На первом видео лазером прожигают одну клетку растения, и от неё во все стороны разлетается быстрая затухающая волна.

На втором — после добавления вещества flg22 (сигнал бактерий) в случайных клетках-инициаторах растения вспыхивает кальций, и от них начинают разбегаться медленные, ритмичные волны.

Возникает вопрос: а что же это за такие волны?

Долгое время считалось, что кальций — это такой тревожный алармист в растениях. Если вас (а вы, допустим, листок) гусеница укусила или грибок поразил, то именно кальций вспыхивает и мчится по клеткам, давая понять всем, что дело плохо.

Так вот, как всегда, оказалось, что все и сложнее, и интереснее.

Команда биологов и инженеров в новом исследовании решила проверить, меняется ли «математика» этого сигнала в зависимости от угрозы. А эти видео из их новой работы. Они взяли семядоли резуховидки (это травянистое, которое в генетике и биологии служит эдакой лабораторной мышью, то есть модельным организмом) и устроили им два вида стресса: химическую имитацию бактериальной атаки (капали пептид flg22) и точечный ожог лазером, который изображал физическую рану.

Выяснилось, что растение использует две принципиально разные механики передачи тревоги.

Когда клетку прожигали лазером, кальциевая волна вела себя предсказуемо: стартовала очень быстро — 4–5 мкм/с. Но по мере удаления от эпицентра замедлялась и затухала. Чистая физика, это называется диффузия. Как капля чернил в стакане воды: сначала пятно расползается стремительно, но вскоре теряет напор и растворяется в общей массе. Так и здесь — процесс пассивный, и сигнал просто растекается, пока не исчезнет.

А вот с «бактериальной тревогой» всё пошло по другому сценарию. Сигнал распространялся гораздо медленнее, около 1 мкм/с, но с постоянной скоростью. Получалась уже не капля чернил, а эстафета. Но чтобы волна не замедлялась, каждая следующая клетка должна активно подхватывать импульс и передавать его дальше с той же силой.

Это очень странная стабильность и равномерность. Пришлось строить математическую модель, чтобы объяснить, как так получается. Получилась такая логика: вспыхнул, распространился, снова вспыхнул. То есть в клетку заходит немного кальция, он открывает внутренние хранилища, добавляя огня во вспышку, и только после этого сигнал передаётся соседу. Отсюда и ровный темп — каждая клетка как будто подкачивает волну, чтобы она не развалилась по дороге.

Но у этой системы должен быть и встроенный тормоз. Потому что видим, как волна затухает очень быстро, она проходит всего 3-4 клетки и останавливается. Моделирование же показало, что чтобы так резко ограничить распространение, в клетках должны работать мощные насосы-стоки, которые перекачивают лишний кальций обратно и не дают панике охватить весь лист. Логично, в общем-то: если поднимать на уши всё растение из-за каждой бактерии, на рост сил уже не останется.

А ведь пока не стали разбираться, думали ведь, что все попроще у растений. Особенно те, кто далек от ботаники. А там такие сложные системы передачи сигналов. И загадок хватает. Например, мы не понимаем все еще, через какие «двери» или «окошки» в клетках входят сигналы и выходят. За это отвечающими считались конкретные ионные каналы (CNGC2 и CNGC4).

Но в этой работе у мутантов они были поломаны, а сигнализация расходилась как ни в чем не бывало. К тому же стало ясно еще, что сигнал тревоги стартуют не абы где, а в особых клетках-инициаторах. Лучше всего вы и можете заметить на втором видео.

💥 Science