Войти
Закрывание листа после прикосновения в Mimosa pudica зависит от электрических сигналов 
Vine (Витис ) усик. Обратите внимание на то, как растение тянется к предусмотренной для этого оцинкованной проволоке и наматывается на нее. Это очень прочная ветка, которая, кажется, не имеет другой цели, кроме поддержки растения. Больше ничего из этого не растет. Он должен мягко протянуться, затем обернуться, а затем высохнуть и затвердеть. Подробнее см. тигмотропизм.Восприятие растений - это способность растений ощущать окружающую среду и реагировать на нее, изменяя свою морфологию, физиологию и фенотип соответственно. Ботанические исследования показали, что растения способны реагировать на широкий спектр раздражителей, включая химические вещества, гравитацию, свет, влажность, инфекции, температура, концентрация кислорода и углекислого газа, паразиты заражение, болезнь, физическое нарушение, звук и прикосновение. Научное изучение восприятия растений основывается на многочисленных дисциплинах, таких как физиология растений, экология и молекулярная биология.
Позиционное смещение может быть обнаружено растениями. Стебли тополя могут обнаруживать переориентацию и наклон (равновесие ).
Раненые помидоры как известно, выделяют летучий запах метилжасмоната в качестве сигнала тревоги. Затем соседние растения могут обнаружить химическое вещество и подготовиться к нападению, производя химические вещества, которые защищают от насекомых или привлекают насекомых-хищников. Pl Муравьи систематически используют гормональные сигнальные пути для координации своего развития и морфологии.
Растения вырабатывают несколько белков, также обнаруженных в животных системах нейронов, таких как ацетилхолинэстераза, рецепторы глутамата, рецепторы ГАМК и эндоканнабиноидные компоненты передачи сигналов. Они также могут использовать АТФ, NO и ROS для передачи сигналов таким же образом, как и животные.
У растений есть множество методов доставка электрических сигналов. Четыре общепризнанных метода размножения включают потенциалы действия (AP), вариационные потенциалы (VP), локальные электрические потенциалы (LEP) и системные потенциалы (SP)
Хотя клетки растений не нейроны, они могут быть электрически возбудимыми и могут проявлять быстрые электрические ответы в виде AP на раздражители окружающей среды. AP позволяют перемещать сигнальные ионы и молекулы от препотенциальной ячейки к постпотенциальной ячейке (ам). Эти электрофизиологические сигналы состоят из градиентных потоков ионов, таких как H +, K +, Cl-, Na + и Ca2 +, но также считается, что другие электрически заряженные ионы, такие как Fe3 +, Al3 +, Mg2 +, Zn2 +, Mn2 + и Hg2 +, также могут играть роль роль в последующих выходах. Поддержание каждого электрохимического градиента ионов жизненно важно для здоровья клетки, поскольку, если клетка когда-либо достигнет равновесия с окружающей средой, она мертва. Это мертвое состояние может быть вызвано множеством причин, таких как блокирование ионных каналов или прокалывание мембраны.
Эти электрофизиологические ионы связываются с рецепторами на принимающей клетке, вызывая последующие эффекты в результате действия одной или комбинации присутствующих молекул. Было обнаружено, что эти средства передачи информации и активации физиологических реакций через систему сигнальных молекул работают быстрее и чаще в присутствии AP.
Эти потенциалы действия могут влиять на такие процессы, как актин на основе цитоплазматический поток, движения органов растений, реакции ран, дыхание, фотосинтез и цветение. Эти электрические реакции могут вызывать синтез множества органических молекул, в том числе тех, которые действуют как нейроактивные вещества в других организмах.
Поток ионов через клетки также влияет на движение других молекул и растворенных веществ. Это изменяет осмотический градиент клетки, что приводит к изменениям тургорного давления в растительных клетках за счет потока воды и растворенных веществ через клеточные мембраны. Эти вариации жизненно важны для поглощения питательных веществ, роста, многих типов движений (тропизмов и натических движений), а также для других основных физиологии и поведения растений. (Хигинботэм 1973; Скотт 2008; Сигал 2016).
Таким образом, растения достигают поведенческих реакций в экологическом, коммуникативном и экологическом контекстах.
Сопутствующее реактивное поведение растения опосредуется фитохромами, кининами, гормонами, антибиотиками или другие химические выбросы, подмена воды и химический транспорт и другие средства. Эти реакции обычно медленные, требуются как минимум несколько часов, и лучше всего их можно наблюдать с помощью покадровой кинематографии, но также могут происходить быстрые движения. Растения реагируют на летучие сигналы, производимые другими растениями. Уровни жасмоната также быстро повышаются в ответ на механические возмущения, такие как тендрил скручивание.
У растений много стратегий для борьбы с вредителями. Например, они могут продуцировать множество различных химических токсинов (фитоалексины ) против хищников и паразитов или они могут вызывать быструю гибель вторгающихся клеток, чтобы препятствовать распространению вредителей.
Некоторые растения способны к быстрому перемещению : так называемое «чувствительное растение» (Mimosa pudica ) реагирует даже на малейшее физическое прикосновение, быстро складывая свои тонкие части. перистые листья так, что они направлены вниз, и плотоядные растения, такие как мухоловка Венеры (Dionaea muscipula), образуют специализированные структуры листьев, которые мгновенно закрываются при прикосновении или приземлении насекомых. В мухоловке Венеры прикосновение обнаруживается ресничками, выстилающими внутреннюю часть специализированных листьев, которые генерируют потенциал действия, который стимулирует моторные клетки и вызывает движение.
У растений механизм, ответственный за адаптацию, - это передача сигнала. Адаптивные реакции включают:
Подсолнечник, обычное гелиотропное растение, которое воспринимает солнечный свет и реагирует на него медленным поворотом Многие органы растений содержат светочувствительные соединения (фототропины, криптохромы и фитохромы ), каждое из которых очень специфично реагирует на определенные длины волн света. Эти датчики света сообщают растению, день сейчас или ночь, сколько длится день, сколько света доступно и с какого направления идет свет. Побеги растут навстречу свету, а корни обычно растут вдали от света, реакции известны как фототропизм и скототропизм соответственно. Они вызываются светочувствительными пигментами, такими как фототропины и фитохромы и растительный гормон ауксин.
. Многие растения проявляют определенные явления в определенное время дня; например, некоторые цветы открываются только по утрам. Растения отслеживают время суток с помощью циркадных часов. Эти внутренние часы синхронизируются с солнечным временем каждый день с использованием солнечного света, температуры и других сигналов, подобно биологическим часам, присутствующим в других организмах. Внутренние часы в сочетании со способностью воспринимать свет также позволяют растениям измерять время дня и таким образом определять время года. Вот сколько растений знают, когда цвести (см. фотопериодизм ). Семена многих растений прорастают только на свету. Этот ответ осуществляется посредством передачи сигналов фитохромом. Растения также способны ощущать качество света и соответствующим образом реагировать. Например, в условиях низкой освещенности растения производят больше фотосинтетических пигментов. Если свет очень яркий или если уровень вредного ультрафиолетового излучения увеличивается, растения производят больше защитных пигментов, которые действуют как солнцезащитные фильтры.
Ориентироваться правильно, растения должны иметь адекватное чувство направления однонаправленного притяжения гравитации. Последующий ответ известен как гравитропизм. В корнях это обычно работает, поскольку гравитация ощущается и транслируется в кончике корня, и впоследствии корни растут в направлении силы тяжести за счет удлинения клеток. В побегах наблюдаются аналогичные эффекты, но ощущается сила тяжести, а затем рост происходит в противоположном направлении, поскольку надземная часть растения испытывает отрицательный гравитропизм.
На кончике корня амилопласты, содержащие крахмал гранулы падают под действием силы тяжести. Этот груз активирует вторичные рецепторы, которые сигнализируют растению о направлении силы тяжести. После этого ауксин перераспределяется посредством полярного транспорта ауксина, и начинается дифференцированный рост в направлении силы тяжести. В побегах перераспределение ауксина происходит таким образом, чтобы вызвать дифференцированный рост вдали от силы тяжести.
Чтобы возникло восприятие, растение часто должно уметь чувствовать, воспринимать и переводить направление силы тяжести. Без силы тяжести не будет правильной ориентации, и растение не будет эффективно расти. Корень не сможет поглощать питательные вещества или воду, а побеги не будут расти к небу, чтобы максимизировать фотосинтез.
У растений нет мозга или нейронных сетей как животные, по крайней мере, в традиционном смысле; однако реакции внутри сигнальных путей могут обеспечить биохимическую основу для обучения и памяти в дополнение к вычислениям и решению основных проблем. Спорно, мозг используется как метафора в разведке растений, чтобы обеспечить комплексный вид сигнализации.
Растения реагируют на стимулов окружающей среды по движения и изменений в морфология. Они общаются, активно борясь за ресурсы. Кроме того, предприятия точно рассчитывают свои условия, используют сложный анализ затрат и выгод и принимают строго контролируемые действия для смягчения и контроля различных факторов стресса окружающей среды. Растения также способны различать положительный и отрицательный опыт и учиться, регистрируя воспоминания из своего прошлого опыта. Растения используют эту информацию для адаптации своего поведения, чтобы выжить в настоящих и будущих проблемах окружающей среды.
Физиология растений изучает роль передачи сигналов для интеграции данных, полученных в генетическом, биохимическом, клеточном и физиологические уровни, чтобы понять развитие и поведение растений. С нейробиологической точки зрения растения рассматриваются как организмы, обрабатывающие информацию, с довольно сложными процессами коммуникации, происходящими в каждом отдельном растении. Он изучает, как информация об окружающей среде собирается, обрабатывается, интегрируется и совместно используется (сенсорная биология растений), чтобы обеспечить эти адаптивные и скоординированные реакции (поведение растений); и как сенсорные восприятия и поведенческие события «запоминаются», чтобы можно было предсказывать будущие действия на основе прошлого опыта. Некоторые физиологи растений утверждают, что поведение растений столь же сложное, как и поведение животных, но эта изощренность маскируется временной шкалой реакции растений на стимулы, которые обычно на много порядков медленнее, чем
Было высказано мнение, что, хотя растения способны к адаптации, это не должно называться интеллектом как таковым, поскольку нейробиологи растений полагаются в первую очередь на метафоры и аналогии, утверждая, что сложные реакции растений могут быть производится интеллектом. «Бактерия может контролировать свое окружение и инициировать процессы развития, соответствующие преобладающим обстоятельствам, но является ли это интеллектом? Такое простое адаптационное поведение может быть бактериальным интеллектом, но явно не интеллектом животных». Однако интеллект растений соответствует определению интеллекта, предложенному Дэвидом Стенхаусом в книге об эволюции и интеллекте животных, в которой он описывает его как «адаптивно изменяющееся поведение на протяжении всей жизни человека». Критики этой концепции также утверждали, что у растения не может быть целей после того, как оно прошло стадию развития рассада, потому что, будучи модульным организмом, каждый модуль стремится к своим собственным целям выживания, и результирующее поведение на уровне организма не контролируется централизованно. Однако это представление обязательно учитывает возможность того, что дерево представляет собой набор индивидуально интеллектуальных модулей, взаимодействующих, конкурирующих и влияющих друг на друга, чтобы определять поведение восходящим образом. Развитие в более крупный организм, модули которого должны иметь дело с различными условиями окружающей среды и проблемами, не универсален для всех видов растений, однако, поскольку более мелкие организмы могут подвергаться одинаковым условиям по всему телу, по крайней мере, когда рассматриваются нижняя и надземная части. по отдельности. Более того, утверждение о том, что центральный контроль развития полностью отсутствует у растений, легко опровергается апикальным доминированием.
Итальянский ботаник Федерико Дельпино писал об идее интеллекта растений в 1867 году . Чарльз Дарвин изучал движение растений и в 1880 году опубликовал книгу Сила движения растений. Дарвин заключает:
Вряд ли будет преувеличением сказать, что кончик корешка, наделенный таким образом [..], действует как мозг одного из низших животных; мозг расположен внутри переднего конца тела, получает впечатления от органов чувств и управляет несколькими движениями.
В философии мало исследований, посвященных влиянию восприятия растений. Майкл Мардер выдвинул феноменологию растительной жизни, основанную на физиологии восприятия растений. Пако Кальво Гарсон предлагает философский подход к восприятию растений, основанный на когнитивных науках и компьютерном моделировании сознания.
Сенсорные и ответные системы растений сравнивались с нейробиологические процессы животных. Нейробиология растений в основном касается сенсорного адаптивного поведения растений и электрофизиологии растений. Индийский ученый Дж. К. Бозе считается первым человеком, который исследовал нейробиологию растений и рассказал о ней. Однако многие учёные-растениеводы и нейробиологи считают термин «нейробиология растений» неправильным, поскольку у растений нет нейронов.
Идеи нейробиологии растений подверглись критике в статье 2007 года, опубликованной в Trends in Наука о растениях Амедео Альпи и 35 других ученых, включая таких выдающихся биологов-растений, как Герд Юргенс, Бен Шерес и Крис Соммервилл. Широта областей науки о растениях, представленных этими исследователями, отражает тот факт, что подавляющее большинство исследователей в области науки о растениях отвергает нейробиологию растений как законное понятие. Их основные аргументы заключаются в том, что:
Авторы призывают положить конец «поверхностным аналогиям и сомнительным экстраполяциям», если концепция «нейробиологии растений» принесет пользу исследовательскому сообществу. В нескольких ответах на эту критику была предпринята попытка пояснить, что термин «нейробиология растений» является метафорой и что метафоры доказали свою полезность в предыдущих случаях. Экофизиология растений описывает это явление.
Концепции восприятия, коммуникации и интеллекта растений имеют параллели в других биологических организмах, для которых такие явления кажутся чуждыми или несовместимыми с традиционными представлениями о биологии или имеют иное оказалось трудным для изучения или интерпретации. Подобные механизмы существуют в бактериальных клетках, хоанофлагеллятах, грибковых гифах и губках, среди многих других примеров. Все эти организмы, несмотря на отсутствие мозга или нервной системы, способны ощущать свое непосредственное и мгновенное окружение и соответственно реагировать. В случае одноклеточной жизни сенсорные пути еще более примитивны в том смысле, что они проходят на поверхности одной клетки, а не внутри сети из многих связанных клеток.
