Good Mood

Upraven s povolením z Mozku: Big Bangs, Chování a Přesvědčení, Rob DeSalle a Ian Tattersall, nakladatelství Yale University Press. Copyright © 2012 Rob DeSalle a Ian Tattersall

Někteří lidé si myslí, že rostliny reagují na hovor, přehrávání hudby a jiné formy lidské pozornosti. A přestože Rostliny více než pravděpodobné nezpracovávají lidský jazyk, jsou si však velmi dobře vědomy svého okolí a jsou velmi schopné komunikace mezi svými buňkami., Někteří vědci se navíc domnívají, že vnitřní komunikační systém rostliny je velmi blízký tomu, co bychom mohli legitimně nazvat nervovým systémem. Koneckonců, některé koktejly jsou známé pro navíjecí rychle poté, co byl narušen, a mucholapek rychle zareagovat na přítomnost hmyzu v jejich zařízení pro digitalizaci. Charles Darwin provedl srovnatelná pozorování a navrhl podobné představy o rostlinách., V jedné z jeho méně známých prací, Síla Pohybu v Rostlinách (1880), napsal o kořínek, embryonální kořen v závodě, a citlivost jeho tip na různé druhy stimulace:

je sotva přehnané říci, že špička kořínek tak dotoval, a má moc řídit pohyby přilehlých částí, se chová jako mozek jedné z nižších zvířat; mozek, že sedí v přední konec těla, přijímání dojmů ze smyslových orgánů, a režie několika pohyby.,

Darwin říkal, že kořínek nejen, že se chová jako mozek řídí funkce jiných buněk, ale je také umístěn do odpovídajícího místa v anatomii rostlin. Někteří moderní botanici rozšířili tuto myšlenku. V roce 2005 se ve Florencii v Itálii konalo první mezinárodní setkání neurobiologie rostlin a v roce 2006 byl zahájen zcela nový časopis,rostlinná signalizace a chování. Co navrhují rostlinní neurobiologové?

myšlenka, že rostliny mají nervové systémy, pramení z několika zdrojů informací., Za prvé, rostliny mají geny, které jsou podobné těm, které specifikují složky zvířecích nervových systémů. Takové složky zahrnují receptory pro glutamát, aminokyselinu, která je jedním ze stavebních bloků proteinů, ale také funguje jako neurotransmiter. Dalšími složkami jsou aktivátory neurotransmiterové dráhy, jako jsou proteiny známé jako G-box, a rodina proteinů „14-3-3“, které působí na vazbu různých signálních proteinů. Všechny tyto proteiny byly pozorovány u zvířat, u kterých bylo prokázáno, že mají odlišné role v nervové funkci. Přesto se vyskytují i v rostlinách.,

za druhé, ačkoli tyto proteiny více než pravděpodobně nemají v rostlinách „neurální“ funkce, některé rostlinné proteiny se chovají velmi podobně jako neurální molekuly. Za třetí, zdá se, že některé rostliny vykazují synapse podobné oblasti mezi buňkami, přes které molekuly neurotransmiteru usnadňují komunikaci mezi buňkami. Součástí požadavku pro srovnání je, že regiony by měly mít stejné vlastnosti jako zvíře synapse, jako je například tvorba váčků, malé bubliny, které ukládají neurotransmitery, které mají být propuštěn přes synapse., Za čtvrté, mnoho rostlin má cévní systémy, které vypadají, jako by mohly působit jako potrubí pro „impulsy“, které potřebují přenášet po celém těle rostliny. Poslední, některé rostlinné buňky zobrazovat to, co by mohlo být interpretováno jako akční potenciály—události, v nichž elektrické polarity přes buněčné membrány, se rychle, dočasné obrácení, jak se vyskytuje v živočišných nervových buněk.

Pojďme se podívat na tyto různé druhy informací, a na to, co mohou znamenat pro existenci mozku-jako funkce v rostlinách.

není divu, že najdete geny v rostlinách, které souvisejí s živočišnými geny zapojenými do nervového systému. Potvrzení této skutečnosti bylo jedním z prvních opravdu zajímavých výsledků různých genomových projektů. Důvod, proč to není překvapující, je, že celý život na planetě je sjednocen prostřednictvím společného původu., Najít geny společné mezi široce odlišnými organismy je to, co byste očekávali při sestupu od běžných předků. Ukazuje se tedy, že typický bakteriální genom má ekvivalent 2 procent svých genů v lidském genomu. U rostlin je počet asi 17 procent a u takových organismů, jako jsou mouchy a červy, počet skočí na 30 až 40 procent. Dalším způsobem, jak měřit podobnost genomů, je zeptat se, kolik se liší skutečné sekvence bází v genech genomu., Pro obratlovce, když sekvenční podobnost je zkoumáno, počet se pohybuje od asi 85 procent, pro takové vzdálené příbuzné, jako jsou ryby, na 98,7%, pro šimpanze, a 99,7 procenta pro naše blízké zaniklé relativní, Homo neanderthalensis. Co však nebylo tak očekáváno, je široká distribuce hlavních genových kategorií, které jsou zastoupeny jak u rostlin, tak u zvířat.

přesto může evoluce s geny usnadnit některé pozoruhodné „variace na témata“., Pokud Gen vytvoří protein zapojený do určitého procesu v rostlinách, odpovídající gen u zvířete nebo houby nemusí nutně vytvářet protein, který má stejnou funkci. Poučným příkladem jsou glutamátové receptory, které se podílejí na zvířecí nervové synapse a interagují s neurotransmiterem glutamátem. Rostliny mají také glutamátové receptory, ale to, zda slouží něčemu jako „neurální“ funkce, je jiná věc., Vyšetření distribuce této genové rodiny v genomech rostlin a živočichů nám ukáže, jak genové rodiny mohou lišit a jak funkce těchto genů může lišit příliš.

u zvířat se tyto receptory nacházejí především v přijímajícím konci nervových buněk – jejich“ postsynaptické “ oblasti. Glutamát je transportován přes synapse, setkává se s receptory, a tak vzrušuje akční potenciál nebo vypalování nervové buňky. Stává se, že dva hlavní druhy glutamátových receptorů jsou rozpoznány na základě toho, jak podporují postsynaptický impuls., První druh je „ionotropní“: glutamátových receptorů line iontový kanál póry přes buněčnou membránu příjemce nervové buňky, a když se na receptory váží na glutamátové, póry jsou aktivovány a ionty proudí přes ně. V „metabotropní“ receptory, iontové kanály jsou aktivovány více nepřímo, prostřednictvím signálních kaskád, které jsou obvykle spojeny s G-proteiny (což vázat guanin, jedné ze čtyř nukleových kyselin, bází).

aby proces fungoval, musí glutamátové receptory také vázat to, co se nazývá agonisté., Existují tři hlavní druhy agonisty, které interagují s ionotropní glutamátové receptory: AMPA (alfa-amino-3-hydroxyl-5-methyl4-isoxazol-propionát), NMDA (N-methyl-D-asparagová kyselina) a kainátové. Ostatní agonisté interagují s metabotropními receptory. Existuje také několik verzí glutamátové receptory pro ionotropní a metabotropní funkcí, stejně jako několik rámci těchto funkčních kategorií, které jsou specifické pro různé agonisty. Existuje tedy více verzí genů pro proteiny u zvířat (to je to, co se nazývá genová rodina)., Například, většina savců mají šestnáct ionotropní glutamátové receptory: čtyři, které používají AMPA jako agonista, sedm, že použití NMDA jako agonista, a pět, které používají kainátové jako agonista. Stejně tak myši a lidé mají osm metabotropních glutamátových receptorů, z nichž každý používá různé agonisty.

Rostliny mají glutamátové receptory, které jsou více podobné ionotropní druhu., Arabidopsis thaliana (thale cress), dříč rostlin, genetiky a genomiky, má dvacet členů této genové rodiny, počet ve stejném ballpark, zvědavě, jako těch šestnáct ionotropní glutamátové receptory u savců. Navíc, tři hlavní kategorie glutamátové receptory byly objeveny v rostlinách, a připomíná, že existují tři hlavní kategorie ionotropní zvířat glutamátové receptory (ty, které používají AMPA, NMDA, a kainit jako agonisté). Odpovídají však podskupiny živočišných ionotropních glutamátových receptorů zhruba těm v rostlinách?, Jinými slovy, jsou živočišné glutamátové receptory, které používají AMPA jako agonista, úzce spjaty s určitou podmnožinou rostlinných glutamátových receptorů než s jinými živočišnými nebo rostlinnými receptory?

ve skutečnosti se tři kategorie rostlinných glutamátových receptorů vůbec nepodobají těmto kategoriím zvířat. Pro jednu věc, zvířata zřejmě všichni vyvinuli stejné geny v této genové rodině prostřednictvím duplikací u společných předků, zatímco rostlinné glutamátové receptory se zdají být vyvíjeny od jediného společného předka, který existoval dříve, než se rostliny a zvířata rozcházely., To znamená, že velmi specifické glutamátové receptory zvířat nemají vztah one-to-one s receptory rostlinného glutamátu. Ani receptory v rostlinách nevykazují vztah k odlišným orgánům, jako tomu je u zvířat.

dále, kromě jakékoli podobnosti v genech, se můžeme obrátit na naši druhou zdánlivou podobnost, na funkci proteinů specifikovaných geny. Ve skutečnosti je pravda, že rostlinné glutamátové receptory mohou interferovat se zvířecími glutamátovými receptory, což naznačuje, že rostlinné receptory mají stále nějakou ekvivalentní funkci v nervových buňkách zvířat., Tam je, například, podivný případ na ostrově Guam lidských požití cycad materiál (rostliny bohaté na glutamát-jako aminokyseliny), které způsobují neurodegenerativní příznaky podobné těm, Alzheimerova choroba, Parkinsonova nemoc, Lou gehrigova onemocnění. A exprese rostlinných glutamátových receptorů je specifická pro kořen, samotné místo, které někteří vědci považují za nejvíce sugestivní pro rostlinné nervové systémy., Zatímco malou podmnožinu těchto receptorů se zdají být důležité v raném vývoji kořenů, nicméně, různé receptory v rostliny nemají obvykle zobrazí vztah k rozdílné orgány, jako je tomu u zvířat. Přesto, pokud glutamátové receptory neslouží funkcím nervového systému v rostlinách, proč jsou tam? Nejčastějším argumentem pro jejich udržení v rostlinách je to, že slouží jako obranné proteiny, aby odvrátily invazi druhů hmyzu.,

za třetí, vzhledem k tomu všemu, existují rostlinné struktury, které se chovají jako synapse, spolu s molekulami, které se chovají jako neurotransmitery aktivní v“ synaptické “ oblasti? Aby to znamenalo cokoli, je třeba potvrdit několik charakteristik rostlin. Musí být ukázána synaptická komunikace, prováděná neurotransmitery a receptory neurálního vysílače stejným způsobem jako u neurotransmise zvířat—například prostřednictvím vezikul poblíž synapse., Jedním kandidátem neurotransmiteru je auxin (kyselina indol-3-octová), malá molekula, kterou někteří botanici cítí, je nejlepším argumentem pro neurologické chování v rostlinách. Existují také transportéry pro auxin, které se chovají podobně jako receptory, protože pomáhají pohybu auxinu přes buněčnou membránu. Ale funguje auxinový systém jako neurotransmise? Někteří vědci by skutečně argumentovali Ano., Molekulární botanik Gerd Jürgens v Max Planck Institute for Developmental Biology, například ukázal, že transportu auxinu je dosaženo prostřednictvím „váček s drogami,“ proces, zahrnující buněčné váčky (malé lipidů-obalené bubliny), které má zvíře neurotransmiter–jako rysy.

auxin se u zvířat stále nenachází a zdá se, že je to rostlinný protein, který reguluje růst. Pro některé z jürgensových pozorování naznačuje, že struktury vezikul mohou být dostatečně podobné, aby mohly dobře argumentovat., Když druhy „synapse“ made in rostlin jsou zkoumány, dva spojovací typy ukázat, že mají proteinové domény zakotven v buněčné membráně. Na transportu auxinu systému, dosaženo prostřednictvím váček s drogami, je ovlivněna světlo a gravitaci ovládat mobilní tocell komunikace, a používá auxin jako vysílač, se chová v podstatě stejným způsobem jako neurotransmiter.

druhá „synapse“ se chová jako propojení mezi imunitní buňkou zvířete a patogenní buňkou. U zvířat tento systém implementuje imunitní odpověď a zničení napadajícího patogenu., V rostlinách umožňuje jednotlivci nejen vypořádat se s patogeny, ale také stabilizovat interakce se symbionty—důležitou funkcí. Rostliny vytvářejí užitečné obousměrné interakce s mnoha mikroorganismy, jako jsou bakterie a houby, a v některých případech tyto mikroby plní úkoly, které rostlina sama nedokáže. Některé rostliny nemohou proces životního dusíku, takže tvoří symbiotický vztah s bakteriemi z rodu Rhizobium, že to trik, a synapse-jako přílohu je zásadní pro vztah., V tomto procesu rhizobia získává výhodu, že je krmena rostlinou.

Pak, na řešení čtvrté a páté bodů vznesených výše o existenci rostlin nervové systémy, co třeba elektrické impulsy nebo akčních potenciálů u rostlin, a jejich možnými cestami, jak části rostlin cévní systém? Kupodivu, elektrická vodivost u rostlin byla objevena o několik let dříve, než Luigi Galvani jeho ďábelský 1780 frogleg experimenty ukazující elektrické impulsy v zvířata. Není tedy pochyb o tom, že v rostlinách existují elektrické signály nebo možná dokonce akční potenciály., Je také jasné, že, jako Erica Davies na North Carolina State University, „základní důvod, proč rostliny mají elektrické signály je to, že umožňují velmi rychlé a systémové přenos informací, tak, že celá rostlina je informoval téměř okamžitě, i když pouze jeden region může být rozrušený.“Přesto je povaha akčního potenciálu u rostlin a zvířat zcela odlišná, i když oba zahrnují iontové kanály svých buněk., Zatímco zvířata produkují akční potenciál výměnou sodíkových a draselných iontů, rostlinné potenciály se produkují transportem vápníku, který je zesílen chloridem a snížen draslíkem.

Co tedy uzavřeme?
představa, že rostliny mají mozek v jistém smyslu, je zajímavá i provokující., Tak provokativní, ve skutečnosti, že v roce 2007 třicet šest vyšetřovatelů z třicet tři instituce zveřejnila otevřený dopis, v časopise Trends in Plant Science udržování „, že rostlinné neurobiologie není přidat k našemu pochopení fyziologie rostlin, rostlinné buňky biologie nebo signalizace,“ a prosil zastánci iniciativu „, aby kriticky přehodnotit koncepci a rozvíjet intelektuálně přísný základ pro to“—pěkný způsob, jak říct „jen snížit ji ven.“

celkově byla reakce rostlinných neurobiologů na otázku rostlinných „mozků“ poněkud konfliktní., Anthony Trewavas z University of Edinburgh navrhl, že „rostlinné neurobiologie je metafora“—a nic víc. Jeho zaměření bylo na samotný termín,a jeho zájem byl hlavně v jeho významu při řízení vědy pochopit buněčnou biologii rostlin a tajemství rostlinné buněčné komunikace a signalizace. Ale biologové Františkovi.sek Balu.,ska z Univerzity v Bonnu a Stefano Mancuso z Univerzity ve Florencii usilovně prosazoval doslovný existence nervového systému u rostlin, což naznačuje, že „odstranění staré Aristotelské rozkol mezi rostliny a zvířata, bude sjednotit všechny vícebuněčné organismy v rámci jednoho konceptuálního rámce.“

je zřejmé, že obě perspektivy nemohou mít pravdu. Zdá se nám, že Trewavas tomu říká, co to je: prostě případ diskuse o podobnostech. Je to samotná metafora, která dělá prohlášení o podobnosti rostlinných a živočišných systémů tak zajímavá., Ale aby to bylo užitečné, musíte uznat, že je to metafora. Sjednotit rostliny a zvířata pod jediným „koncepčním deštníkem“, když tam opravdu není, vytváří skutečný problém. Za prvé, existují dobré důkazy, že rostliny a zvířata nesdílejí společného předka k vyloučení všech ostatních organismů na planetě. Houby a mnoho jednobuněčných organismů, které mají jádra, se dostanou do cesty. Sjednocující deštník by tuto skutečnost zamaskoval a podkopal užitečnost metafory. Když metafora již není rozpoznána jako taková, klam se stává pravidlem dne.