informacije pri percepciji volatilnih supstanci. Njihov uticaj na transkripcione faktore ima posledično dejstvo na ponašanje biljke. Iz ekološke perspektive, značaj ovakve komunikacije između biljaka je u brzini adaptacija na uslove u spoljašnjoj sredini. 

Komunikacija biljaka putem volatilnih supstanci.

Izvor: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982210002411

Podzemna komunikacija

Ne samo da biljke mogu međusobno komunicirati, već to mogu činiti i s mnoštvom drugih organizama, s kojima često stupaju u simbiozu. Ovakve interakcije dešavaju se pod zemljom i obuhvataju celu rizosferu, sakriven svet korenova. Čak i na tom nivou, biljke ispuštaju atraktante i repelente koji će privući, odnosno odbiti potencijalne simbiontske bakterije i gljive ili patogene. 

Na primer, nakon infekcije biljke gljivama, menja se profil supstanci koje biljka ispušta putem korenova na način koji privlači bakterije sa antifungalnim dejstvom. U ovom slučaju, bakterije se ponašaju kao hitna pomoć i stižu biljci u spas. Njen poziv se isplatio. 

Imajući u vidu da promene u rizosferi utiču i na nadzemni deo biljke, može se reći da ovakve interakcije utiču i na nadzemnu komunikaciju između biljaka, pošto one ispuštaju različite volatilne supstance u zavisnosti od stanja njihovih korenova.

Podzemna „komunikacija” biljaka

Izvor: https://silvotherapy.co.uk/articles/the-wood-wide-web 

Da bi se bolje razumela podzemna komunikacija, potrebno je napomenuti da većina kopnenih biljaka uspostavlja mutualističku mikorizu sa mikoriznim gljivama, što je ključno za plodnost zemljišta i ishranu biljke. Micelija mikoriznih gljiva može se protezati od korena jedne do korena druge biljke i na taj način formira velike mikorizne mreže koje, između ostalog, dobijaju ulogu svojevrsnih kanala za prenos informacija.

Eksperiment koji dokazuje ovu pojavu rađen je na paradajzu Lycopersicon esculentum koji je inficiran patogenom gljivom Alternaria solani. Zaražene i nezaražene biljke povezane su mikoriznom mrežom koju je izgradila gljiva Glomus mosseae. Enzimi koji učestvuju u odbrambenom odgovoru inficirane biljke (uključujući fenilalanin-amonijak liazu, lipoksigenazu, β-1,3 glukanazu) pronađeni su i kod zdravih biljaka povezanih mikoriznom mrežom sa inficiranom biljkom! Lipoksigenaza i β-1,3 glukanaza učestvuju u biosintetskim putevima jasmonske i salicilne kiseline, a kako su estri ovih kiselina poznati signali u vazdušnoj komunikaciji biljaka, smatra se da isti mogu delovati i u podzemnoj signalizaciji. 

Fight or flight or… 

Biljke ne mogu da pobegnu, ne mogu da trče. Ne mogu da se bore. Ne mogu da zovu u pomoć. Ali ono što mogu jeste da obaveste ostale o opasnosti. Organizmi lišeni govornog aparata našli su način da tračare sa svojim prvim komšijama putem hemijskog šapata. Zbog ovoga se naša predstava o jeziku dovodi u pitanje, a vrišteća biljka iz „Harija Potera” nalazi podlogu van fiktivnog sveta. 

Izvori:

• Muday GK, Brown-Harding H. Nervous system-like signaling in plant defense. Science. 2018 Sep 14;361(6407):1068-1069. doi: 10.1126/science.aau9813. PMID: 30213898.
• Toyota M, Spencer D, Sawai-Toyota S, Jiaqi W, Zhang T, Koo AJ, Howe GA, Gilroy S. Glutamate triggers long-distance, calcium-based plant defense signaling. Science. 2018 Sep 14;361(6407):1112-1115. doi: 10.1126/science.aat7744. PMID: 30213912.
• Song YY, Zeng RS, Xu JF, Li J, Shen X, et al. (2010) Interplant Communication of Tomato Plants through Underground Common Mycorrhizal Networks. PLoS ONE 5(10): e13324. doi:10.1371/journal.pone.0013324
• Baldwin, I. T. (2010). Plant volatiles. Current Biology, 20(9), R392-R397.
• Ninkovic V,  Markovic D,  Rensing M.  Plant volatiles as cues and signals in plant communication. Plant Cell Environ.  2021; 44: 1030–1043. doi.org/10.1111/pce.13910
• Holopainen, J. K., & Blande, J. D. (2012). Molecular plant volatile communication. Adv Exp Med Biol, 739, 17-31.
• Babikova Z, Gilbert L, Bruce TJ, Birkett M, Caulfield JC, Woodcock C, Pickett JA, Johnson D. Underground signals carried through common mycelial networks warn neighbouring plants of aphid attack. Ecol Lett. 2013 Jul;16(7):835-43. doi: 10.1111/ele.12115. Epub 2013 May 9. PMID: 23656527.