egyes biológusok azt állítják, hogy a “neurobiológia” túl szűken definiált
Mimosa pudica, más néven érzékeny növény vagy touch-me-nem, gyorsan összehajtja a leveleit, ha mechanikusan zavart. Kevés növény mutat ilyen gyors mozgásokat, bár sokan—például azok, amelyek a napszaknak megfelelően nyitják meg és zárják be virágzásukat—lassabban reagálnak a környezeti ingerekre.,
Adapted with permission from the Brain: Big Bangs, Behaviors, and hiedelmek, by Rob DeSalle and Ian Tattersall, published by Yale University Press. Copyright © 2012 by Rob DeSalle and Ian Tattersall
egyesek úgy gondolják, hogy a növények reagálnak a beszélgetésre, a zenélésre és az emberi figyelem egyéb formáira. És bár a növények valószínűleg nem dolgozzák fel az emberi nyelvet, mégis nagyon is tisztában vannak a környezetükkel, és nagyon képesek kommunikálni a sejtjeik között., Továbbá egyes tudósok úgy vélik, hogy egy növény belső kommunikációs rendszere nagyon közel áll ahhoz, amit jogosan idegrendszernek nevezhetünk. Végül is néhány mimóza híres arról, hogy a zavarás után gyorsan visszahúzódik, a Vénusz légycsapók pedig gyorsan reagálnak a rovarok jelenlétére a rögzítőeszközökben. Charles Darwin hasonló észrevételeket tett, és hasonló elképzeléseket javasolt a növényekről., Az egyik kevésbé ismert működik, Az Erő, a Mozgás, a Növények (1880), arról írt, hogy a gyököcske, az embrionális gyökér egy növény, az érzékenységet, a tipp, hogy különböző típusú stimuláció:
aligha túlzás azt mondani, hogy a hegye a gyököcske így rendelkezik, valamint, hogy a hatalom irányítja, a mozgását, a szomszédos részek, úgy működik, mint az agy, az egyik a kisebb állatok; az agy, hogy ülve belül az elülső vége a test, fogadó benyomásokat, az érzékszervek, valamint irányítja a több mozgást.,
Darwin azt mondta, hogy a radicle nemcsak úgy viselkedik, mint egy agy, ha más sejtek funkcióit irányítja, hanem a növény anatómiájának megfelelő helyén is helyezkedik el. Néhány modern botanikus kiterjesztette ezt az ötletet. 2005-ben Firenzében (Olaszország) tartották az első nemzetközi növényneurobiológiai találkozót, 2006-ban pedig egy vadonatúj folyóirat,A Plant Signaling and Behavior jelent meg. Mit javasolnak a növényi neurobiológusok?
az a gondolat, hogy a növények idegrendszerrel rendelkeznek, több információforrásból ered., Először is, a növények olyan génekkel rendelkeznek, amelyek hasonlóak az állati idegrendszer összetevőihez. Ilyen összetevők közé tartoznak a glutamát receptorai, egy aminosav, amely a fehérjék egyik építőköve, de neurotranszmitterként is működik. Más komponensek a neurotranszmitter útvonal aktivátorok, például a G-box fehérjék, valamint a “14-3-3” fehérjék családja, amelyek különböző jelátviteli fehérjéket kötnek. Mindezeket a fehérjéket állatokban figyelték meg, amelyekben kimutatták, hogy különálló szerepet játszanak az idegi működésben. Mégis megtalálhatók a növényekben is.,
másodszor, bár ezek a fehérjék valószínűleg nem rendelkeznek “neurális” funkciókkal a növényekben, egyes növényi fehérjék nagyon hasonló módon viselkednek az idegmolekulákhoz. Harmadszor, úgy tűnik, hogy egyes növények szinapszisszerű régiókat mutatnak a sejtek között, amelyeken keresztül a neurotranszmitter molekulák megkönnyítik a sejt-sejt kommunikációt. Az összehasonlítás követelménye az, hogy a régióknak ugyanolyan jellemzőkkel kell rendelkezniük, mint az állati szinapszisok, például hólyagok kialakulása, kis buborékok, amelyek tárolják a szinapszisban felszabaduló neurotranszmittereket., Negyedszer, sok növénynek olyan érrendszerei vannak, amelyek úgy néznek ki, mintha vezetékként működnének az “impulzusok” számára, amelyeket a növény egész testében át kell adniuk. Végül, egyes növényi sejtek azt mutatják, amit cselekvési potenciálként lehet értelmezni—olyan események, amelyekben a sejtmembránon belüli elektromos polaritás gyors, ideiglenes megfordulást mutat, mint az állati neurális sejtekben.
a növények mozgásának erejéből származó illusztráció Darwin egyik kísérletét mutatja be egy bab radicle-vel., A) egy kis négyzet alakú kártya, amely a csúcs közelében van, elhajlik a kártyától, mintha a radicle akadályba ütközött volna. B) idővel a hajlítás, amelyet nem a csúcson történő növekedés, hanem a radicle-nél távolabb lévő sejtek hajtanak végre, derékszögbe nő. C) végül a csúcs a geotropizmus hatására lefelé hajlik. Amikor a radicle a levegő közepén van felfüggesztve, a kanyar régiójában lévő sejtek nem érzékelik közvetlenül az akadályt, ezért az érzékeny csúcs kezdeményezi válaszukat.,
nézzük meg ezeket a különféle információkat, és azt, hogy mit jelenthetnek az agyszerű funkciók létezése a növényekben.
aligha meglepő, hogy olyan géneket találnak a növényekben, amelyek az idegrendszerben részt vevő állati génekhez kapcsolódnak. Valójában ennek a ténynek a megerősítése volt a különböző genomprojektek egyik első igazán érdekes eredménye. Az ok, amiért ez nem meglepő, hogy minden élet a bolygón egyesül a közös származású., A gének közös megtalálása a széles körben eltérő organizmusok között az, amit a közös ősöktől való származással várnánk. Így egy tipikus bakteriális genom kiderül, hogy az emberi genomban a génjeinek körülbelül 2% – A egyenértékű. A növények esetében ez a szám körülbelül 17 százalék, az olyan szervezetek esetében, mint a legyek és a férgek, a szám 30-40 százalékra ugrik. A genomok hasonlóságának mérésének másik módja az, hogy megkérdezzük, mennyire különböznek a genom génjeiben a bázisok tényleges szekvenciái., A gerincesek, amikor szekvencia hasonlóság megvizsgálta, a szám-tól 85 százalék, az ilyen távoli rokonok, mint a hal, a 98,7% – ot, amiért a csimpánz, valamint 99.7 százalék a közel rokona kihalt, a Homo neanderthalensis. Ami azonban nem volt ilyen várható, az a főbb génkategóriák széles körű eloszlása, amelyek mind a növényekben, mind az állatokban képviseltetik magukat.
mégis, az evolúció megkönnyítheti néhány figyelemre méltó “témák variációját” génekkel., Ha egy gén egy adott folyamatban részt vevő fehérjét termel a növényekben, akkor az állat vagy a gomba megfelelő génjének nem feltétlenül kell ugyanazt a funkciót betöltő fehérjét előállítania. Tanulságos példa erre a glutamát receptorok, amelyek részt vesznek az állati neurális szinapszisban, és kölcsönhatásba lépnek a glutamát neurotranszmitterrel. A növények glutamát receptorokkal is rendelkeznek, de az, hogy valami “neurális” funkciót szolgálnak-e, más kérdés., A géncsalád elterjedésének vizsgálata a növények és állatok genomjaiban megmutatja, hogyan térhetnek el egymástól a géncsaládok, és hogyan térhetnek el ezek a gének funkciói is.
állatokban ezek a receptorok elsősorban az idegsejtek fogadó végén találhatók-a” posztszinaptikus ” régióban. A glutamátot a szinapszison keresztül szállítják, találkozik a receptorokkal, így izgatja az akciós potenciált, vagy az idegsejt tüzelését. Előfordul, hogy a glutamát receptorok két fő típusát felismerik a posztszinaptikus impulzus előmozdítása alapján., Az első fajta “ionotrop”: a glutamát receptorok a recipiens idegsejt sejtmembránján keresztül vezetik az ioncsatorna pórusait, és amikor a receptorok kötődnek a glutamáthoz, a pórusok aktiválódnak, és ionok áramlanak rajtuk keresztül. A “metabotróp” receptorokban az ioncsatornák közvetetten aktiválódnak, olyan jelátviteli kaszkádokon keresztül, amelyek általában a G-fehérjékhez kapcsolódnak (amelyek megkötik a guanint, a négy nukleinsavbázis egyikét).
a folyamat működéséhez a glutamát receptoroknak is meg kell kötniük az úgynevezett agonistákat., Három fő agonista létezik, amelyek kölcsönhatásba lépnek az ionotrop glutamát receptorokkal: AMPA (alfa-amino-3-hidroxil-5-metil-4-izoxazol-propionát), NMDA (N-metil-D-aszparaginsav) és kainát. Más agonisták kölcsönhatásba lépnek a metabotrop receptorokkal. A glutamát receptorok számos változata létezik mind az ionotróp, mind a metabotróp funkciókhoz, valamint számos olyan funkcionális kategórián belül, amelyek a különböző agonistákra jellemzőek. Tehát az állatokban a fehérjék génjeinek több változata létezik (ez az úgynevezett géncsalád)., Például, a legtöbb emlős tizenhat ionotropic glutamát receptorok: négy használó AMPA, mint egy agonista, hét, hogy használja NMDA, mint a agonista, illetve öt használó kainate, mint a agonista. Hasonlóképpen, az egerek és az emberek nyolc metabotrop glutamát receptorral rendelkeznek, amelyek mindegyike különböző agonistákat használ.
a növények glutamát receptorokkal rendelkeznek, amelyek jobban hasonlítanak az ionotróp típushoz., Az Arabidopsis thaliana (thale cress), a növénygenetika és a genomika munkahordozója, ennek a géncsaládnak húsz tagja van, egy szám ugyanabban a ballparkban, érdekes módon, mint az emlősök tizenhat ionotrop glutamát receptora. Ezenkívül a növényekben a glutamát receptorok három fő kategóriáját fedezték fel, emlékeztetve arra, hogy az ionotróp állati glutamát receptoroknak három fő kategóriája van (azok, amelyek AMPA-t, NMDA-t és kainitot használnak agonistaként). De vajon az állati ionotróp glutamát receptorok alcsoportjai nagyjából megfelelnek-e a növényekben?, Más szóval, az állati glutamát receptorok, amelyek az AMPA-t agonistaként használják, szorosabban kapcsolódnak a növényi glutamát receptorok egy bizonyos részhalmazához, mint bármely más állati vagy növényi receptorhoz?
valójában a növényi glutamát receptorok három kategóriája egyáltalán nem hasonlít ezekre az állatkategóriákra. Egyrészt, az állatok látszólag mind ugyanazokat a géneket fejlesztették ki ebben a géncsaládban a közös ősök duplikációival, míg a növényi glutamát receptorok úgy tűnik, hogy egyetlen közös ősből fejlődtek ki, amely a növények és az állatok eltérése előtt létezett., Ez azt jelenti, hogy az állatok nagyon specifikus glutamát receptorai nem egy-egy kapcsolatban állnak a növényi glutamát receptorokkal. A növények receptorai sem mutatnak kapcsolatot a különálló szervekkel, mint az állatokban.
továbbá a gének bármilyen hasonlósága mellett a második látszólagos hasonlóságunkhoz, a gének által meghatározott fehérjék funkciójához fordulhatunk. Valójában igaz, hogy a növényi glutamát receptorok zavarhatják az állati glutamát receptorokat, ami arra utal, hogy a növényi receptorok még mindig egyenértékű funkcióval rendelkeznek az állati idegsejtekben., Guam szigetén például az a furcsa eset áll fenn, hogy a cycad-anyag (glutamátszerű aminosavban gazdag növények) az Alzheimer-kórhoz, a Parkinson-kórhoz és Lou Gehrig-betegségekhez hasonló neurodegeneratív tüneteket okoznak. A növényi glutamát receptorok kifejeződése pedig a gyökérre jellemző, az a hely, amelyet egyes tudósok leginkább a növényi idegrendszerekre utalnak., Míg ezeknek a receptoroknak egy kis része fontosnak tűnik a gyökerek korai fejlődésében, a növények különböző receptorai általában nem mutatnak kapcsolatot a különálló szervekkel, mint az állatokban. Mégis, ha a glutamát receptorok nem szolgálják az idegrendszer működését a növényekben, miért vannak ott? A növényekben való megtartásuk leggyakoribb érve az, hogy védelmi fehérjékként szolgálnak, hogy megakadályozzák a betörő rovarfajokat.,
harmadszor, mindezek alapján vannak olyan növényi struktúrák, amelyek szinapszisként viselkednek, valamint olyan molekulák, amelyek úgy viselkednek, mint a “szinaptikus” régióban aktív neurotranszmitterek? Ahhoz, hogy ez bármit is jelentsen, meg kell erősíteni a növények néhány jellemzőjét. A szinaptikus kommunikációt neurotranszmitterekkel és neurális transzmitterekkel kell kimutatni, ugyanúgy, mint az állati neurotranszmisszióban—például a szinapszis közelében lévő vezikulák útján., Az egyik neurotranszmitter jelölt az auxin (indol-3-ecetsav), egy kis molekula, amelyet egyes botanikusok úgy érzik, a legjobb érv a növények neurológiai viselkedésére. Vannak olyan transzporterek is, amelyek az auxinhoz hasonlóan viselkednek, mint a receptorok, mivel segítik az auxin mozgását a sejtmembránon keresztül. De az auxin rendszer úgy viselkedik, mint a neurotranszmisszió? Egyes tudósok valóban igennel érvelnek., Molekuláris botanikus Gerd Jürgens a Max Planck Institute for fejlődésbiológia, például kimutatta, hogy azonosítására közlekedés elérni “vesicle kereskedelem,” egy folyamat, amelyben mobil hólyagok (kis lipid-tartozékait buborékok), amely az állat neurotranszmitter–mint jellemzői.
mégis, az auxin nem található állatokban, és úgy tűnik, hogy egy növényspecifikus fehérje, amely szabályozza a növekedést. Egyesek szerint Jürgens megfigyelései arra utalnak, hogy a vezikulumszerkezetek elég hasonlóak lehetnek ahhoz, hogy jó érvet tegyenek., Amikor megvizsgálják a növényekben előállított “szinapszisok” fajtáit, két csomóponttípus kiderül, hogy a fehérjetartományok be vannak ágyazva a sejtmembránba. A azonosítására közlekedési rendszer, elérni vesicle kereskedelem, a fény befolyásolja a gravitáció majd irányítani sejt-tocell kommunikáció, illetve használja azonosítására, mint egy adó, úgy viselkedik, ugyanúgy, mint egy neurotranszmitter.
a másik “szinapszis” úgy viselkedik, mint egy állati immunsejt és egy patogén sejt közötti kapcsolat. Az állatoknál ez a rendszer végrehajtja az immunválaszt és a behatoló kórokozó pusztulását., A növényekben lehetővé teszi az egyén számára, hogy ne csak a kórokozókkal foglalkozzon, hanem stabilizálja a szimbiontákkal való kölcsönhatásokat is—ez fontos funkció. A növények hasznos kétirányú kölcsönhatásokat hoznak létre sok mikroorganizmussal, például baktériumokkal és gombákkal, és egyes esetekben ezek a mikrobák olyan feladatokat látnak el, amelyeket a növény önmagában nem képes elvégezni. Egyes növények nem képesek feldolgozni a környezeti nitrogént, ezért szimbiotikus kapcsolatot alakítanak ki a Rhizobium nemzetségből származó baktériumokkal a trükk elvégzéséhez, a szinapszisszerű kötődés pedig elengedhetetlen a kapcsolathoz., A folyamat során a rhizobia előnye, hogy a növény táplálja.
akkor, hogy foglalkozzunk a növényi idegrendszerek létezésére vonatkozó negyedik és ötödik ponttal, mi a helyzet a növények elektromos impulzusaival vagy akciós potenciáljaival, valamint azok lehetséges útjaival a növényi érrendszer részeként? Furcsa módon, a növények elektromos vezetőképességét néhány évvel azelőtt fedezték fel, hogy Luigi Galvani elvégezte az 1780-as évek kísérteties frogleg kísérleteit, amelyek elektromos impulzusokat mutattak az állatokban. Tehát nem kétséges, hogy elektromos jelek vagy talán akár cselekvési potenciál is létezik a növényekben., Az is elég egyértelmű, hogy, mint Eric Davies az Észak-Karolinai Állami Egyetemen fogalmazott, ” az alapvető ok növények elektromos jelek, hogy lehetővé teszik a nagyon gyors és rendszerszintű információátadás, úgy, hogy az egész növény tájékoztatást szinte azonnal, bár csak egy régió már zavart.”Ennek ellenére a cselekvési potenciál jellege egészen más a növényekben és az állatokban, bár mindkettő magában foglalja sejtjeik ioncsatornáit., Míg az állatok nátrium-és káliumionok cseréjével termelik a hatáspotenciált, addig a növényi potenciálok kalcium szállítással keletkeznek, amit kloriddal erősítenek és káliummal redukálnak.
tehát mi a következtetés?
az a gondolat, hogy a növényeknek bizonyos értelemben agyuk van, mind érdekes, mind elgondolkodtató., Annyira provokatív, sőt, hogy 2007-ben harminchat nyomozók a harminc-három intézmény közzétett nyílt levél a journal Trendek a Növény Tudományos fenntartása “ez a növény neurobiológiai nem járul hozzá ahhoz, hogy megértsük a növény élettani, növényi sejt biológia vagy jelző -,” s könyörgött a hívei a kezdeményezés “, rájöttél, hogy kritikusan a koncepció, illetve, hogy dolgozzon ki egy intellektuálisan szigorú alapítvány érte”—egy szép, ahogy a mondás, hogy “csak hagyd abba.”
összességében a növényi neurobiológusok válasza a növényi “agy” kérdésére meglehetősen ellentmondásos., Anthony Trewavas, az Edinburgh-i Egyetem munkatársa szerint “a növényi neurobiológia metafora” – és semmi több. Elsősorban magára a kifejezésre összpontosított, és elsősorban a tudománynak a növények sejtbiológiájának, valamint a növényi sejt-sejt kommunikáció és jelátvitel rejtelmeinek megértésében játszott szerepe volt. De a biológusok Franti.sek Balu.,a Bonni Egyetem ska és Stefano Mancuso, A Firenzei Egyetem ska-ja erőteljesen érvelt az idegrendszer szó szerinti létezése mellett a növényekben, ami arra utal, hogy “a növények és állatok közötti régi arisztotelészi szakadék eltávolítása egy fogalmi” esernyő alatt egyesíti az összes többsejtű organizmust.””
nyilvánvaló, hogy mindkét perspektíva nem lehet helyes. Úgy tűnik, hogy a Trewavas úgy hívja, hogy mi az: egyszerűen a hasonlóságok megvitatásának esete. Maga a metafora teszi olyan érdekessé a növényi és állati rendszerek hasonlóságáról szóló kijelentéseket., De ahhoz, hogy hasznos legyen, el kell ismernie, hogy ez metafora. Ha egyetlen “fogalmi esernyő” alatt egyesítjük a növényeket és az állatokat, amikor valójában nincs ilyen, valódi problémát okoz. Egyrészt jó bizonyíték van arra, hogy a növényeknek és az állatoknak nincs közös ősük a bolygó összes többi élőlényének kizárásával. A gombák és a sok egysejtű organizmus, amelyeknek magjai vannak, útban vannak. Egy egyesítő esernyő egyaránt álcázza ezt a valóságot, és aláássa a metafora hasznosságát. Amikor egy metaforát már nem ismernek el ilyennek, a tévedés a nap szabályává válik.
