Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

O rastlinách a ľuďoch

.františek Šebej .časopis .rozhovor

Je jedným z vedúcich predstaviteľov modernej, perspektívnej a trochu kontroverznej biologickej disciplíny – rastlinnej neurobiológie. Vedie laboratórium na univerzite v Bonne, ale prednáša aj v Bratislave. O rastlinách dokáže rozprávať naozaj fascinujúco. František Baluška.

.väčšina ľudí asi nevie, čo si treba predstaviť pod rastlinnou neurobiológiou. Takže čím sa to vlastne zaoberáte?
Študujem cytoskeleton rastlín, to je také „dynamické lešenie“ v bunkách, ktoré im umožňuje držať tvar a okrem toho má veľa iných funkcií. Zaoberám sa najmä špičkou koreňov, a to hlavne u jednej malej rastlinky, ktorá sa volá Arabidopsis. Táto rastlinka je veľmi populárnym objektom výskumu, pretože sa rýchlo množí a je známy jej kompletný genóm. To, čo ma zaujíma na cytoskeletone najviac, je jeho schopnosť zachytávať a spracúvať fyzikálne informácie z prostredia.

.ako ste sa k tomu dostali?

Vyštudoval som fyziológiu rastlín v Bratislave, v roku 1991 som sa dostal na pár rokov do Anglicka na univerzitu v Bristole. Potom som v roku 1994 získal Humboltovo štipendium, na základe ktorého som prišiel do Bonnu. Rok a pol som tu bol ako štipendista, a potom som dostal trvalé miesto. No a v Bonne mali projekt na výskum vnímania gravitácie u rastlín a ich reakcií na tieto vnemy. A to sa potom tak nejako rozvinulo, začali sme skúmať aj iné vnemy, ako povedzme svetlo.

.neurobiológia sa zaoberá skúmaním nervovej sústavy živočíchov, od jednotlivých neurónov až po mozog. Ale rastliny nemajú neuróny. Čím sa teda zaoberá rastlinná neurobiológia?

Slovo neurón pochádza z gréčtiny a znamená rastlinné vlákno. Neskôr sa to slovo začalo z akýchsi dôvodov používať na označenie živočíšnych nervových buniek, a tak je dnes problém používať ho znova v súvislosti s rastlinami. Niektorí kolegovia sú z takého názvu veľmi nervózni, a preto na ňom až tak veľmi netrváme. V názvoslovnom boji sme trochu ustúpili a napríklad aj Spoločnosť pre neurobiológiu rastlín sme minulý rok premenovali na Spoločnosť rastlinnej signalizácie a správania.

.pod signalizáciou sa však zrejme myslí niečo analogické, ako je vedenie nervových vzruchov. Existujú v rastlinných telách nejaké dráhy, ktoré majú charakter nervových dráh?
Áno. Keď vezmeme tridsaťmetrový strom – a ten má tridsať metrov nad zemou a tridsať pod zemou – tak keď dáte jeho koreň do nejakého osmotického alebo vodného stresu, tak póry na listoch sa prakticky okamžite zatvoria. Tie póry reagujú takmer okamžite na podnet, ktorý dostane koreňová špička. Podľa nedávnych výsledkov dokonca určité podnety na koreňovej špičke dokážu ovplyvniť fotosyntézu v listoch. No a môj kolega vo Florencii profesor Stefano Mancuso robil experimenty s rastlinami kukurice, kde pri popálení listov nameral v koreňoch takmer okamžite elektrické zmeny. Čiže, tie signály sa šíria zdola nahor aj zhora nadol. Ale najaktívnejšie elektrické signály prebiehajú v koreňových špičkách. Spolu s profesorom Mancusom sme minulý rok publikovali článok v prestížnom vedeckom časopise.

.v neurónoch sa signál šíri vo forme takzvaných akčných potenciálov v bunkovej membráne a medzi neurónmi sa šíri prostredníctvom určitých informačných chemikálií. Ako to prebieha u rastlín?
Podobne. Fungujú tam oba tie mechanizmy. Rastlinné bunky vykazujú aj akčné potenciály, ktoré majú úplne rovnaké fyzikálne a fyziologické charakteristiky ako u živočíchov alebo u ľudí. A to nie je nijaká novinka, to je známe už stopäťdesiat rokov.
Rastlinné bunky sú schopné prenášať vzruchy pomocou akčných potenciálov a chemikálií. A okrem toho je každá rastlinná bunka schopná prijímať signály, čiže dokáže fungovať ako senzorický neurón.

.čo všetko dokáže rastlina pomocou tých receptorov vnímať?

Tlak, teplotu, gravitáciu, stres...

.stres?
Áno. Pri zvýšenom strese, napríklad pri poranení, reaguje rastlina istým špecifickým spôsobom. Poviem vám to na príklade etylénu. Etylén je jednoduchý plyn C2H2, ktorý funguje ako anestetikum. Používal sa aj pri operáciách, ale už sa nepoužíva, pretože je trochu výbušný. A etylén si tvoria aj rastliny, najmä keď sú poranené.

.o poranenej rastline sa dá hovoriť ako o rastline v strese?
Nielen o poranenej. Stres môže vyvolať aj chlad alebo nedostatok vody a mnoho ďalších príčin. Rastliny sú vlastne v permanentnom strese.

.prečo?
Pretože sa nemôžu hýbať. Nevedia odísť z nepriaznivých podmienok. Preto sú naozaj v permanentnom strese, ale niekedy je ten stres vyšší a vtedy začnú produkovať viac etylénu. Dá sa povedať, že množstvo produkovaného etylénu súvisí s intenzitou stresu, ktorý vnímajú.

.použili ste slovo „vnímajú“. Ale vnem, prinajmenšom z hľadiska psychológie, nie je len jednoduchý podnet. Je to komplexná vec, ktorá s informáciou z tohto podnetu nejako pracuje...
To je pravda a aj u rastlín sa deje niečo podobné. My dnes vieme, že tie informácie veľmi komplexne spracúvajú, integrujú ich a dokonca si ich ukladajú, čiže majú pamäť...

.rastliny majú pamäť?
Majú a stále ju používajú, to je v rastlinnej biológii známe už pomerne dlho. Ak je rastlina dočasne vystavená stresu v podobe nedostatku vody, tak si to nejakým spôsobom zapamätá a v budúcnosti vie na nedostatok vody reagovať lepšie ako rastlina, ktoré ten nedostatok nikdy nepoznala. Ak je jedna rastlina vystavovaná postupne čoraz väčším a väčším stresom z nedostatku  a druhá nie, a ak sú potom obe vystavené veľkému nedostatku vody, tak tá prvá to na základe predchádzajúcich skúseností dokáže prežiť, pričom tá druhá odumiera. A takých príkladov je, samozrejme, viac.

.tak skúsme ešte aspoň jeden.
Koreň rastliny rastie smerom dole, v smere gravitácie. Keď zmeníte polohu rastliny tak, aby bol koreň vodorovne, rastlina to zistí a zmení smer rastu koreňa. Zahne ho tak, aby aj pri tejto novej polohe rástol smerom zvislo dolu. A teraz k pamäti. Vezmete rastlinu, dáte ju do vodorovnej polohy na päť minút, a potom ju vložíte do chladničky, v ktorej prestane rásť. Inak funguje normálne, len nerastie. Keď ju po čase vyberiete a dáte ju do zvislej polohy, koreň začne rásť vodorovne. Pretože si pamätá ten posledný vnem a uskutočňuje príslušnú reakciu. V podstate sa nám ten koreň zdá sprostý, lebo rastie nesprávnym smerom, ale on na to po čase príde a znova začne rásť smerom dolu.

.okrem rastu zrejme rastliny, najmä teda ich korene, veľa pohybov nevykonávajú. V čom teda spočíva ich reakcia na rôzne podnety?
Napríklad vo vylučovaní špeciálnych látok, ktorými privolávajú tých, ktorých chcú mať pri sebe a odháňajú tých, ktorých tam mať nechcú. V časopise Nature bola publikovaná práca o koreňoch kukurice, ktoré sú napádané takými drobnými bielymi červíčkami (v angličtine corn root-worm). Keď červíčky začnú žrať korene, tak korene vylúčia do okolia istý produkt (nazýva sa sesquiterperpen)  a ten privolá nematódy (iné červíčky, trochu väčšie), ktoré zas žerú tých červíčkov. Mimochodom, to má úplne zásadný význam pre poľnohospodárstvo. Kým sme nevedeli, že rastliny majú schopnosť privolať si „bodyguardov“, tak sme tú ich schopnosť pri šľachtení ignorovali. A väčšina kukuričných línií tú schopnosť šľachtením stratila, takže mnohé odrody vyšľachtenej kukurice už nemajú schopnosť privolať si pomoc. Nedávno bola publikovaná práca, podľa ktorej jej autori dokázali genetickou manipuláciou tú schopnosť obnoviť.

.to naozaj môžeme hovoriť o privolaní pomoci?
Ale áno, v tomto panuje medzi botanikmi v podstate úplná zhoda. To, že si rastliny dokážu privolať nepriateľa svojho nepriateľa, je v rastlinnej ekológii všeobecne uznávaný fakt. Veľmi známy je príklad jednej malej osičky, ktorú si rastlina privoláva na likvidáciu húseníc. Osičky nakladú do húseníc vajíčka a húsenice sú potom zvnútra kompletne vyžraté.

.ak hovoríme o privolaní pomoci, navodzuje to dojem, akoby rastliny so živočíchmi komunikovali...
Tu by som asi nehovoril o komunikácii, ale o manipulácii. Je pravda, že rastliny sú manipulátori par excellence. Musia to robiť, keďže sa nevedia hýbať. Manipulujú prostredníctvom troch kanálov. Jednak prostredníctvom vône a chuti, ďalej cez tvary, a napokon aj farbami. Niektoré orchidey nedávajú osám už ani len nektár, len napodobňujú tvarom kvetov osie samičky, ktoré sa samčeky snažia oplodniť. Iný nedávno publikovaný príklad sa týka opeľovania tabaku. Ten je normálne opeľovaný jedným nočným motýľom, ktorý tam však nechá svoje larvičky a tie po čase začnú vyžierať listy. Preto tabak po nejakom čase vylúči do kvetu toľko nikotínu, že ten motýľ sa z toho už nedokáže napiť a na ich miesto nastúpia kolibríky, ktoré opeľujú kvety ďalej. Čiže rastlina je schopná zmeniť podľa potreby svojho opeľovača.

.takže naozaj nejde o komunikáciu ale o ovplyvňovanie červov a hmyzu...
No, nielen červov a hmyzu. V posledných tisícročiach sa po celej zemeguli úžasne rozšírilo niekoľko druhov rastlín – kukurica, pšenica, jačmeň, ryža a zopár ďalších – ktorým sa to podarilo nie vďaka tomu, čo dávajú hmyzu, ale vďaka tomu, čo dávajú ľuďom.

.takže o komunikácii sa vlastne nedá hovoriť?
Dá, ale nie medzi rastlinami a živočíchmi. Rastliny komunikujú s rastlinami. Posledné výsledky rastlinnej ekológie ukazujú, že keď je jedna rastlina napadnutá, tak vylúči určité látky a okolité rastliny si na základe toho zvýšia imunitu. Rastliny si tak vymieňajú informácie, respektíve skúsenosti. Dokonca sa dá povedať, že rastliny majú reč. Je to chemická reč, ale má všetky lingvistické charakteristiky reči. V momentálnom štádiu začíname odkrývať len prvé písmenká tej reči, tým že ľudia izolujú jednotlivé chemické látky, ktoré majú signálny charakter. V princípe by sme mali byť časom schopní tú reč rozlúštiť. Keď sme rozlúštili rosetskú dosku, tak by sme mali vedieť dešifrovať aj toto.

.mohli by sme dostať nejaký konkrétny príklad takej komunikácie?

Približne pred pätnástimi rokmi začali v južnej Afrike z ničoho nič umierať antilopy v púšti Kalahari. Po čase vysvitlo, že to majú na svedomí agáty, ktorým antilopy obžierajú listy. Keď je príliš sucho, tak sa agáty bránia tým, že začnú vylučovať veľmi veľa tanínov a antilopy sa otrávia. Tie taníny nezačnú agáty produkovať až vtedy, keď k nim sucho dorazí, ale už vtedy, keď dostanú informáciu o masívnom požieraní listov od iných agátov. Tá informácia k nim prichádza s vetrom a antilopy sa naučili žrať proti smeru vetra čiže zo stromov, ktoré ešte neboli informované od silne napadnutých agátov. A to všetko sa zmenilo vtedy, keď tam ľudia postavili ploty a znemožnili antilopám tú taktiku. Zúfalé antilopy začali žrať aj listy,ktoré boli pre ne toxické, a umierali z toho.

.ale to znie naozaj až fantasticky, skoro akoby rastliny mali nielen čosi ako nervy, ale dokonca aj niečo ako vyššiu nervovú sústavu...
Možno niečo také naozaj majú. Hustota neuroaktívnych pletív u rastlín výrazne rastie smerom ku koreňovej špičke. Charles Darwin publikoval so svojím synom Francisom v roku 1880 knihu, v ktorej na záver povedal úplne jasne, že koreňová špička funguje podobne ako mozog nižších živočíchov. Náš nedávny článok s profesorom Mancusom práve toto potvrdil.

.to znamená, že rastliny sú zavŕtané hlavou do zeme a ukazujú nám chvost?

Nie chvost, ukazujú nám svoje sexuálne orgány. Používajú ich na manipuláciu živočíchov.

.aj ten najjednoduchší živočíšny mozog obsahuje obrovské množstvo neurónov. Koľko buniek schopných prijímať a odovzdávať signály obsahuje tá koreňová špička?

Asi dve tretiny rastlinných buniek sú schopné prenášať akčné potenciály, pričom najvyššia koncentrácia takých buniek je práve v koreňovej špičke. A treba si uvedomiť, že koreňová sústava rastliny je veľmi rozvetvená. Tak napríklad kukurica má jeden stonkový vrchol, ale obrovské množstvo koreňových špičiek. A tie všetky sú prepojené a koordinované. Ten „mozog“ nepredstavuje len jedna špička, ale celá sústava.

.dobre, hovoríme teda o niečom ako „mozog“, o pocitoch, o pamäti, o komunikácii. Myslíme to len ako užitočnú metaforu, alebo to myslíme tak trochu naozaj?

To treba preskúmať. Určite nemôžeme naše pojmy mechanicky prenášať na rastliny. To by bola hlúposť, veď ak je to aj niečo viac ako len metafora, tak je celkom zrejmé, že rastliny riešia úplne iné otázky ako my. Treba si ich skôr predstaviť ako bytosti z inej planéty. Z nášho antropocentrického pohľadu sa do niečoho takého vieme vžiť len ťažko.

.znamená to, že rozdiel medzi rastlinami a živočíchmi nie je až taký priepastný, ako to väčšina z nás vníma?
Evolučne sú to dve rôzne vetvy. Rastliny a živočíchy vyvinuli multicelularitu, t.j. mnohobunkovosť, nezávisle od seba. Tieto dve vetvy sa dlho od seba oddeľovali, ale pri vyšších rastlinách a živočíchoch akoby začalo prebiehať akési zbližovanie, akási konvergentná evolúcia. Z hľadiska našej témy sa to prejavuje napríklad tým, že čím vyššie rastliny, tým viac majú neuroaktívnych pletív a tie pletivá sú organizovanejšie.

.pričom na úrovni jednotlivých buniek sú rastliny dokonca komplexnejšie ako živočíchy...
Áno sú, pretože oproti živočíšnym bunkám obsahujú rastlinné bunky navyše plastidy – napríklad chloroplasty, v ktorých prebieha fotosyntéza. Niektoré živočíchy tiež dokážu využívať plastidy, ale berú si ich z rastlín, ktorými sa živia. Napríklad koraly žijú v symbióze s riasami a existuje morský slimák, ktorý žerie sinice a z nich si berie chloroplasty, pomocou ktorých dokáže uskutočňovať fotosyntézu. Keď nemá dosť potravy, tak to môže riešiť fotosyntézou. Možno je ten slimák na najlepšej ceste, aby z neho za milióny rokov bola rastlina.

František Baluška. Fyziológiu rastlín vyštudoval v Bratislave, dnes pracuje na univerzite v Bonne, kde vedie laboratórium na Inštitúte bunkovej biológie rastlín. Zároveň má externý úväzok na Slovenskej akadémii vied a okrem toho učí aj na Prírodovedeckej fakulte Univerzity Komenského. Je jedným zo zakladateľov medzinárodnej Spoločnosti pre neurobiológiu rastlín a šéfredaktorom časopisu Plant signaling and behavior.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.neprehliadnite