Рослини подають сигнал про небезпеку

Нинішнє бабине літо на Південному березі Криму напевне запам’яталося багатьом любителям оксамитового сезону дивовижною природною аномалією: там знову зацвіли весняні рослини — бузок і троянди. Багато хто жартував, що через неймовірну літню спеку вони переплутали пори року і впали в сплячку, а коли температура знизилася, деякі квіти й чагарники відреагували на неї, як і призначено після тривалого сну, по-весняному.

— Коли рослина потрапляє в несприятливі умови, у неї порушується ціла низка процесів, приміром фотосинтез, — пояснює директор Інституту фізіології рослин ім. К.Тімірязєва РАН професор Володимир КУЗНЄЦОВ. — Це призводить до того, що, як і в людини, у неї починають виділятися дуже агресивні молекули — активні форми кисню. Саме вони викликають прискорене старіння та хвороби, оскільки дуже агресивні — будь-яку молекулу, яку зустрічають в організмі, тут-таки знищують.

Під дією багатьох несприятливих чинників рослина активно синтезує маленькі молекули — амінокислоти — вони теж справляють протекторний ефект. Коли організму зовсім уже погано, починають працювати так звані гени шокової відповіді — своєрідна «пожежна команда», яка синтезує набір білків, що дозволяють адаптуватися і вижити в умовах інтенсивного ушкодження.

Візьмімо підвищення температури. Рослина нормально почувається за температури 23 градуси. Якщо її досить швидко підняти всього на шість-сім градусів, то запускається кілька десятків генів, які синтезують захисні макромолекули — білки теплового шоку.

Серед них є молекули, які видаляють «сміття» — залишки зруйнованих молекул. Вони руйнують і спрямовують його компоненти на повторне використання — щоб будувати корисні молекули. Є білки — шаперони (з французького це перекладається як нянька), які справді як няньки буквально супроводжують потрібну молекулу на всіх етапах її формування.

Однак для того, щоб рослина була стійкою, необхідні не окремі клітини чи тканини, а всі органи — і листок, і стебло, і корінь. Звичайно, є механізми, які забезпечують виживання кожної окремої клітини й «байдужі» до того, що відбувається з цілою рослиною. Скажімо, коли підвищується температура й рослина пошкоджується, то кожна клітина захищається індивідуально. Проте в найбільш стійких рослин механізм захисту реалізується на рівні цілого організму.

Візьмімо, приміром, явище транспірації. На кожному листку є особливі продихи — невеличкі клітини, що відкриваються і закриваються . Коли вони відкриваються, рослина «ковтає» вуглекислий газ, за рахунок якого вона створює всю органічну масу на планеті. Як тільки продихи відкриваються — а їх дуже багато навіть на один міліметр, — рослина одночасно втрачає воду, оскільки концентрація води всередині клітини в тисячі разів перевищує концентрацію води в атмосфері. Тобто відбувається її зневоднення. Але в цьо­му є і свій «плюс»: коли підвищується температура на вулиці, рослина не синтезує відразу аварійну захисну команду, а насамперед починає підвищувати транспірацію. Рослина починає втрачати більше води, а коли вода випаровується, листя охолоджується. Тому надворі може бути 35 градусів, а на поверхні листка — лише 25. Цей механізм реалізується саме на рівні цілої рослини — одна клітина не може здійснювати транспірацію. Тому найстійкіші рослини — ті, які еволюційно мають такі захисні механізми. Наприклад, кришталева травичка, яка живе в найпосушливіших пустелях земної кулі. Вона справді «кришталева», оскільки на 99% складається з води, і знаменита тим, що в звичайних умовах, скажімо у період весняних дощів, коли засоленість ґрунту невисока й температура низька, живе, як і всі звичайні рослини. Тобто фотосинтез здійснюється за тим самим типом: удень її продихи, які поглинають вуглекислий газ, відкриті, а вночі закриті. Улітку ж, якби кришталева травичка вдень відкривала продихи, вона б дуже швидко загинула від зневоднення. Тому, коли прогресує посуха, підвищується засоленість, вона переходить на інший тип фотосинтезу, при якому вдень продихи закриті, а вночі, коли стає прохолодно й вологість повітря зростає, відкриваються. Це дає змогу приблизно в десять разів заощаджувати воду.

Рослини дивовижно стабільна, тобто еволюційно стійка система. Як і люди, за нормальних умов живуть без особливих проблем, але досить подіяти якомусь чинникові, що заважає їм жити, починають «думати», як вижити, запускаючи то одну стратегію виживання, то іншу. Однак рослини, із погляду виживання, мають колосальний недолік — вони не можуть утекти від несприятливого чинника. Тому вся еволюція рослини була спрямована на те, щоб вона могла за будь-яких умов виживати там, де опинилася. Скажімо, з’являються вівці чи кози, які з’їдають рослину — але в землі залишається корінь. З єдиної клітини може вирости точнісінько такий самий організм. У рослинах є різного роду алкалоїди, отруйні речовини, які синтезуються як один з механізмів захисту.

— Нас постійно лякають глобальним потеплінням. Чи не зникнуть рослини?

— Такі зміни не відбуваються раптово. Щоб температура стала вищою бодай на одну десяту градуса, потрібні дуже серйозні зміни клімату, за час розвитку яких рослини встигнуть пристосуватися. Еволюційно вони адаптувалися до певної швидкості змін умов проживання. Якщо умови й далі змінюватимуться в такому самому темпі, то фітоценози адаптуються. Хоча в останні 200 років ситуація катастрофічно змінилася. З’явилися зовсім нові чинники — хімікати, які забруднюють повітря і з якими рослини раніше ніколи не зустрічалися, а тому можуть не мати генетично закладеного механізму адаптації. Швидкість зміни механізму адаптації рослин зросла в десятки тисяч разів. Уявіть, якщо рослині забракне резервів адаптуватися до таких умов?

— Вченим тоді доведеться навчитися синтезувати кисень?

— Синтезувати кисень у таких кількостях, аби компенсувати все те, що виробляють рослини й водорості, неможливо. Але хочеться вірити, що ніколи нічого подібного не станеться.