Про що думають рослини

Про що думають рослини

Уривок з книги професора Флорентійського університету, рослинного нейробіолога Стефано Манкузо і наукової журналістки Алессандри Віоли «Про що думають рослини», присвяченої обчислювальним центрам рослин, їх сну і соціальному життю.

Отці ботаніки: Лінней і Дарвін

Карл Лінней (1707-1778) був лікарем, дослідником і натуралістом. Серед його численних інтересів була і систематика рослин. З цієї причини його часто називають «великим класифікатором», віддаючи йому належне лише частково, оскільки все життя він активно займався різноманітними дослідженнями, а не тільки класифікацією. Ідеї Ліннея щодо рослинного світу від початку були вельми примітними.

По-перше, він виявив у рослин «репродуктивні органи» і як основний таксономічний критерій для своєї системи класифікації обрав саме «статеву систему». Цікаво, що цей вибір забезпечив йому одночасно університетський пост і звинувачення в «аморальності». На той час вже було відомо, що рослини мають стать, але вивчати статеві ознаки рослин, щоб їх класифікувати — це просто скандал! Потім вчений запропонував іншу теорію, яка лише дивом не викликала такої ж критики, як перша: Лінней з дивовижною рішучістю і простотою стверджував, що рослини можуть... спати.

Навіть назва трактату Somnus Plantarum («Сон рослин»), опублікованого в 1735 році, не містить ні тіні обережності, якою часто відрізнялись вчені того часу, намагаючись вберегти свої теорії від можливої критики. На підставі наукових знань тієї епохи і власних спостережень за станом листя і гілок рослин в нічний час Лінней посмів стверджувати, що рослини сплять. Однак це сталось за кілька століть до того, як сон був визнаний фундаментальною біологічною функцією організму, пов'язаною з активністю розвиненого в еволюційному плані мозку, тому в той час ідея Ліннея не викликала ніяких суперечок.

Сьогодні та ж сама теорія має безліч опонентів, і якби Лінней знав про численні функції сну, можливо, він зовсім інакше інтерпретував би свої спостереження і заперечував би існування у рослин такої ж функції, яку мають тварини.

Насправді він заперечував схожість рослин і тварин, але в іншому контексті — у зв'язку з питанням про комахоїдні рослини. Лінней знав про існування рослин, які поїдають комах, наприклад таких, як венерина мухоловка (Dionaea muscipula), і, безумовно, спостерігав, як вони стуляються і переварюють комах. Однак ця реальність (рослина поїдає тварину) була настільки несумісною з догматом про ієрархічне влаштування природи, в рамках якого рослини розташовувались на нижчому щаблі розвитку, що Лінней, як і його сучасники, висунув безліч різних пояснень, але не визнав очевидного.

Наприклад, без жодних наукових підстав він припускав, що захоплені хижими рослинами комахи зовсім не вмирають, а залишаються всередині рослини для власної зручності, або що вони приземляються на рослину випадково, а не тому, що вона їх приваблювала. Або навіть що пастка закривається випадково і тому не може бути приманкою для тварини.

Двоїсте ставлення до світу рослин яскраво проявляється навіть у поглядах великого шведського ботаніка! До публікації Чарльзом Дарвіном трактату про комахоїдні рослини в 1875 році вчені так і не могли погодитись з існуванням рослин, які харчуються тваринами. Але навіть Дарвін, відомий своєю обережністю, не зміг назвати ці рослини хижими, як ми їх називаємо сьогодні, хоча прекрасно знав про існування рослин, що харчуються щурами та іншими дрібними ссавцями, таких як деякі м'ясоїдні рослини з роду Nepenthes. Такі ось «комахоїдні»!

Обережність Дарвіна не повинна дивувати нас сильніше за обережність Галілея або інших вчених минулих століть. Саме через їх «дипломатичність» деякі революційні ідеї повільно просочувались в товщу суспільної свідомості, включаючи свідомість вчених, які були досить консервативними.

Але давайте повернемось до досліджень Ліннея і поставимо собі питання: як він зміг твердо заявити, що рослини вміють спати, і при цьому не накликати на себе критику інших вчених? Відповісти на це питання легко: довгий час вважалось, що в основі його теорії немає жодних фактичних даних, тому вона просто не вимагає спростування. Більше того, яка різниця, сплять рослини чи ні, якщо сон не має ніякої фізіологічної функції?

Сьогодні ми знаємо, як багато важливих життєвих і мозкових функцій пов'язано зі сном. І аж до початку нинішнього століття наука стверджувала, що сплять тільки найбільш високоорганізовані тварини. У 2000 році ця догма була повалена італійським нейробіологом Джуліо Тононі, який показав, що відпочивають навіть такі «примітивні» комахи, як дрозофіли. Так чому ж рослини не можуть спати? Єдине можливе пояснення нашого неприйняття цієї ідеї криється в нашому ставленні до рослинного світу.

Чи правда, що люди — найрозвиненіші істоти на планеті?

Наше уявлення про рослинний світ і ідея так званої піраміди живих істот існували протягом століть і практично не змінились з моменту написання Шарлем де Бовелем (1479-1567) «Книги про мудреця».

Яскрава ілюстрація в цій книзі цілком замінила б тисячу слів: вона зображує живі істоти і неживі об'єкти в висхідному порядку. Все починається з каміння (якому дається такий короткий опис: Est — існують, але не мають жодних інших ознак). Вище розташовуються рослини (Est et vivit — існують і живі, але не більше того), потім йдуть тварини (Sentit — відчувають) і, нарешті, людина (Intelligit — тільки людина наділена інтелектуальними здібностями).

Досі популярна народжена ще в епоху Відродження ідея, що якісь види живих істот є більш розвиненими в еволюційному плані і мають більш різноманітні життєві здібності, ніж інші. Це частина нашого культурного виховання, і ми практично не в силах відмовитись від нього, навіть не дивлячись на те, що після публікації в 1859 році книги «Про походження видів» пройшло більше 150 років.

Сформульована Чарльзом Дарвіном ідея настільки важлива для розуміння життя на планеті, що знаменитий біолог Феодосій Добржанський писав: «Ніщо в біології не має сенсу, крім як у світлі еволюції». Теорії великого британського біолога, ботаніка, геолога і зоолога тепер є частиною наукової спадщини всього людства. Однак ідея про те, що рослини — пасивні істоти, які не мають чутливості, здатності до комунікації, поведінкових реакцій і вміння обробляти інформацію, що випливає з абсолютно невірного розуміння еволюції, досі зберігає свої позиції навіть серед вчених.

Дарвін показав, що розглядати живу природу в термінах більш чи менш еволюційно розвинених організмів не можна; з точки зору Дарвіна всі нині існуючі організми знаходяться на вершині їх еволюційної гілки — в іншому випадку вони б вже зникли. Це дуже важливе припущення, оскільки, за Дарвіном, знаходження в кінці еволюційної гілки означає максимальну здатність до адаптації, досягнуту в ході еволюції. Звичайно ж, цей геніальний натураліст прекрасно знав, що рослини — надзвичайно складні організми, що мають безліч інших можливостей, ніж ті, які їм зазвичай приписують.

Значну частину свого життя і наукової роботи він присвятив ботаніці (шість томів наукових праць і близько 70 творів), ілюструючи на прикладі рослин теорію еволюції, що забезпечила йому безсмертну славу. Але при цьому більшу частину досліджень Дарвіна, присвячених вивченню рослинного світу, завжди вважали другорядною — ще одне підтвердження недостатньої уваги до рослин з боку вчених.

У книзі «Сто один ботанік», опублікованій в 1994 році, Дуейн Ізелі писав: «Про Дарвіна було написано більше, ніж про будь-якого іншого біолога... Однак кумедно, що його рідко представляють як ботаніка. Той факт, що він написав кілька книг про вивчення рослин, відзначався в присвячених йому працях, але зазвичай згадки про нього як про ботаніка випадкові, з розряду: «Дійсно, Дарвін кілька разів стверджував, що вважає рослини найдивовижнішими живими істотами»». («Мені завжди подобалось піднімати рослини в ієрархії організованих істот», — писав Дарвін в автобіографії.) Цю тему Дарвін розвивав у фундаментальній праці «Сила руху рослин», опублікованій в 1880 році.

Це був вчений старої школи: він спостерігав за природою і виводив її закони. Дарвін не був завзятим експериментатором, але в цій книзі він пояснював результати багатьох сотень експериментів, проведених разом з сином Френсісом, і описав та інтерпретував безліч рухів рослин: найрізноманітніші рухи, більшість з яких відбуваються не в надземній частині, а в кореневій системі, яку Дарвін вважав «командним центром» рослини.

Дуже показовий останній параграф найзнаменитішої книги англійського натураліста. Саме тут в простій і доступній для кожного формі він формулює свій остаточний висновок. Ось чудова фраза з відомого епілогу з книги «Про походження видів»:

«Є велич у цьому погляді, за яким життя з його різними проявами Творець спочатку вдихнув в одну або обмежене число форм; і між тим як наша планета продовжує обертатись згідно незмінним законам тяжіння, з такого простого початку розвинулось і продовжує розвиватись нескінченне число найпрекрасніших і найдивовижніших форм».

У промовистому параграфі в заключній частині книги «Сила руху рослин» вчений ясно викладає своє переконання, що коріння рослин якоюсь мірою аналогічне мозку нижчих тварин. Насправді рослина має тисячі кореневих закінчень, кожне з яких забезпечене власним «обчислювальним центром». Цей вислів ми використовуємо, щоб показати навіть найбільш злісним критикам, що з часів Дарвіна ніхто не сказав і не подумав, що в корінні міститься справжній мозок (який, звичайно, не нагадує за формою волоський горіх, як мозок людини), оскільки на цей факт протягом тисячоліть чомусь не звертали уваги. Однак існує гіпотеза, що верхівки коренів аналогічні мозку тварини і мають безліч таких же функцій. Що в цьому такого дивного?

Хоча на підставі своїх припущень Дарвін міг зробити дуже важливі висновки, він був обережний і не став розробляти цю тему в книзі. Він був уже старим, коли писав «Силу руху рослин», і, хоча був впевнений в тому, що рослини слід сприймати як розумні організми, також знав, що заявити про це означало викликати негативну реакцію на всі його праці. Згадайте, що йому вже доводилось захищати теорію походження людини від мавпи!

Тому він залишив розробку теорії про розумність рослин іншим вченим, зокрема своєму синові Френсісу.

Френсіс Дарвін (1848-1925), будучи під глибоким впливом ідей і відкриттів свого батька, продовжив його справу і став одним з перших у світі професорів в області фізіології рослин і написав першу в світі працю на цю тему англійською мовою. В кінці XIX століття все ще вважалось парадоксальним об'єднувати проблеми ботаніки та фізіології. Однак Френсіс Дарвін, який довгі роки разом з батьком вивчав рослини і їх поведінку, був переконаний в їх розумності.

Вже будучи відомим вченим, на відкритті щорічного конгресу Британської наукової асоціації 2 вересня 1908 року він відкинув всю обережність і заявив, що рослини є розумними істотами. Це викликало вельми очікуваний шквал протесту, але Дарвін стійко дотримувався своєї ідеї і того ж року опублікував на цю тему статтю на 30 сторінках в журналі Science.

Наслідки були неймовірними. Дебати знайшли відображення в світовій пресі і поділили вчених на два ворогуючі табори. На одному боці були ті, хто швидко погодився з розумністю рослин завдяки переконливим доказам, представленим Френсісом Дарвіном. На іншому боці — ті, хто заперечував таку можливість. Як у Стародавній Греції!

За роки до цих подій Чарльз Дарвін вів плідну переписку з нині незаслужено забутим італійським ботаніком з Лігурії. Федеріко Дельпіно (1833-1905) був одним з видатних натуралістів свого часу і навіть може вважатись творцем такого напрямку досліджень, як біологія рослин. Цей видатний вчений був директором ботанічного саду в Неаполі.

Завдяки листуванню з Дарвіном він переконався в розумності рослин і особисто зайнявся експериментальними дослідженнями, спрямованими на вивчення їх можливостей. Довгий час він займався так званою мірмекофілією — симбіозом між рослинами і мурахами (термін походить від грецьких слів murmex — мураха і philos — люблячий). Чарльз Дарвін знав, що багато рослин виробляють нектар не в квітах (хоча, звичайно ж, значна частина нектару синтезується в квітах, щоб приваблювати комах і використовувати їх для запилення).

Він також знав, що солодкий нектар приваблює мурах. Однак він ніколи не вивчав це явище докладно і вважав, що виділення нектару не квітами, а іншими частинами рослин, пояснюється виділенням непотрібних рослині продуктів життєдіяльності. Однак з цього питання Дельпіно не погодився з великим вченим. Нектар — надзвичайно енергетично багата речовина, яку рослина виробляє з великими витратами для самої себе. Так що рослині невигідно його позбуватись. Очевидно, має бути якесь інше пояснення.

Зайнявшись вивченням мурах, Дельпіно дійшов висновку, що рослини-мірмекофіли секретують нектар в інших ділянках, а не лише в квітах, щоб приваблювати мурах і використовувати їх для захисту: задоволені запропонованим частуванням мурахи захищають рослини від рослиноїдних тварин, як справжні солдати. Вам колись доводилось притулятись до дерева і відскакувати від укусів цих злісних маленьких перетинчастокрилих комах? Мурахи невпинно охороняють хазяйську рослину, шикуючись рядами, оточуючи потенційного противника і змушуючи його відступити! Не можна не визнати, що така поведінка надзвичайно вигідна обом видам організмів.

Ентомологи вважають, що мурахи поводяться надзвичайно розумно, охороняючи своє джерело живлення. Однак ботаніки завжди сприймали (і досі сприймають) ситуацію інакше. Мало хто готовий визнати, що поведінка рослин розумна (і доцільна) та що виділення нектару — навмисна стратегія рослин, призначена для приваблення такої незвичайної армії охоронців.

Рослини — завжди друга скрипка

Сьогодні ні в кого не викликає подиву, що багато неймовірних наукових відкриттів, зроблених в результаті експериментів з рослинами, протягом десятиліть «підтверджувались» в експериментах на тваринах. Фундаментальні механізми життєдіяльності, які повністю ігнорувались або значною мірою недооцінювались, поки відносились до області ботаніки, раптом ставали загальновідомими, коли виявлялись у тварин.

Наприклад, експерименти Грегора Йоганна Менделя (1822-1884), проведені на горосі, стали відправною точкою для розвитку генетики, але протягом 40 років висновки Менделя практично повністю ігнорувались, поки в результаті експериментів на тваринах не почався розквіт генетики. Або щаслива історія відкриття мобільності геномів Барбарою Мак-Клінток (1902-1992), яка була удостоєна за цю роботу Нобелівської премії.

Поки Мак-Клінток не довела протилежне, всі вважали, що геном кожного організму не змінюється в процесі його життя. «Стабільність геному» була недоторканною науковою догмою. У 1940-х роках в результаті серії експериментів на кукурудзі Мак-Клінток виявила, що цей принцип зовсім не незаперечний.

Її відкриття має основоположне значення. Так чому ж вона отримала Нобелівську премію тільки через 40 років? Причина проста: її експерименти були виконані на рослинах, і, оскільки висновки Мак-Клінток йшли врозріз з академічною догмою, наукове співтовариство їй не довіряло. Однак на початку 1980-х років аналогічні експерименти на тваринах підтвердили можливість мінливості геномів інших видів організмів, і це «повторне відкриття», а не тільки її власні результати, дозволили присудити Мак-Клінток Нобелівську премію і визнати її внесок в це відкриття.

Звичайно ж, мобільність геномів — далеко не єдиний приклад подібних відкриттів. Список досить довгий — від відкриття клітинної структури організмів до РНК-інтерференції, за дослідження якої Ендрю Фаєр і Крейг К. Мелло були удостоєні Нобелівської премії в 2006 році. Насправді вони «повторно відкрили» на черв'яках Caenorhabditis elegans те саме явище, яке за 20 років до цього Річард Йоргенсен виявив в експериментах з петунією.

І що ж? Ніхто не знає про експерименти з петунією, але експерименти на примітивному черв'яку (але ж на тварині!) були відзначені Нобелівською премією з фізіології і медицини. Таких прикладів існує набагато більше, але їх суть одна і та ж: світ рослин завжди знаходиться на другому місці, навіть в академічних колах. І при цьому рослини часто використовуються в дослідженнях завдяки схожій фізіології з фізіологією тварин, не кажучи вже про те, що експерименти на рослинах викликають менше етичних проблем.

Але чи так ми впевнені в тому, що етична сторона експериментів на рослинах несуттєва? Ми сподіваємось, що дана книга допоможе вирішити деякі сумніви з цього приводу. Коли нарешті зникне абсурдне, принижене сприйняття рослинного світу порівняно зі світом тварин, ми зможемо вивчати рослини у зв'язку з їх відмінностями від тварин, а не у зв'язку з їх схожістю — це ж набагато корисніше. Нам відкриються нові дивовижні можливості для досліджень.

 

 

Коментарі

Ввійдіть або зареєструйтесь, щоб залишати коментарі.
Читайте також

Поява нових видів рослин в доісторичні часи, зокрема трав, могла змінити навколишнє середовище і викликати формування у наших предків рис, які наблизили їх до сучасних людей.

X

Вхід

Завантажую...