Η μυστική γλώσσα των φυτών
Πάνω στη βόρεια Σιέρα Νεβάδα, ο οικολόγος Richard Karban προσπαθεί να μάθει μια ξένη γλώσσα. Τα φυτά φασκόμηλου που είναι διάσπαρτα σε αυτές τις πλαγιές μιλούν μεταξύ τους, χρησιμοποιώντας λέξεις που κανείς δεν ξέρει. Ο Karban, ο οποίος διδάσκει στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis, ακούει και αρχίζει να καταλαβαίνει τι λένε.
Τα στοιχεία για την επικοινωνία των φυτών είναι μόλις μερικές δεκαετίες παλιά, αλλά σε αυτό το σύντομο χρονικό διάστημα έχουν περάσει από την ηλεκτρισμένη ανακάλυψη στην αποφασιστική απομυθοποίηση στην ανάσταση. Δύο μελέτες που δημοσιεύθηκαν το 1983 απέδειξαν ότι οι ιτιές, οι λεύκες και οι ζαχαροπλάστες μπορούν να προειδοποιήσουν η μία την άλλη για επιθέσεις εντόμων:Άθικτα, άθικτα δέντρα κοντά σε αυτά που έχουν προσβληθεί από πεινασμένα ζωύφια αρχίζουν να αντλούν χημικά που απωθούν τα σφάλματα για να αποτρέψουν την επίθεση. Ξέρουν κατά κάποιο τρόπο τι βιώνουν οι γείτονές τους και αντιδρούν σε αυτό. Το εντυπωσιακό συμπέρασμα ήταν ότι τα ανεγκέφαλα δέντρα μπορούσαν να στέλνουν, να λαμβάνουν και να ερμηνεύουν μηνύματα.
Τα πρώτα λίγα χαρτιά «ομιλούν δέντρο» καταρρίφθηκαν γρήγορα ως στατιστικά ελαττωματικά ή υπερβολικά τεχνητά, άσχετα με τον πραγματικό πόλεμο μεταξύ φυτών και ζωυφίων. Το ερευνητικό πεδίο σταμάτησε. Αλλά η επιστήμη της επικοινωνίας των φυτών επιστρέφει τώρα. Αυστηρά, προσεκτικά ελεγχόμενα πειράματα ξεπερνούν αυτές τις πρώτες επικρίσεις με επαναλαμβανόμενες δοκιμές σε εργαστήρια, δάση και χωράφια. Είναι πλέον αποδεδειγμένο ότι όταν τα ζωύφια μασούν φύλλα, τα φυτά αντιδρούν απελευθερώνοντας πτητικές οργανικές ενώσεις στον αέρα. Με την τελευταία καταμέτρηση του Karban, 40 από τις 48 μελέτες για την επικοινωνία των φυτών επιβεβαιώνουν ότι άλλα φυτά ανιχνεύουν αυτά τα αερομεταφερόμενα σήματα και αυξάνουν την παραγωγή χημικών όπλων ή άλλων αμυντικών μηχανισμών ως απόκριση. «Τα στοιχεία που αποδεικνύουν ότι τα φυτά απελευθερώνουν πτητικά όταν υποστούν ζημιά από φυτοφάγα είναι τόσο σίγουρα όσο μπορεί να είναι κάτι στην επιστήμη», δήλωσε ο Μάρτιν Χέιλ, οικολόγος στο μεξικανικό ερευνητικό ινστιτούτο Cinvestav Irapuato. "Τα στοιχεία ότι τα φυτά μπορούν με κάποιο τρόπο να αντιληφθούν αυτά τα πτητικά και να ανταποκριθούν με αμυντική απόκριση είναι επίσης πολύ καλά."
Η επικοινωνία των φυτών μπορεί να εξακολουθεί να είναι ένα μικροσκοπικό πεδίο, αλλά οι άνθρωποι που το μελετούν δεν θεωρούνται πλέον ως τρελό περιθώριο. «Κάποτε οι άνθρωποι δεν σου μιλούσαν καν:«Γιατί σπαταλάς τον χρόνο μου με κάτι που έχουμε ήδη απομυθοποιήσει;» είπε ο Κάρμπαν. «Αυτό τώρα είναι καλύτερα σίγουρα». Η συζήτηση δεν είναι πλέον αν τα φυτά μπορούν να αισθανθούν τα βιοχημικά μηνύματα του άλλου - μπορούν - αλλά για το γιατί και πώς το κάνουν. Οι περισσότερες μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί υπό ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες, επομένως ένα από τα κύρια ανοιχτά ερωτήματα είναι σε ποιο βαθμό τα φυτά χρησιμοποιούν αυτά τα σήματα στη φύση. Η απάντηση θα μπορούσε να έχει μεγάλες συνέπειες:οι αγρότες μπορεί να είναι σε θέση να προσαρμόσουν αυτή τη φλυαρία, τροποποιώντας φυτά τροφίμων ή γεωργικές πρακτικές έτσι ώστε οι καλλιέργειες να αμύνονται καλύτερα από τα φυτοφάγα ζώα. Γενικότερα, η πιθανότητα τα φυτά να μοιράζονται πληροφορίες εγείρει ενδιαφέροντα ερωτήματα σχετικά με το τι μετράει ως συμπεριφορά και επικοινωνία — και γιατί οι οργανισμοί που ανταγωνίζονται μεταξύ τους μπορεί επίσης να θεωρήσουν κατάλληλο να δικτυώσουν τις γνώσεις τους.
Οι επιστήμονες διερευνούν επίσης πώς μπορεί να διαδοθούν τα μηνύματα από αυτά τα σήματα. Μόλις πριν από λίγους μήνες, ο πρωτοπόρος της σηματοδότησης φυτών Ted Farmer του Πανεπιστημίου της Λωζάνης ανακάλυψε έναν σχεδόν εντελώς άγνωστο τρόπο με τον οποίο τα φυτά μεταδίδουν πληροφορίες - με ηλεκτρικούς παλμούς και ένα σύστημα σηματοδότησης με βάση την τάση που θυμίζει παράξενα το νευρικό σύστημα των ζώων. «Είναι πολύ εντυπωσιακό αυτό που κάνουν τα φυτά», είπε ο Farmer. "Όσο περισσότερο δουλεύω πάνω τους, τόσο περισσότερο εκπλήσσομαι."
Η μελέτη του αγρότη δεν σημαίνει ότι τα φυτά έχουν νευρώνες ή εγκεφάλους ή οτιδήποτε παρόμοιο με τα συστήματα που χρησιμοποιούν τα ζώα για να επικοινωνούν. Δεν τους αποδίδουμε δικαιοσύνη όταν προσπαθούμε να βάλουμε τη συναρπαστική, εξωγήινη βιολογία τους με ανθρώπινους όρους, είπε. Αλλά μπορεί να έχουμε υποτιμήσει δραματικά τις δυνατότητές τους. Καθώς οι ερευνητές αρχίζουν να μαθαίνουν τη γλώσσα των φυτών, αρχίζουν να έχουν μια εντελώς νέα άποψη για τον φυλλώδη πράσινο κόσμο στον οποίο ζούμε.
Μυστικές ζωές
Ο Karban ξεκίνησε ως ερευνητής τζίτζικας, μελετώντας πώς τα δέντρα αντιμετωπίζουν τη μάστιγα των ζωυφίων που ρουφούν το χυμό που πέφτει πάνω τους κάθε 17 χρόνια. Τότε, η υπόθεση ήταν ότι τα φυτά επιβίωναν με το να είναι ανθεκτικά, προσαρμόζοντας τη φυσιολογία τους για να κυνηγούν και να υποφέρουν από ξηρασίες, προσβολές και άλλες καταχρήσεις. Αλλά στις αρχές της δεκαετίας του 1980, ο ζωολόγος του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον Ντέιβιντ Ρόουντς έβρισκε στοιχεία ότι τα φυτά αμύνονται ενεργά ενάντια στα έντομα. Οι κύριοι της συνθετικής βιοχημείας, κατασκευάζουν και αναπτύσσουν χημικά και άλλα όπλα που κάνουν το φύλλωμά τους λιγότερο εύγευστο ή θρεπτικό, έτσι ώστε τα πεινασμένα ζωύφια να πάνε αλλού. Για τον Karban, αυτή η ιδέα ήταν μια συναρπαστική έκπληξη - μια ένδειξη ότι τα φυτά ήταν ικανά για πολύ περισσότερα από την παθητική αντοχή.
Αυτό που βρήκε ο Rhoades στη συνέχεια ήταν ακόμη πιο εκπληκτικό - και αμφιλεγόμενο. Κοίταζε πώς η ιτιά Sitka άλλαξε τη θρεπτική ποιότητα των φύλλων της ως απάντηση στην προσβολή από κάμπιες σκηνής και σκουλήκια ιστού. Στο εργαστήριο, όταν τάιζε τα έντομα φύλλα από προσβεβλημένα δέντρα, τα σκουλήκια μεγάλωναν πιο αργά. Αλλά η ανάπτυξή τους καθυστέρησε επίσης όταν τους τάισε φύλλα από άθικτες ιτιές που ζούσαν κοντά στα δέντρα που τρώγονταν. Η ίδια βιοχημική αλλαγή φαινόταν να συμβαίνει και στις δύο ομάδες δέντρων και το συμπέρασμα του Rhoades, που δημοσιεύτηκε το 1983, ήταν ότι οι ανέγγιχτες ιτιές έπαιρναν ένα μήνυμα από εκείνους που δέχονταν επίθεση. Την ίδια χρονιά, ο Ian Baldwin και ο Jack Schultz από το Πανεπιστήμιο Dartmouth ανακάλυψαν ότι τα σπορόφυτα λεύκας και ζαχαροπλαστείου άρχισαν να αντλούν φαινόλες κατά των φυτοφάγων όταν τοποθετήθηκαν σε έναν θάλαμο ανάπτυξης δίπλα σε δενδρύλλια με κομμένα φύλλα. Το περιέγραψαν ως επικοινωνία φυτών. «Ο κόσμος ήταν πραγματικά ενθουσιασμένος», είπε ο Karban. "Ο λαϊκός Τύπος ξέσπασε με αυτό."
Αυτή η υποδοχή έκανε πολλούς επιστήμονες νευρικούς. Η ταινία του 1979 «The Secret Life of Plants» (μετά από ένα βιβλίο του 1973 με το ίδιο όνομα) είχε εντυπωσιάσει το κοινό με φωτογραφίες time-lapse που έκαναν τα φυτά να φαίνονται να στριμώχνονται από ζωντάνια καθώς ξεδίπλωσαν τα φύλλα τους και έβγαζαν τις ρίζες τους. Η ταινία υποστήριξε ότι η επιστήμη είχε αποδείξει ότι τα φυτά ήταν συνειδητά και μπορούσαν να αισθανθούν τα ανθρώπινα συναισθήματα. "Έκανε τους ανθρώπους να πιστεύουν ότι ολόκληρο το χωράφι ήταν χοϊκό", είπε ο Farmer.
Στη συνέχεια, το 1984, και τα δύο χαρτιά ομιλούντων δέντρων ξεχώρισαν από τον διαπρεπή οικολόγο John Lawton (ο οποίος αργότερα ονομάστηκε ιππότης). Ο Λόουτον είπε ότι η μελέτη του Μπάλντουιν ήταν κακοσχεδιασμένη και ότι ο Ρόουντς πρέπει να εξέδωσε κατά λάθος μια ασθένεια εντόμων που επιβράδυνε την ανάπτυξη των ζωυφίων. Η κριτική του παραλίγο να σταματήσει την έρευνα στα ίχνη της. Ο Ρόουντς, τον οποίο ο Κάρμπαν αποκαλεί τον «αναγγελία πατέρα του πεδίου», δεν μπόρεσε να βρει χρηματοδότηση για να επαναλάβει τις σπουδές του και τελικά εγκατέλειψε την επιστήμη για να διευθύνει ένα κρεβάτι και πρωινό. Οι άνθρωποι σταμάτησαν να μιλούν για επικοινωνία των φυτών. το χωράφι σκοτείνιασε.
Αερομεταφερόμενα μηνύματα
Δεν επηρεάστηκαν όλοι από την κριτική του Lawton. Ανάμεσά τους ήταν ο Τεντ Φάρμερ, τότε μεταδιδάκτορας στο εργαστήριο του γνωστού ειδικού στις φυτικές ορμόνες του Κλάρενς Ράιαν στο Πανεπιστήμιο της Πολιτείας της Ουάσιγκτον. Ο Φάρμερ και ο Ράιαν δούλεψαν με τοπικό φασκόμηλο, το οποίο παράγει άφθονες ποσότητες ιασμονικού μεθυλίου, μιας αερομεταφερόμενης οργανικής χημικής ουσίας που ο Ράιαν πίστευε ότι τα φυτά χρησιμοποιούσαν για να αποκρούσουν τα φυτοφάγα έντομα. Στο πείραμά τους, όταν τα κατεστραμμένα φύλλα φασκόμηλου τοποθετήθηκαν σε αεροστεγή βάζα με φυτά ντομάτας σε γλάστρες, οι ντομάτες άρχισαν να παράγουν αναστολείς πρωτεϊνάσης - ενώσεις που βλάπτουν τα έντομα διαταράσσοντας την πέψη τους. Η επικοινωνία μεταξύ των φυτών είναι πραγματική, είπαν σε μια εργασία του 1990:«Εάν τέτοια σηματοδότηση είναι ευρέως διαδεδομένη στη φύση, θα μπορούσε να έχει βαθιά οικολογική σημασία».
Η εργασία ήταν «με τεράστια προσοχή, η σωστή αναπαραγωγή και πολύ πειστική», είπε ο Karban. Είχε όμως ακόμα τις αμφιβολίες του. Συμβαίνει πράγματι αυτό στα άγρια φυτά ή είναι ένα ασυνήθιστο φαινόμενο που προκαλείται από εργαστηριακές συνθήκες; Ο Κάρμπαν είχε μόλις αρχίσει να δουλεύει σε έναν υπαίθριο σταθμό σε ένα μέρος της βόρειας Καλιφόρνια που ήταν πυκνό με φασκόμηλο και άγριο καπνό, ένας ξάδερφος της ντομάτας. Επανέλαβε το πείραμα του Farmer στην άγρια φύση. Όταν έκοψε φυτά φασκόμηλου, μιμούμενος τους τραυματισμούς που προκλήθηκαν από τα αιχμηρά δόντια των εντόμων και παρακινώντας τα φυτά να παράγουν ιασμονικό μεθυλεστέρα και άλλες αερομεταφερόμενες χημικές ουσίες, ο άγριος καπνός άρχισε να αντλεί το αμυντικό ένζυμο οξειδάση πολυφαινόλης. Αυτό φαινόταν να έχει πραγματικές συνέπειες. Στο τέλος της σεζόν, αυτά τα φυτά καπνού είχαν πολύ λιγότερη ζημιά στα φύλλα από άλλα από ακρίδες και κοφτόσκουλη. Ο Karban προειδοποίησε ότι είναι δύσκολο να πει κανείς με βεβαιότητα εάν οι αερομεταφερόμενες χημικές ουσίες ήταν άμεσα υπεύθυνες για τη μείωση της ζημιάς, αλλά τα αποτελέσματα είναι παρόλα αυτά ενδιαφέροντα.
Κατά τη διάρκεια της επόμενης δεκαετίας, τα στοιχεία αυξήθηκαν. Αποδεικνύεται ότι σχεδόν κάθε πράσινο φυτό που έχει μελετηθεί απελευθερώνει το δικό του κοκτέιλ πτητικών χημικών ουσιών και πολλά είδη καταγράφονται και ανταποκρίνονται σε αυτά τα λοφία. Για παράδειγμα, η μυρωδιά του κομμένου χόρτου - ένα μείγμα από αλκοόλες, αλδεΰδες, κετόνες και εστέρες - μπορεί να είναι ευχάριστη για εμάς, αλλά για τα φυτά σηματοδοτεί κίνδυνο καθ' οδόν. Η Heil ανακάλυψε ότι όταν οι άγριοι καρποί λίμα εκτίθενται σε πτητικά από άλλα φυτά φασολιών λίμα που καταναλώνονται από τα σκαθάρια, αναπτύσσονται πιο γρήγορα και αντιστέκονται στην επίθεση. Οι ενώσεις που απελευθερώνονται από τα κατεστραμμένα φυτά προωθούν την άμυνα των δενδρυλλίων καλαμποκιού, έτσι ώστε αργότερα να δώσουν μια πιο αποτελεσματική αντεπίθεση ενάντια στα σκουλήκια των τεύτλων. Αυτά τα σήματα φαίνεται να είναι μια καθολική γλώσσα:το φασκόμηλο προκαλεί αντιδράσεις στον καπνό. Οι πιπεριές τσίλι και τα φασόλια lima ανταποκρίνονται επίσης στις εκπομπές αγγουριού.
Τα φυτά μπορούν επίσης να επικοινωνούν με έντομα, στέλνοντας αεροπορικά μηνύματα που λειτουργούν ως σήματα κινδύνου στα αρπακτικά έντομα που σκοτώνουν τα φυτοφάγα ζώα. Ο καλαμπόκι που δέχεται επίθεση από σκουλήκια τεύτλων απελευθερώνει ένα σύννεφο πτητικών χημικών ουσιών που προσελκύουν τις σφήκες για να γεννήσουν αυγά στο σώμα των κάμπιων. Η εικόνα που αναδύεται είναι ότι τα ζωύφια που τρέφονται με φυτά και τα έντομα που τρέφονται με αυτά, ζουν σε έναν κόσμο που μετά βίας μπορούμε να φανταστούμε, αρωματισμένο από σύννεφα χημικών ουσιών πλούσια σε πληροφορίες. Μυρμήγκια, μικρόβια, σκώροι, ακόμη και κολίβρια και χελώνες (ελεγμένο από τον αγρότη) ανιχνεύουν και αντιδρούν σε αυτές τις εκρήξεις.
Φυτά υποκλοπής
Παρά τις αυξανόμενες ενδείξεις ότι τα φυτά είναι ικανά να επικοινωνούν, πολλοί φυτοεπιστήμονες εξακολουθούν να αμφισβητούν εάν αυτή η διασταυρούμενη συζήτηση έχει βιολογική σημασία. «Η επικοινωνία μεταξύ των φυτών μέσω πτητικών λειτουργεί καλά στο εργαστήριο, αλλά κανείς δεν έχει δείξει πειστικά ότι λειτουργεί στο χωράφι», είπε ο Farmer. Παρόλο που ήταν ένας από τους πρώτους που δημοσίευσε στοιχεία ότι τα φυτά είναι ικανά να ανταλλάσσουν πληροφορίες, αυτοαποκαλείται «σκεπτικιστής» - πιστεύει ότι δεν υπάρχουν ακόμη αρκετά στοιχεία ότι αυτό παίζει πραγματικά σημαντικό ρόλο στη ζωή των φυτών. «Αλλά δεν θα ήθελα να σταματήσω τους ανθρώπους να εργάζονται σε αυτό», πρόσθεσε. "Νομίζω ότι είναι πολλά υποσχόμενο και συναρπαστικό."
Τόσο για τον Karban όσο και για τον Heil, το εκκρεμές ερώτημα είναι εξελικτικό:Γιατί θα πρέπει ένα φυτό να σπαταλά ενέργεια εντοπίζοντας στους ανταγωνιστές του έναν κίνδυνο; Υποστηρίζουν ότι η επικοινωνία των φυτών είναι εσφαλμένη ονομασία. Πραγματικά μπορεί να είναι απλώς υποκλοπή φυτών. Αντί να χρησιμοποιούν το αγγειακό σύστημα για να στέλνουν μηνύματα σε μεγάλες αποστάσεις, ίσως τα φυτά απελευθερώνουν πτητικές χημικές ουσίες ως πιο γρήγορο, πιο έξυπνο τρόπο επικοινωνίας με τον εαυτό τους — ο Heil το αποκαλεί μονόλογο. Άλλα φυτά μπορούν στη συνέχεια να παρακολουθούν αυτές τις εισπνοές δεδομένων αερομεταφερόμενων. Ενισχύοντας αυτή τη θεωρία, τα περισσότερα από αυτά τα χημικά σήματα φαίνεται να ταξιδεύουν όχι περισσότερο από 50 έως 100 εκατοστά, στο οποίο το φυτό θα σηματοδοτούσε ως επί το πλείστον.
Η πιθανότητα τα φυτά να μοιράζονται συστηματικά πληροφορίες δεν είναι απλώς ενδιαφέρουσα βοτανική. θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για τη βελτίωση της αντοχής των καλλιεργειών στα παράσιτα. Μια έκθεση του 2011 διαπίστωσε ότι τα εμπορικά υβρίδια καλαμποκιού φαίνεται να έχουν χάσει την ικανότητα του φυτού του άγριου αραβοσίτου να απελευθερώνει χημικές ουσίες που προσελκύουν παρασιτικές σφήκες που σκοτώνουν τους σκώρους βλαστών. Εάν αυτά τα αμυντικά χαρακτηριστικά μπορούσαν να αναπαραχθούν στις καλλιέργειες, θα μπορούσαν να μειώσουν την ανάγκη για φυτοφάρμακα. Μια άλλη δυνατότητα μπορεί να είναι η καλλιέργεια φυτών με ιδιαίτερα ευαίσθητες ή ισχυρές αμυντικές αποκρίσεις παράλληλα με τις καλλιέργειες αγρού. Όπως ένα καναρίνι σε ανθρακωρυχείο, αυτοί οι φρουροί θα ήταν οι πρώτοι που θα εντόπιζαν και θα αντιδρούσαν στον κίνδυνο, ειδοποιώντας τις γειτονικές καλλιέργειες.
Είτε πραγματοποιηθούν τέτοιες πρακτικές εφαρμογές είτε όχι, η επιστήμη της ομιλίας για τα φυτά αμφισβητεί τους μακροχρόνιους ορισμούς της επικοινωνίας και της συμπεριφοράς ως η μοναδική επαρχία των ζώων. Κάθε ανακάλυψη διαβρώνει αυτό που πιστεύαμε ότι γνωρίζαμε για το τι κάνουν τα φυτά και τι μπορούν να κάνουν. Για να μάθουμε τι άλλο μπορούν να κάνουν, πρέπει να σταματήσουμε να ανθρωπομορφοποιούμε τα φυτά, είπε ο Baldwin, ο οποίος βρίσκεται τώρα στο Ινστιτούτο Max Planck στη Γερμανία, και να προσπαθήσουμε αντ 'αυτού να σκεφτόμαστε όπως αυτά, να φυτομορφοποιήσουμε τον εαυτό μας. Το να φανταστείς πώς είναι να είσαι φυτό, είπε, θα είναι ο τρόπος για να καταλάβεις πώς και γιατί επικοινωνούν — και να μην γίνει πλέον μυστήριο η μυστική τους ζωή.
