Forskere afslører planters nervesystem

De taler sammen, genkender slægtninge og husker. Planter har avancerede sanser, og nu viser en ny undersøgelse, at de grønne genier også bruger det samme signalstof som pattedyr til at opdage angreb og skader.

Visuals Unlimited/Nature Picture Library/Simon Gilroy/uni. of WISCONSIN-MADISON

Med rolige bevægelser kravler en sulten larve langsomt op ad plantestænglen, indtil den befinder sig midt på et grønt blad, som den sætter tænderne i.

Udefra ser alting fredeligt ud, og det er ikke til at se, at planten overhovedet ænser sin gnavende gæst. Men under overfladen brøler alarmklokkerne for fuld udblæsning, og planten er allerede godt i gang med at beskytte sig mod larvens overgreb.

Biddet har nemlig tændt for et elektrisk signal forårsaget af elektrisk ladede ioner, der hurtigt spreder sig fra gerningsstedet og rundt i resten af plantecellerne for at advare om den sultne fare.

Signalet er skudt i gang af aminosyren glutamat, der også fungerer som signalstof i pattedyrs nervesystem. Og netop glutamat har vist sig at være den vigtige brik, forskerne længe har manglet til at forklare, hvordan forskellige plantedele kommunikerer med hinanden, så hurtigt at de kan nå at gardere sig mod angreb.

VIDEO – Se plante reagere på larvebid:

Larvebid sætter gang i signal

Ved hjælp af et lysende protein i planterne kan forskerne se, hvordan en ring af kalcium pibler frem omkring biddet.

Signal strømmer ud i bladet

Efter cirka 66 sekunder har kalciumbølgen spredt sig ud i hele bladet, som nu lyser op.

Hele planten bliver alarmeret

På knap 100 sekunder har kalciumionerne spredt sig fra det spiste område og ud i de yderste afkroge af planten.

Opdagelsen kom frem ved et tilfælde, da en gruppe amerikanske og japanske forskere fra blandt andet University of Wisconsin og Saitama University i Japan for nylig ville undersøge, hvordan planter reagerer på tyngdekraft.

Og fundet antyder, at planter overraskende nok har en form for nervesystem, der kan sammenlignes med menneskers og dyrs

– en konklusion, der understreger, at vores jordbundne slægtninges liv og kommunikationsnetværk er langt mere omfattende og avanceret, end vi hidtil har troet.

Angreb sætter fut under signal

I den nyligt offentliggjorte undersøgelse placerede forskerne en samling gensplejsede planter under et lysmikroskop, der skulle overvåge niveauerne af kalciumioner i plantecellerne.

Kalcium-ioner optræder ofte i planter som en reaktion på fx berøring, ændringer i tyngdekraftens retning og temperaturudsving. Og ved at gøre planterne i stand til at producere et protein, der lyser op ved høje koncentrationer af kalcium, kunne forskerne holde nøje øje med deres reaktion under mikroskopet.

Da forskerne pudsede en larve på planterne, kunne de se en bølge af lys, der først piblede frem rundt om det spiste område og efter få sekunder spredte sig ud i de
fjerneste afkroge af planten.

Her satte det gang i produktionen af et arsenal af giftstoffer, der skulle forsvare mod yderligere angreb.

Men da forskerne efterfølgende blokerede for de proteiner på cellernes overflade, som aktiveres af glutamat, var lysbølgen væk, og det stod klart, at aminosyren spiller en vigtig rolle for plantens hurtige reaktion og modsvar på at blive såret på samme måde som det gør i pattedyrs nervesystem, hvor det også overfører signaler mellem cellerne ved at åbne ionkanaler.

Planter kan se, sove og sludre

1 / 4

undefined

1234

Undersøgelser har vist, at planter er udrustet med mange af de samme evner som dyr. For eksempel kan de både sanse deres omgivelser ved hjælp af særlige lyssensitive celler i bladene, sove ved at ændre saftspændingen i deres celler og tale med hinanden gennem luftbårne kemiske signaler.

© Ken Ikeda/Shutterstock

Men selvom både planter og dyr ifølge undersøgelsen altså bruger glutamat til at kommunikere mellem cellerne, er der stadig stor forskel på, hvordan de to systemer fungerer.

Den væsentligste er, at planter, i modsætning til pattedyr, ikke har egentlige nerveceller og derfor heller ikke kan mærke smerte – en forskel, der giver god mening for de rodfæstede planter, da smertesignalet har til formål at signalere, at dyrene skal flygte fra noget farligt. Samtidig er hastigheden på de elektriske signaler også vidt forskellige.

Under det nye forsøg spredte kalciumsignalet i de gensplejsede planter sig med en topfart på cirka en millimeter i sekundet, hvilket er lynhurtigt i plantemål, men ekstremt langsomt sammenlignet med dyrenes signaleringsfart, hvor de elektriske strømninger kan bevæge sig med op til 120 meter i sekundet.

Planter har en god hukommelse

Men på trods af de åbenlyse forskelle bruger dyr og planter altså det samme signalstof til at kommunikere mellem cellerne. Og det er ikke første gang, de grønne, flercellede organismer overrasker forskerne med deres dyrelignende egenskaber.

For eksempel har flere undersøgelser vist, at planter både er i stand til at lære og huske. I en undersøgelse fra The University of Western Australia forsøgte forskere at træne ærteplanter på samme måde, som hunde trænes til at sætte lighedstegn mellem fx lyd fra en klokke og mad – såkaldt associativ indlæring.

I forsøget blev små stiklinger af ærteplanterne placeret under en simpel labyrint bestående af et vandrør med to udgange. Når planterne nåede en vis højde, kom de til en skillevej, hvor de enten skulle vokse til højre eller til venstre i røret.

Mykorrhizasvampe danner enorme netværk under jorden i forlængelse af rødderne, som planter blandt andet bruger til at dele næringsstoffer og advare hinanden om sygdomme.

© Science Source/ImageSelect

Forskerne opdelte planterne i to grupper, som blev påvirket forskelligt – én gruppe blev udsat for blæst fra en ventilator efterfulgt af blåt lys igennem samme rør, mens den anden gruppe først modtog blæst fra det ene rør og derefter lys fra det andet.

Efterfølgende blev planterne testet, og det viste sig, at ærteplanterne i den første gruppe voksede mod blæsten – selv når der ikke var lys.

De tog altså ved lære af deres tidligere erfaringer og koblede blæsten fra ventilatoren sammen med lyset. Eksperimenter på Mimosa-planter bekræfter den avancerede adfærd. Planterne er ekstremt sensitive over for berøring og folder deres blade sammen som en forsvarsmekanisme, så snart de bliver berørt.

I forsøget lod forskere planterne falde gentagne gange fra 15 centimeters højde. Ved de første tre til fire styrt lukkede planterne bladene sammen som forudset, men ved det femte fald var de mere tøvende, og efter 60 reagerede de slet ikke længere.

Planterne lærte, at styrtene ikke var livsfarlige, og stoppede med at bruge kræfter på at forsvare sig – også da forskerne testede dem igen en måned efter. Da planterne blev rusket, foldede de til gengæld stadig bladene sammen, så den manglende reaktion var altså ikke blot et resultat af, at de var ødelagte.

Advarer hinanden

At planter indeholder mere, end hvad vi ser på overfladen, er ingen ny teori. Allerede i 1880 foreslog den engelske naturhistoriker Charles Darwin, at planter er intelligente, og at deres udgave af en hjerne ligger i rødderne – en konklusion, der flere gange er blevet bekræftet, blandt andet med fundet af netværk i forlængelse af rødderne, hvor planterne hjælper hinanden ved at sende næringsstoffer og advarsler på afstand.

Planter bruger samme signalstof som dyr

Når en plante bliver såret, udsender den en bølge af elektricitet i alle celler og stimulerer en slags immunrespons. Forskere har nu afsløret, at nøglen til signalet er aminosyren glutamat, som også er et vigtigt signalstof i pattedyrs nervesystem.

1.

En planteæder tager en bid af planten, som i løbet af få sekunder udløser signalstoffet glutamat i det skadede væv.

2.

Signalstoffet lækkes enten direkte fra det ødelagte område eller frigives aktivt fra cellerne som følge af skaden. Derfra strømmer glutamatet ud i detnærliggende karsystem.

3.

Glutamatet sætter sig på såkaldte glutamatreceptorer, der sidder på cellernes overflade og åbner for ion-kanaler.

4.

Åbningen af ionkanalerne resulterer i, at kalcium kan strømme ind i cellerne og åbne for nye kanaler, hvor kalcium-ionerne kan bevæge sig mellem cellerne.

5.

De ladede kalcium-ioner skaber en bølge af elektrisk signalering mellem cellerne og aktiverer samtidig en række enzymer, som øger produktionen af plante-hormonet jasmonat.

6.

Hormonet beskytter planten ved at sætte gang i et arsenal af bitre giftstoffer, som fx garvesyre, der kan gøre larven syg.

Netværkene består af svampe kaldet mykorrhiza, og deres samlede masse på Jorden vurderes til at være hele 30 milliarder tons.

En stor procentdel af klodens plantearter menes at være forbundet til de mere end 400 millioner år gamle netværk, som blandt andet gør dem i stand til at advare hinanden om sygdomme i nærområdet ved hjælp af kemiske signaler og sende kulhydrater til skyggebelagte artsfæller, der mangler energi fra Solens lys.

Meget tyder altså på, at de grønne organismer rummer mere, end vi hidtil har troet. Og fundet af glutamat som et vigtigt signalstof i planters forsvar mod angreb er endnu en overraskende opdagelse i forståelsen af, hvordan de kommunikerer.

Læs også:

Planter

Forskere afslører planters nervesystem

7 minutter
Evolution
Fortidsdyr

SENSATION: Forskere afslører verdens ældste gener

5 minutter
Plants pain 15/2014
Planter

Kan planter føle smerte?

0 minutter

Log ind

Fejl: Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!