Valokoe paljasti kasvien hermoston

Havainto tehtiin sattumalta, kun yhdysvaltalaisen Wisconsinin ja japanilaisen Saitaman yliopiston tutkijat halusivat selvittää, miten kasvit reagoivat painovoimaan.

Havainto viittaa siihen suuntaan, että kasveilla on hermosto, joka on hyvinkin verrattavissa ihmisten ja eläinten hermostoon.

Näyttää siltä, että vaikka kasveilla on juuret tiukasti maassa toisin kuin meillä ihmisillä, niiden viestintäjärjestelmä on laajempi ja huomattavasti kehittyneempi kuin tähän asti on totuttu ajattelemaan.

Hyökkäys käynnistää viestiaallon

Yhdysvaltalais-japanilainen tutkijaryhmä tarkasteli muuntogeenisiä kasveja valomikroskoopilla selvittääkseen kasvisolujen kalsiumionitasoja.

Kalsiumioneja esiintyy usein kasveissa paljon esimerkiksi kosketuksen, painovoiman muutoksen tai lämpötilan vaihdoksen jälkeen. Tutkijat pystyivät seuraamaan kasvien sisällä tapahtuvia reaktioita mikroskoopilla, koska tutkimuksessa käytettyjä kasveja oli muunneltu niin, että ne tuottivat suurien kalsiumipitoisuuksien ilmetessä valoa hohtavaa proteiinia.

Kun tutkijat päästivät toukan kasvin kimppuun, he näkivät ensin valon alkavan hohtaa puraistulla alueella ja muutaman sekunnin kuluttua hohteen leviävän kasvin joka kolkkaan. Silmin nähtävä kalsiumioniryöppy käynnisti kasvissa suurempia tuhoja ehkäisevien myrkyllisten aineiden tuotannon.

Kun tutkijat salpasivat solujen pinnalta proteiinit, jotka aktivoituvat glutamaatista, valoaaltoa ei syntynyt.

Oli selvää, että kyseisellä aminohapolla oli tärkeä osa kasvin nopeassa puolustusreaktiossa aivan samalla tavalla kuin nisäkkäiden hermostossa, missä glutamaatti myös auttaa viestejä välittymään solusta toiseen avaamalla solukalvon ionikanavia.

Vaikka sekä kasvit että eläimet käyttävät glutamaattia solujen väliseen viestintään, niiden viestintäjärjestelmien toiminta eroaa toisistaan suuresti.

Merkittävin ero on se, että kasveilla ei ole nisäkkäiden tavoin erikoistuneita hermosoluja eivätkä ne siksi pysty aistimaan kipua. Erolle on järkeenkäypä syy: eläimelle kipu viestittää sitä, että sen kannattaa paeta, mutta kasvi on kiinni maassa eikä missään tapauksessa pääse uhkaa karkuun.

Lisäksi viestit näyttävät kulkevan kasveissa ja eläimissä toisistaan selvästi poikkeavalla nopeudella. Kalsiumimpulssi eteni muuntogeenisissä kasveissa enintään millimetrin sekunnissa. Tämä on kasvien maailmassa salamannopeaa, mutta eläinten hermostoon verrattuna etananvauhtia, sillä niiden hermoissa sähköimpulssit kiitävät jopa 120 metriä sekunnissa.

Kasvit muistavat hyvin

Selkeistä eroista huolimatta kasvit ja eläimet käyttävät joka tapauksessa solujen väliseen viestintään samaa välittäjäainetta. Tämä ei ole ensimmäinen kerta, jolloin kasvit ovat päässeet yllättämään ominaisuuksillaan.

Aiemmin on todistettu, että kasvit sekä oppivat että muistavat. Länsi-Australian yliopiston kokeessa tutkijat kouluttivat hernekasveja samalla tavalla kuin koirat opetetaan yhdistämään toisiinsa kellon ääni ja ruoka. Tätä kutsutaan assosiatiiviseksi oppimiseksi. Kokeessa hernekasvien pistokkaita sijoitettiin yksinkertaisen labyrintin alle.

Labyrintti koostui vesiputkesta, jossa oli kaksi aukkoa. Kun kasvit kasvoivat kyllin korkeiksi, ne törmäsivät ”risteykseen”, missä niiden piti alkaa kasvaa putkessa joko oikealle tai vasemmalle.

Kasvit jaettiin kahteen ryhmään, jotka altistettiin erilaisille vaikutuksille. Toisen ryhmän yksilöihin puhallettiin putken haaraa pitkin tuulettimella ilmaa ja niitä valaistiin samasta haarasta sinisellä valolla, kun taas toisen ryhmän yksilöt saivat ilmaa toisesta ja valoa toisesta haarasta.

Kun kasveja testattiin tämän jälkeen, ensimmäisen ryhmän kasvit kasvoivat aina kohti puhallusta – jopa silloin, kun siihen ei yhdistynyt valoa.

Ne siis ottivat oppia aiemmista kokemuksistaan ja yhdistivät ilmavirran valoon. Tuntokasveilla eli mimoosoilla tehdyt kokeet tukevat käsitystä kasvien hyvästä muistista. Mimoosat reagoivat kosketukseen herkästi ja taittavat lehdykkänsä vastakkain heti, kun niitä kosketaan.

Kokeessa tutkijat pudottivat mimoosoja useasti 15 senttimetrin korkeudelta. Ensimmäisen 3–4 pudotuksen jälkeen kasvit odotuksenmukaisesti sulkivat lehdykkänsä, mutta viidennen pudotuksen jälkeen se ei tapahtunut yhä nopeasti kuin aiemmin ja 60 pudotuksen jälkeen ne eivät enää reagoineet.

Mimoosat selvästi oppivat, etteivät pudotukset olleet vaarallisia eikä niiden kannattanut hukata voimiaan puolustautumiseen edes kuukauden päästä, kun testi toistettiin. Jos kasveja ravisteltiin, ne sulkivat lehdykkänsä kuten ennenkin, mikä todisti, että pudotus ei ollut vaurioittanut niitä.

Yhteistyön taitajat

Pitkään on tiedetty, että kasveilla on paljon ominaisuuksia, joita ei voida aavistaa pinnalta. Jo vuonna 1880 brittiläinen luonnonhistorioitsija Charles Darwin arveli, että kasvit ovat älykkäitä ja että niiden aivot sijaitsevat juurissa. Darwinin käsitys on myöhemmin saanut runsaasti tukea tutkimuksista, joissa on muun muassa löydetty kasviyksilöiden juuria yhdistävä yhteistyöverkosto.

Tehokas yhteistyöverkosto koostuu sienijuuresta eli mykorritsasta, ja sitä arvioidaan olevan maapallolla peräti 30 miljardia tonnia.

Tämä yli 400 miljoonaa vuotta vanha sienirihmasto yhdistää todennäköisesti suurta osaa maapallon kasvilajeista. Se esimerkiksi auttaa kasveja varoittamaan toisiaan lähiympäristössä leviävistä kasvitaudeista kemiallisilla signaaleilla ja siirtämään hiilihydraatteja varjossa kasvaville lajitovereilleen, joilta puuttuu energian tuottamiseen tarvittavaa auringonvaloa.

Moni seikka viittaa siten siihen suuntaan, että kasvien elämä on monimutkaisempaa kuin on luultu. Glutamaatin osoittautuminen kasvin puolustusjärjestelmän tärkeäksi välittäjäaineeksi on mullistanut käsitykset myös kasvien viestinnästä.

Tiesitkö, että luonnossa on paljon myrkyllisiä kasveja? Lue tästä, mitä kasveja pitää varoa, ja tutustu katsaukseen, jossa esitellään myrkyllisimmät kasvit.