Язык растений: летучие вещества и коммуникация

Давно известно, что растения способны выделять различные летучие вещества. Они привлекают насекомых, участвующих в опылении, обладают антимикробной активностью, они же могут быть едкими, имеющими неприятный запах и служить для отпугивания травоядных животных. Летучие вещества могут оказывать раздражающий эффект на растительноядное животное, повредившее растение и даже привлекать к растению других животных, прежде всего, таких, которые могут уничтожить вредителя (проще говоря, питаются им в естественных условиях). Вирус огуречной мозаики может менять спектр выделяемых летучих веществ, привлекая насекомых, которые являются его переносчиками. Коммуникация, передача сигналов между растениями, тоже может осуществляться с помощью летучих органических веществ. При повреждении растение выделяет летучие соединения, которые, достигая другого растения, позволят ему «подготовиться» к опасности.

Летучие вещества, служащие «сигналами тревоги» - низкомолекулярные соединения, и в основном относящиеся к терпеноидам, фенилпропаноидам, жирным кислотам и производным аминокислот, а так же такие вещества как этилен и изопрен. Они синтезируются посредством различных путей метаболизма. В ряде случаев те же вещества выполняют функцию фитогормонов, осуществляющих регуляцию в пределах одного растения. Порядка 2000 различных соединений, выделяющихся при повреждении растения травоядными животными найдено при исследовании представителей 900 родов растений.

Такие летучие вещества изменяют состояние защиты растения реципиента двумя путями, активным и пассивным. Активная составляющая это запуск защитных систем растения при поступлении «сигнала тревоги».  В окружающих растениях под действием таких сигнальных молекул активируется выработка веществ, защищающих от повреждения травоядными – терпеноидов, ингибиторов протеаз, фенольных соединений. Пассивная составляющая, по сути, не связана с передачей сигнала: летучие вещества оседают на листья и сохраняются на них, что так же может защищать растения.

Механизмы, обеспечивающие передачу сигнала, запускаются только если растения находятся на некотором удалении друг от друга, то есть концентрация сигнальных летучих органических молекул должна находиться в определённом  диапазоне. Скорее всего, для коммуникации важны не только отдельные молекулы, но и их сочетания, что позволяет растениям передавать более сложные сигналы. Интересно, что если отдельные вещества распознаются практически всеми растениями, то их сочетания видоспецифичны и правильно распознаются только представителями своего вида.

В экспериментах обнаружено, что растения, окружающие растение с оборванными листьями, становятся менее привлекательными для саранчи. Это эффект убывает по мере удаления от повреждённого растения. Первым описанным веществом, активировавшим механизмы защиты в неповреждённом растении, была метил-жасмоновая кислота. В растении под воздействием этого вещества извне повышалось содержание протеиназ, защищающих его от травоядных.

Приобретённая системная устойчивость – свойство растений индуцировать механизмы защиты от патогенов различной природы во всём организме в ответ на повреждение какой-либо одной его части. Таким образом, при локальном повреждении всё растение, от листьев до корней становится более устойчивым к каким-либо патогенам и паразитам. Этот же процесс помогает осуществить усиление сигнала, передаваемого окружающим растениям, это происходит за счёт того, что летучие вещества выделяются и в тех частях растения, которые удалены от места повреждения.