Forskere avslører planters nervesystem

De snakker sammen, gjenkjenner slektninger og har hukommelse. Planter har avanserte sanser, og undersøkelser viser at de også bruker det samme signalstoffet som pattedyr til å oppdage angrep og skader.

Visuals Unlimited/Nature Picture Library/Simon Gilroy/uni. of WISCONSIN-MADISON

Med rolige bevegelser kravler en sulten larve langsomt opp plantestengelen, helt til den befinner seg midt på et grønt blad, som den tar en stor jafs av.

Utenfra ser allting fredelig ut, og det ser ikke ut til at planten i det hele tatt enser den gnagende gjesten. Men under overflaten ringer alarmklokkene for fullt, og planten er allerede godt i gang med å beskytte seg mot angrepet fra larven.

Bittet har nemlig skrudd på et elektrisk signal forårsaket av elektrisk ladning fra ioner som raskt sprer seg fra gjerningsstedet og rundt i resten av plantecellene for å advare om det sultne insektet.

Signalet er satt i gang av aminosyren glutamat, som også fungerer som signalstoff i nervesystemet til pattedyr. Og nettopp glutamat har vist seg å være den brikken forskerne lenge har manglet for å forklare hvordan ulike plantedeler kommuniserer med hverandre – og gjøre det så raskt at de rekker å gardere seg mot angrep.

VIDEO – Se plante reagere på larvebitt:

Larvebitt starter signal

Ved hjelp av et lysende protein i plantene kan forskerne se hvordan en ring av kalsium pipler fram omkring bittet.

Signal strømmer ut i bladet

Etter om lag 66 sekunder har kalsiumbølgen spredt ut seg i hele bladet, som nå lyser opp.

Hele planten blir alarmert

På 100 sekunder har kalsiumionene spredt seg fra området som er angrepet og ut i de ytterste avkrokene av planten.

Denne oppdagelsen kom fram ved en tilfeldighet, da en gruppe amerikanske og japanske forskere fra blant annet University of Wisconsin og Saitama-universitetet i Japan ville undersøke hvordan planter reagerer på tyngdekraft.

Og funnet tyder på at planter faktisk har en form for nervesystem som kan sammenlignes med det som finnes i mennesker og dyr – en konklusjon som understreker at våre jordbundne slektningers liv og kommunikasjonsnettverk er mye mer omfattende og avansert enn vi har trodd.

Angrep setter fart på signal

I studien plasserte forskerne en samling genspleisede planter under et lysmikroskop som skulle overvåke nivåene av kalsiumioner i plantecellene.

Kalsiumionene opptrer ofte i planter som en reaksjon på for eksempel berøring, endringer i retningen av tyngdekraften og temperatursvingninger. Og ved å gjøre plantene i stand til å produsere et protein som lyser opp ved høye konsentrasjoner av kalsium, kunne forskerne holde øye med plantens reaksjoner under mikroskopet.

Når forskerne plasserte en larve på en av plantene, kunne de se en bølge av lys som startet rundt det området der larven hadde tatt en bit og etter bare noen sekunder spredte ut seg i de fjerneste avkrokene av planten.

Deretter startet produksjonen av et arsenal av giftstoffer som skulle forsvare mot ytterligere angrep.

Men da forskerne senere blokkerte de proteinene på celleoverflaten som aktiveres av glutamat, forsvant lysbølgen. Dermed var det ingen tvil om at denne aminosyren spiller en viktig rolle for plantens raske reaksjon på å bli såret – på samme måte som det gjør i nervesystemet til pattedyr, der det også overfører signaler mellom cellene ved å åpne ion-kanaler.

Planter kan se, sove og sladre

1 / 4

undefined

1234

Ny forskning har vist at planter er utrustet med mange av de samme evnene som dyr. For eksempel kan de både sanse omgivelsene sine ved hjelp av bestemte lyssensitive celler i bladene, sove ved å endre trykket i cellene og snakke med hverandre gjennom luftbårne kjemiske signaler.

© Ken Ikeda/Shutterstock

Men selv om både planter og dyr ifølge studien bruker stoffet glutamat til å kommunisere mellom cellene, er det fortsatt stor forskjell på hvordan de to systemene fungerer.

Den viktigste forskjellen er at planter, i motsetning til pattedyr, ikke har egentlige nerveceller og derfor heller ikke kan merke smerte – en forskjell som gir god mening for de rotfestede plantene, siden smertesignalet har som formål å gi et signal om at dyrene skal flykte fra noe farlig. Samtidig er hastigheten på de elektriske signalene i dyr og planter også ganske ulike.

Under forsøket spredte kalsiumsignalet i de genspleiset plantene seg med en fart på om lag en millimeter i sekundet, noe som er lynraskt i planteverdenen, men ekstremt langsomt sammenlignet med farten signaler har i dyrene, der de elektriske strømningene kan bevege seg med opptil 120 meter i sekundet.

Planter har en god hukommelse

Men på tross av de opplagte forskjellene bruker dyr og planter altså det samme signalstoffet til å kommunisere mellom cellene. Og det er slett ikke første gang de grønne organismer overrasker forskerne med ulike egenskaper som minner om dyr. For eksempel har flere studier vist at planter både kan å lære og huske.

I en studie fra The University of Western Australia forsøkte forskere å trene erteplanter på samme måte som hunder trenes til å sette likhetstegn mellom for eksempel lyd fra en klokke og mat – såkalt assosiativ læring. I forsøket ble små stiklinger av erteplantene plassert under en enkel labyrint som består av et vannrør med to utganger.

Når plantene nådde en viss høyde, kom de til en skillevei, der de måtte vokse til enten høyre eller til venstre i røret.

Mykorrhizasopper danner enorme nettverk under bakken, i forlengelse av røttene. Plantene bruker nettverket til blant annet å dele næringsstoffer og advare hverandre om sykdommer.

© Science Source/ImageSelect

Forskerne delte plantene i to grupper som fikk ulik behandling. En gruppe ble utsatt for en luftstrøm fra en vifte etterfulgt av blått lys gjennom samme rør, mens den andre gruppen først mottok luft fra det ene røret og deretter lys fra det andre.

Senere ble plantene testet, og det viste seg at erteplantene i den første gruppen vokste mot vinden – selv når det ikke var lys.

De hadde altså trukket lærdom av sine tidligere erfaringer og koblet vinden fra viften sammen med lyset. Eksperimenter på Mimosa-planter bekrefter den avanserte atferden. Plantene er ekstremt sensitive overfor berøring og folder sammen bladene sine som en forsvarsmekanisme så snart de blir berørt.

I forsøket lot forskere plantene falle fra 15 centimeters høyde flere ganger. Ved de første tre til fire fallene lukket plantene bladene sammen som vanlig, men ved det femte fallet var de mer nølende, og etter 60 reagerte de ikke lenger.

Plantene lærte at fallene ikke var livsfarlige og sluttet med å bruke krefter på å forsvare seg – også da forskerne testet dem igjen en måned etterpå. Da forskerne rusket i plantene, foldet de derimot fortsatt sammen bladene, så den manglende reaksjonen var altså ikke bare et resultat av at de var ødelagt.

Advarer hverandre

At planter har mange flere triks enn det vi ser på overflaten, er ikke noe nytt. Allerede i 1880 foreslo den engelske biologen Charles Darwin at planter er intelligente, og at de har noe som svarer til en hjerne i røttene – en konklusjon som flere ganger har blitt bekreftet. Forskere har blant annet funnet et nettverk i forlengelse av røttene som plantene bruker til å hjelpe hverandre ved å sende næringsstoffer og advarsler.

Planter bruker samme signalstoff som dyr

Når en plante blir såret, sender den ut en bølge av elektrisitet i alle celler og stimulerer en slags immunrespons. Forskere har nå avslørt at nøkkelen til signalet er aminosyren glutamat, som også er et viktig signalstoff i nervesystemet til pattedyr.

1.

En planteeter tar en bit av planten, som i løpet av få sekunder utløser signalstoffet glutamat i det vevet som blir skadet.

2.

Signalstoffet lekkes enten direkte fra det ødelagte området eller produseres aktivt fra cellene på grunn av skaden. Derfra strømmer glutamatet ut i det nærliggende karsystemet.

3.

Glutamatet setter seg på såkalte glutamatreseptorer som sitter på cellenes overflate og åpner for ionkanaler.

4.

Åpningen av ionkanalene gjør at kalsium kan strømme inn i cellene og åpne for nye kanaler, slik at kalsiumionene kan bevege seg mellom cellene.

5.

Den elektriske ladningen fra ionene skaper en bølge av elektriske signaler mellom cellene og aktiverer en rekke enzymer, som øker produksjonen av hormonet jasmonat.

6.

Hormonet beskytter planten ved å sette i gang et arsenal av bitre giftstoffer, som for eksempel garvesyre, som kan gjøre larven syk.

Nettverkene består av sopper som kalles mykorrhiza, og den samlede massen på jorda av disse soppene er trolig hele 30 milliarder tonn.

En stor andel av planteartene er trolig forbundet til disse nettverkene, som først oppsto for 400 millioner år siden. Det gjør dem blant annet i stand til å advare hverandre om sykdommer i nærområdet ved hjelp av kjemiske signaler og sende karbohydrater til artsfrender som har havnet i skyggen og dermed mangler energi.

Mye tyder altså på at de grønne organismene har mange evner vi som har vært skjult lenge. Og funnet av glutamat som et viktig signalstoff i planters forsvar mot angrep er enda en overraskende oppdagelse som viser at de kan kommunisere.

Les også:

Planter

Potteplanter kan fjerne kreftfremkallende stoffer fra lufta

2 minutter
Plants pain 15/2014
Planter

Kan planter føle smerte?

0 minutter
Planter

Hvordan kan planter røre på seg?

0 minutter
Mest populære

Logg inn

Feil: Ugyldig e-postadresse
Passord er påkrevd
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klikk her

Ny bruker? Få adgang nå!