Možno to bude prekvapujúce, ale rastliny dotyky naozaj registrujú. Koniec koncov, veď predsa žijú vo svete plnom mechanických impulzov! Stonky a konáre im ohýba vietor, na ich listy pravidelne dopadajú kvapky dažďa a vločky snehu, hmyz ich štandardne používa ako letisko a korzo súčasne. Rastliny však nielenže „cítia“, keď sa ich niečo fyzicky dotýka, ony navyše dokážu bezchybne rozlišovať medzi teplým a studeným podnetom. Táto dôležitá schopnosť im pomáha včas reagovať napríklad na zmeny počasia, či už spomalením metabolizmu počas studenej zimy, alebo zvýšením príjmu vody v horúcom lete. Na fyzické dotyky sú však pomerne citlivé. Stačí sa ich príliš často alebo v nevhodnom čase dotýkať alebo nimi triasť a rastliny zareagujú spomalením, nezriedka až zastavením svojho rastu. Len si všimnite zakrpatených jedincov inak mohutných borovíc na hrebeňoch kopcov alebo nesymetrické koruny topoľov medzi poliami na nížinách. Z tej strany, odkiaľ najčastejšie duje vietor, majú konáre nielen redšie a kratšie, ale ešte navyše aj viac pritúlené ku kmeňu.
Samozrejme, rastliny „necítia“ dotyky v tom zmysle ako my. Nedisponujú nervovým systémom, ktorým by sa tlakové impulzy z mechanoreceptorov prenášali cez neurónovú sieť až do mozgu, kde by sa finálne transformovali do pocitov bolesti alebo tlaku. A keďže rastliny nemajú ani mozog, ich reakcie na mechanické podnety nemôžu byť vedomé či nebodaj emotívne. Napriek tomu však majú oba fenomény – tak rastlinný, ako aj živočíšny hmat – spoločný jeden kľúčový parameter: bioelektrický prenos signálu.
.mucholapka
Medzi botanických veľmajstrov dotyku nepochybne patrí fotogenická mucholapka obyčajná (Dionaea muscipula), ktorá s obľubou rastie na nutrične chudobných pôdach. Aby si zabezpečila dostatočný prísun nevyhnutných prvkov (najmä dusíka a fosforu), ako jediná suchozemská mäsožravá rastlina loví drobné živočíchy prudkým zaklapnutím dômyselnej pasce. Jej koncové listy sa na tento účel transformovali do dvoch oválnych, naspodu prepojených častí v tvare písmena V, pričom ich horné okraje sú vybavené ostňami (cíliami), pripomínajúcimi zuby hrebeňa. Vnútorný povrch pasce má – vďaka červeným antokyánom – príťažlivú farbu a popri atraktívnom vzhľade láka potenciálnu obeť aj vôňou sladučkého nektáru. Nuž a keď sa nič netušiaca mucha, zvedavý chrobák alebo dokonca malá žabka ocitne medzi nimi, obe polovice náhle a bleskovo zaklapnú, uväzniac tak prekvapenú obeť. Šanca na vyslobodenie je prakticky nulová, pretože „zazipsované“ cílie pascu zvrchu dokonale uzamknú. Rýchlosť cvaknutia je pritom obdivuhodná: mucholapke to nikdy netrvá dlhšie, než tri desatiny sekundy! A botanické hody sa môžu začať. V čom však spočíva tajomstvo jej unikátnych loveckých schopností?
Z vnútorného povrchu oboch častí pasce kolmo vyrastajú tri veľké chĺpky. Sú usporiadané do trojuholníka a extrémne citlivé na dotyk, pričom práve o ne zavadí potenciálna obeť pri svojom pohybe. Ich mechanickým podráždením sa spustí kaskáda biochemických reakcií, ktoré vyústia do jej bleskového zaklapnutia. (Mimochodom, celý proces svojím obsahom nápadne pripomína situáciu, keď nám po ruke lezie mucha.) Kontakt hmyzu s dotykovo-citlivým chĺpkom stimuluje mechanoreceptory na povrchu tkaniva pasce. Následne dochádza k aktivácii iónových kanálikov v bunkových membránach, čo spôsobí intenzívny presun rôznych katiónov (vodíka, vápnika, draslíka) a aniónov (najmä chlóru) medzi bunkami a ich okolím. Prirodzeným dôsledkom hektických manévrov nabitých častíc (a molekúl vody) je však generovanie elektrického prúdu. Nuž a práve ten slúži ako prenosový signál, ktorý okamžite doručí „príkaz“ na loveckú akciu do všetkých zainteresovaných buniek. Vzápätí prichádza k zmenám ich tvaru, objemu a tuhosti, čo má za následok mechanické zmrštenie tkanív pasce a jej finálne zaklapnutie.
Keďže však bleskové zatvorenie, strávenie potravy a následné otvorenie prázdnej pasce predstavuje energeticky náročný proces, mucholapka disponuje spoľahlivým prevenčným systémom, ktorý zabráni neželaným falošným poplachom. Na to, aby sa pasca aktivovala, je totiž nutné mechanické podráždenie najmenej dvoch chĺpkov (alebo toho istého dvakrát) za sebou a ešte navyše v čase kratšom ako pol minúty. Pokiaľ tomu tak nie je, mäsožravá rastlina vyhodnotí ojedinelý signál ako nejedlý impulz, povedzme kvapku dažďa. Alebo alternatívne – v princípe síce jedlé, ale predsa len príliš malé „sústo”, ktoré by jednak mohlo z pasce uniknúť a keby aj hneď nie, vynaložená námaha by určite nebola adekvátna množstvu získanej potravy. Nehovoriac už o tom, že opätovné otvorenie zbytočne zaklapnutej pasce obvykle trvá niekoľko hodín. Fajn, ale ako mucholapka „zráta“ počet podráždení a zároveň „zmeria“ čas medzi nimi?
Po každom jednom kontakte hmyzu s dotykovo citlivým chĺpkom prichádza k syntéze molekúl, ktorých stúpajúca koncentrácia je priamo úmerná počtu impulzov. (Pre znalcov: ide o kokteil obsahujúci najmä koronatín a jazmonátové glykozidy). Mucholapka túto bioaktívnu zmes neustále monitoruje a každé prekročenie jej kritického množstva znamená jednu „čiarku“ na pomyselnej kalkulačke. Zároveň prvý dotyk hmyzu aktivuje elektrický potenciál, ktorý sa šíri cez všetky bunky listov pasce. Tento náboj sa síce krátkodobo udrží pomocou zvýšenej koncentrácie iónov (najmä vápnika), jeho životnosť je však maximálne pol minúty a následne zaniká. Ak však počas tejto krátkej periódy dôjde k ďalšiemu dotyku, elektrický náboj a vápenaté katióny prekročia limitné hodnoty a pasca sa bleskovo zaklapne.
.netýkavka
Reakciou na dotyk však nemusí byť nutne hmyzovražda. Existujú rastliny, ktoré na mechanické podráždenie odpovedajú menej letálnym spôsobom. A niektoré priam esteticky a graciózne.
Citlivka obyčajná (Mimosa pudica) je asi najznámejšia botanická hanblivka, ktorá sa však „pýri“ sebe vlastným spôsobom. Pôvodom z Južnej Ameriky, táto ornamentálna bylina sa vďaka svojim mimoriadne senzitívnym listom pestuje dnes už po celom svete. Pri akomkoľvek mechanickom podráždení – či už ide o vietor, dotyk, alebo vibráciu – mimóza okamžite zareaguje tým, že štandardne vystreté listy veľmi rýchlo poskladá smerom k stonke a inkriminovaný konárik jej ovisne. Po niekoľkých minútach sa však olistenie vráti do pôvodného stavu, aby pri ďalšom dotyku rastlina opäť zareagovala ako netýkavka. Predpokladá sa, že ide o evolučne vyvinutý obranný mechanizmus, ktorý má citlivku chrániť pred bylinožravými predátormi.
Je pritom zaujímavé, že unikátna pohybová aktivita listov mimózy je z elektrofyziologického pohľadu veľmi podobná zaklapnutiu pasce mucholapky. Už prvé experimenty zo začiatku minulého storočia ukázali, že už len dotyk listu inicioval vznik akčného potenciálu, ktorý sa rozšíril po celej vetvičke a spôsobil rýchle ochabnutie všetkých jej listov. Následné vedecké štúdie priblížili mnohé detaily tohto vizuálne fascinujúceho procesu.
Rastlinný protoplast, ktorý je podobný živočíšnej bunke, pripomína balónik plný vody. Tekuté prostredie, ktoré sa nachádza pod tenkou membránou, obsahuje niekoľko mikroskopických organel vrátane jadra a mitochondrií. Avšak na rozdiel od iných eukaryotických buniek, fytobunky majú ešte navyše aj bunkovú stenu, pod ktorou sa protoplast nachádza. Bunková stena pozostáva najmä z molekúl celulózy a dodáva fytobunke pevnosť a charakteristický tvar. A práve fyzikálne vlastnosti bunkovej steny zabezpečujú potrebnú mechanickú tuhosť listov, stoniek a kmeňov pri absencii iných podporných štruktúr. Za normálnych okolností obsahujú protoplasty toľko vody, že jej permanentný tlak na bunkové steny spôsobuje ich maximálne „vystretie“, čo umožňuje rastlinám, aby zostali vzpriamené a zároveň (u)niesli svoju vlastnú hmotnosť. Len čo sa však množstvo vody v bunkách zníži, tlak na bunkové steny klesá, celá botanická konštrukcia „zmäkne“ a rastlina začína vädnúť. To ale súčasne znamená, že kontrolovanou manipuláciou obsahu vody vo svojich bunkách dokážu rastliny regulovať veľkosť tlaku pôsobiaceho na bunkové steny.
Už je asi zrejmé, ako toto všetko súvisí s fenomenálnou schopnosťou mimózy aktívne pohybovať svojimi listami. Každý z nich totiž obsahuje špeciálne motorické bunky, ktoré fungujú ako hydraulické mikropumpy, schopné prečerpávať vodu sem a tam. Čiže keď sa bunky naplnia vodou, tlak v nich stúpa a listy sa vystrú. Naopak, ak vodu z buniek vypumpujú von, tlak poklesne a listy vzápätí ochabnú. Experimenty odhalili, že činnosť motorických buniek ovláda citlivka pomocou série elektrických signálov. Za normálnych okolností, keď sú listy mimózy pekne vzpriamené, ich bunky sú plné katiónov draslíka. Relatívne vysoká koncentrácia tohto prvku vo vnútrobunkovom priestore v porovnaní s jeho nižším obsahom v blízkom okolí totiž spôsobuje, že do buniek sa neustále „pchajú“ molekuly vody kvôli vyrovnaniu koncentračného gradientu draslíka. A keďže väčší objem vody v bunkách zapríčiňuje vyšší tlak na bunkové steny, listy zostávajú pevne vystreté. Len čo však do motorických buniek dorazí elektrický signál generovaný dotykom listu, v bunkových membránach sa otvoria draslíkové kanáliky a katióny spolu s vodou unikajú z buniek von a listy okamžite zvädnú. Po chvíli však signál odoznie, motorické bunky napumpujú draslík s vodou späť a – listy sa zase vzpriamia. Nuž a kde je vápnik? Ten práve reguluje otváranie draslíkových kanálikov takisto, ako je to u mucholapky.
.autor je chemik.
Samozrejme, rastliny „necítia“ dotyky v tom zmysle ako my. Nedisponujú nervovým systémom, ktorým by sa tlakové impulzy z mechanoreceptorov prenášali cez neurónovú sieť až do mozgu, kde by sa finálne transformovali do pocitov bolesti alebo tlaku. A keďže rastliny nemajú ani mozog, ich reakcie na mechanické podnety nemôžu byť vedomé či nebodaj emotívne. Napriek tomu však majú oba fenomény – tak rastlinný, ako aj živočíšny hmat – spoločný jeden kľúčový parameter: bioelektrický prenos signálu.
.mucholapka
Medzi botanických veľmajstrov dotyku nepochybne patrí fotogenická mucholapka obyčajná (Dionaea muscipula), ktorá s obľubou rastie na nutrične chudobných pôdach. Aby si zabezpečila dostatočný prísun nevyhnutných prvkov (najmä dusíka a fosforu), ako jediná suchozemská mäsožravá rastlina loví drobné živočíchy prudkým zaklapnutím dômyselnej pasce. Jej koncové listy sa na tento účel transformovali do dvoch oválnych, naspodu prepojených častí v tvare písmena V, pričom ich horné okraje sú vybavené ostňami (cíliami), pripomínajúcimi zuby hrebeňa. Vnútorný povrch pasce má – vďaka červeným antokyánom – príťažlivú farbu a popri atraktívnom vzhľade láka potenciálnu obeť aj vôňou sladučkého nektáru. Nuž a keď sa nič netušiaca mucha, zvedavý chrobák alebo dokonca malá žabka ocitne medzi nimi, obe polovice náhle a bleskovo zaklapnú, uväzniac tak prekvapenú obeť. Šanca na vyslobodenie je prakticky nulová, pretože „zazipsované“ cílie pascu zvrchu dokonale uzamknú. Rýchlosť cvaknutia je pritom obdivuhodná: mucholapke to nikdy netrvá dlhšie, než tri desatiny sekundy! A botanické hody sa môžu začať. V čom však spočíva tajomstvo jej unikátnych loveckých schopností?
Z vnútorného povrchu oboch častí pasce kolmo vyrastajú tri veľké chĺpky. Sú usporiadané do trojuholníka a extrémne citlivé na dotyk, pričom práve o ne zavadí potenciálna obeť pri svojom pohybe. Ich mechanickým podráždením sa spustí kaskáda biochemických reakcií, ktoré vyústia do jej bleskového zaklapnutia. (Mimochodom, celý proces svojím obsahom nápadne pripomína situáciu, keď nám po ruke lezie mucha.) Kontakt hmyzu s dotykovo-citlivým chĺpkom stimuluje mechanoreceptory na povrchu tkaniva pasce. Následne dochádza k aktivácii iónových kanálikov v bunkových membránach, čo spôsobí intenzívny presun rôznych katiónov (vodíka, vápnika, draslíka) a aniónov (najmä chlóru) medzi bunkami a ich okolím. Prirodzeným dôsledkom hektických manévrov nabitých častíc (a molekúl vody) je však generovanie elektrického prúdu. Nuž a práve ten slúži ako prenosový signál, ktorý okamžite doručí „príkaz“ na loveckú akciu do všetkých zainteresovaných buniek. Vzápätí prichádza k zmenám ich tvaru, objemu a tuhosti, čo má za následok mechanické zmrštenie tkanív pasce a jej finálne zaklapnutie.
Keďže však bleskové zatvorenie, strávenie potravy a následné otvorenie prázdnej pasce predstavuje energeticky náročný proces, mucholapka disponuje spoľahlivým prevenčným systémom, ktorý zabráni neželaným falošným poplachom. Na to, aby sa pasca aktivovala, je totiž nutné mechanické podráždenie najmenej dvoch chĺpkov (alebo toho istého dvakrát) za sebou a ešte navyše v čase kratšom ako pol minúty. Pokiaľ tomu tak nie je, mäsožravá rastlina vyhodnotí ojedinelý signál ako nejedlý impulz, povedzme kvapku dažďa. Alebo alternatívne – v princípe síce jedlé, ale predsa len príliš malé „sústo”, ktoré by jednak mohlo z pasce uniknúť a keby aj hneď nie, vynaložená námaha by určite nebola adekvátna množstvu získanej potravy. Nehovoriac už o tom, že opätovné otvorenie zbytočne zaklapnutej pasce obvykle trvá niekoľko hodín. Fajn, ale ako mucholapka „zráta“ počet podráždení a zároveň „zmeria“ čas medzi nimi?
Po každom jednom kontakte hmyzu s dotykovo citlivým chĺpkom prichádza k syntéze molekúl, ktorých stúpajúca koncentrácia je priamo úmerná počtu impulzov. (Pre znalcov: ide o kokteil obsahujúci najmä koronatín a jazmonátové glykozidy). Mucholapka túto bioaktívnu zmes neustále monitoruje a každé prekročenie jej kritického množstva znamená jednu „čiarku“ na pomyselnej kalkulačke. Zároveň prvý dotyk hmyzu aktivuje elektrický potenciál, ktorý sa šíri cez všetky bunky listov pasce. Tento náboj sa síce krátkodobo udrží pomocou zvýšenej koncentrácie iónov (najmä vápnika), jeho životnosť je však maximálne pol minúty a následne zaniká. Ak však počas tejto krátkej periódy dôjde k ďalšiemu dotyku, elektrický náboj a vápenaté katióny prekročia limitné hodnoty a pasca sa bleskovo zaklapne.
.netýkavka
Reakciou na dotyk však nemusí byť nutne hmyzovražda. Existujú rastliny, ktoré na mechanické podráždenie odpovedajú menej letálnym spôsobom. A niektoré priam esteticky a graciózne.
Citlivka obyčajná (Mimosa pudica) je asi najznámejšia botanická hanblivka, ktorá sa však „pýri“ sebe vlastným spôsobom. Pôvodom z Južnej Ameriky, táto ornamentálna bylina sa vďaka svojim mimoriadne senzitívnym listom pestuje dnes už po celom svete. Pri akomkoľvek mechanickom podráždení – či už ide o vietor, dotyk, alebo vibráciu – mimóza okamžite zareaguje tým, že štandardne vystreté listy veľmi rýchlo poskladá smerom k stonke a inkriminovaný konárik jej ovisne. Po niekoľkých minútach sa však olistenie vráti do pôvodného stavu, aby pri ďalšom dotyku rastlina opäť zareagovala ako netýkavka. Predpokladá sa, že ide o evolučne vyvinutý obranný mechanizmus, ktorý má citlivku chrániť pred bylinožravými predátormi.
Je pritom zaujímavé, že unikátna pohybová aktivita listov mimózy je z elektrofyziologického pohľadu veľmi podobná zaklapnutiu pasce mucholapky. Už prvé experimenty zo začiatku minulého storočia ukázali, že už len dotyk listu inicioval vznik akčného potenciálu, ktorý sa rozšíril po celej vetvičke a spôsobil rýchle ochabnutie všetkých jej listov. Následné vedecké štúdie priblížili mnohé detaily tohto vizuálne fascinujúceho procesu.
Rastlinný protoplast, ktorý je podobný živočíšnej bunke, pripomína balónik plný vody. Tekuté prostredie, ktoré sa nachádza pod tenkou membránou, obsahuje niekoľko mikroskopických organel vrátane jadra a mitochondrií. Avšak na rozdiel od iných eukaryotických buniek, fytobunky majú ešte navyše aj bunkovú stenu, pod ktorou sa protoplast nachádza. Bunková stena pozostáva najmä z molekúl celulózy a dodáva fytobunke pevnosť a charakteristický tvar. A práve fyzikálne vlastnosti bunkovej steny zabezpečujú potrebnú mechanickú tuhosť listov, stoniek a kmeňov pri absencii iných podporných štruktúr. Za normálnych okolností obsahujú protoplasty toľko vody, že jej permanentný tlak na bunkové steny spôsobuje ich maximálne „vystretie“, čo umožňuje rastlinám, aby zostali vzpriamené a zároveň (u)niesli svoju vlastnú hmotnosť. Len čo sa však množstvo vody v bunkách zníži, tlak na bunkové steny klesá, celá botanická konštrukcia „zmäkne“ a rastlina začína vädnúť. To ale súčasne znamená, že kontrolovanou manipuláciou obsahu vody vo svojich bunkách dokážu rastliny regulovať veľkosť tlaku pôsobiaceho na bunkové steny.
Už je asi zrejmé, ako toto všetko súvisí s fenomenálnou schopnosťou mimózy aktívne pohybovať svojimi listami. Každý z nich totiž obsahuje špeciálne motorické bunky, ktoré fungujú ako hydraulické mikropumpy, schopné prečerpávať vodu sem a tam. Čiže keď sa bunky naplnia vodou, tlak v nich stúpa a listy sa vystrú. Naopak, ak vodu z buniek vypumpujú von, tlak poklesne a listy vzápätí ochabnú. Experimenty odhalili, že činnosť motorických buniek ovláda citlivka pomocou série elektrických signálov. Za normálnych okolností, keď sú listy mimózy pekne vzpriamené, ich bunky sú plné katiónov draslíka. Relatívne vysoká koncentrácia tohto prvku vo vnútrobunkovom priestore v porovnaní s jeho nižším obsahom v blízkom okolí totiž spôsobuje, že do buniek sa neustále „pchajú“ molekuly vody kvôli vyrovnaniu koncentračného gradientu draslíka. A keďže väčší objem vody v bunkách zapríčiňuje vyšší tlak na bunkové steny, listy zostávajú pevne vystreté. Len čo však do motorických buniek dorazí elektrický signál generovaný dotykom listu, v bunkových membránach sa otvoria draslíkové kanáliky a katióny spolu s vodou unikajú z buniek von a listy okamžite zvädnú. Po chvíli však signál odoznie, motorické bunky napumpujú draslík s vodou späť a – listy sa zase vzpriamia. Nuž a kde je vápnik? Ten práve reguluje otváranie draslíkových kanálikov takisto, ako je to u mucholapky.
.autor je chemik.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.