01 февруари 2023
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Могат ли растенията да виждат? Един вид лиана имитира съседните листа на други растения

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 05 декември 2022 в 00:01 21070
Листото на лианата Boquila trifoliolata вляво е такова, каквото изглеждат листата, когато лианата расте самостоятелно, листото вдясно се твърди, че имитира пластмасови листа. Кредит: Ernesto Gianoli
Свързани новини

Малко пилотно проучване установява, че т. нар. "лиани - хамелеони" са способни да имитират пластмасови листа, но някои специалисти оспорват изводите на доклада.

Лианата Boquila trifoliolata (Трилистна бокила) променя формата на листата си.

Докато си проправя път нагоре по дърветата и другата растителност в чилийската тропическа гора, листата ѝ се променят, за да заприличат на тези на растенията, които използва за опора, или понякога на съседните, с които не е в контакт.

Толкова добре умее да имитира други растения, че въпреки че лианата е описана за първи път през XIX в., хамелеонският ѝ талант е останал тайна едва допреди около десетилетие.

В началото на 2010 г. Ернесто Джаноли (Ernesto Gianoli), еколог по растенията от Университета Ла Серена в Чили, разбира, че това, което изглежда като странно стъбло от дърво, всъщност е лианата B. trifoliata, чиито листа напълно се сливат с истинските листа на дървото.

След това изследователят забелязва, че лианата имитира всякакви растения - досега повече от 20 вида - като променя размера, формата и цвета на листата си. А видеоклип в TikTok, посветен на откритията, публикуван от популярен акаунт на растителна тематика, събира милиони гледания.

@tallikesplants The chameleon vine and plant “vision” #planttiktok #botany #learnontiktok ♬ Fallen down - Slowed - 「Incørrect」

Джаноли съобщава откритията си в статия в Current Biology от 2014 г., но и до днес никой не е сигурен как B. trifoliolata прави впечатляващите си маскаради. Първоначално Джианоли предполага, че лианите вземат нещо от растенията, които копират - може би летливи химикали или генетичен материал, който помага да се направлява растежът на листата им.

Неотдавна той открива сходства в микробиома на имитиращите лиани и техните модели, което подсказва, че може да става дума за бактерии. Но в статия, публикувана онлайн миналата година в Plant Signaling and Behavior, любителят-изследовател Джейкъб Уайт (Jacob White) и дипломантът от Университета в Бон Фелипе Ямашита (Felipe Yamashita) твърдят, че са открили доказателства за друга хипотеза: че лианите могат да "виждат" листата на други растения, поне достатъчно добре, за да копират външния им вид.

За някои статията е вълнуваща. Тя е препоръчана като "изключителна" на Faculty Opinions, сайт, където избрани експерти в областта на науките за живота изтъкват забележителни, висококачествени статии.

Листа на Boquila trifoliolata, снимани в дивата природа, до листата, които изглежда имитират. Можете ли да определите кои са те? Другите видове на снимките с приблизителен размер в скоби, от ляво на дясно: Eucryphia cordifolia (60 mm), Rhaphithamnus spinosus (20 mm) и Myrceugenia planipes (50 mm). Кредит: Ernesto Gianoli

Но някои изследователи предупреждават. "Това е дълбоко погрешна статия, която се основава на зле планиран експеримент и отразява значителна пристрастност на автора при интерпретацията на резултатите", пише арбористът Линда Чалкър-Скот (Linda Chalker-Scott) в публикация в блога си по-рано тази година.

Експертите, които са разговаряли с The Scientist относно изследването, по подобен начин са изразили недоволство от самото изследване и са имали остри въпроси относно процеса на публикуване. Междувременно авторите на изследването и редакторът, който се занимава с него, застават зад статията, въпреки че уточняват, че тя никога не е имала за цел да бъде окончателната дума нито за зрението на растенията, нито за мимикрията на B. trifoliolata.

Единственото нещо, с което всички са съгласни, е, че тези лиани са забележителни - и че разбирането на начина, по който те изпълняват имитациите си, ще промени разбирането ни за това как работят растенията.

Един учен любител и една смела хипотеза

Уайт, домоуправител от Юта, със страст към науката и растенията, но без официално научно образование, разказва, че идеята за изследването му хрумнала, след като прочел за очните петна на водораслите Chlamydomonas и лещовидните клетки на някои цианобактерии. Той споделя, че се е запитал дали подобен вид рудиментарно зрение не е характерно за всички растения. Тогава му попада минирецензия от 2016 г. на физиолога на растенията от Университета в Бон Франтишек Балушка (František Baluška) и  Стефано Манкузо (Stefano Mancuso) - специалист по невробиология на растенията от Университета във Флоренция, в която се предполага, че растенията имат структури, подобни на очи, които им осигуряват един вид зрение. В желанието си да научи повече, Уайт заплаща близо 40 долара, за да види статията, разказва той пред The Scientist.

В нея той прочел за хипотезата на ботаника Готлиб Хаберландт от 1905 г., че горните епидермални клетки на листата могат да функционират като прости очи (ocelli) - и за мимикрията без допир на B. trifoliolata, за която авторите на рецензията предполагат, че може да бъде улеснена от това, че лианите виждат своите съседи. Уайт потърси последващи експерименти - и всеки, който изглеждаше, че изследва зрението при растенията, и особено при мимикриращите лиани. Но изглежда, че никой не се е занимавал активно с тази идея.

"Мисля, че в науката има известна доза догматизъм", отбелязва Уайт, което води до преждевременно отхвърляне на идеи, които оспорват текущия консенсус.

Тогава той се замисля как може да се проведе такъв тест. И тогава му хрумва: Другите хипотези за мимикрията на B. trifoliolata са свързани с пренасянето на биологични съединения от модела върху лианата. Но ако лианата може да вижда, тя може да бъде заблудена от всичко, което прилича на растение - включително и от изкуствено такова, което би изключило механизъм, основан на пренасяне на съединения. Затова Уайт намира разсадник в Порт Таунсенд, Вашингтон, с B. trifoliolata и поръчва една лиана за себе си. След като тя пристига, той поставя до нея изкуствено растение, върху което да расте, и изчаква.

И ето, че забелязва нещо, което изглежда като опит на лианата да имитира фалшивите листа, докато расте по изкуственото растение. Развълнуван, той прави снимки и ги изпраща на Балушка. Той разказва, че не е очаквал отговор, но когато го получава, много се въодушевява. Балушка му предлага да опита изкуствено растение, което да прилича повече на такова, което може да се намери в Чили. Уайт го направил, а лианата сякаш също го имитирала.

Отначало Уайт разказва, че се е надявал Балушка да вземе тези първоначални наблюдения и да ги използва за по-строги експерименти. "Винаги съм смятал, че липсата ми на квалификация е лесна мишена за критика" на експериментите му, добавя той. Затова дори когато съпругата му купила още четири лиани, "изпратих на [Балушка] имейл и казах: "Имам тези растения. Не знам как ще ги закарам до Германия, но ще ти ги изпратя", но Балушка окуражава Уайт да направи експеримента сам, разказва той.

Уайт премахва всички други растения от една стая в къщата си и поставя четирите увивни растения до прозореца. Искал да отдели една като контролно растение, но просто нямало място, а и не можел да пожертва повече от дома си. Вместо това лианите служат за самостоятелен контрол: Поставени са под комплект рафтове, първият от които отделя първоначалния им растеж от изкуствените моделни растения. Щом лианите израснат над рафта, те трябва да растат заедно с изкуствените листа - и тогава Уайт ще сравнява листата в тази част на лианата с тези под рафта. Този вид вариации в рамките на една лиана се наблюдават в природата, тъй като Джаноли е наблюдавал как лианите променят външния си вид, когато растат покрай различни растения.

Схема на експерименталната постановка на Уайт за тестване на зрението на растенията. Кредит: J. White, F. Yamashita, Plant Signal Behav, 17:e1977530, 2022.

През първата година листата на онази част от лианата, която е била изложена на изкуственото растение, са се различавали забележимо от листата под рафта, разказва Уайт, но те не са били отлични имитатори. На следващата година лианите пускат повече издънки и тези листа са още по-подобни на листата на изкуствените растения, макар и все още по-малки. С течение на времето листата стават все по-подобни на изкуствените.

Уайт изпраща на Балушка снимки и видеоклипове на растенията. Балушка препоръча на Уайт да напише работата и да я изпрати в списанието Plant Signaling and Behavior, чийто главен редактор е Балушка, и той го прави.

След това Балушка изпраща статията на девет рецензенти, седем от които дават мнения. Според Уайт рецензиите са били смесени, като някои са отхвърлили изследването с лека ръка, а други са го похвалили за задаването на нестандартни въпроси.

Една почти универсална критика е, че документът се нуждае от повече твърди данни. Затова Балушка предлага на дипломанта от неговата лаборатория Фелипе Ямашита да помогне на Уайт с морфологичните анализи.

Ямашита обяснява, че преди това не е изучавал конкретно лианата Бокила, а е изследвал интелигентността на растенията, така че зрението на растенията е било точно в неговата сфера. Скоро Уайт изпраща на Ямашита листа, за да ги измери и изследва под микроскоп.

Снимки на предполагаеми неимитиращи ( A ) и имитиращи ( B ) листа, с червени стрелки, указващи отворените жилки. Кредит: J. White, F. Yamashita, Plant Signal Behav, 17:e1977530, 2022.

Морфологичните анализи на Ямашита показват, че листата над рафта - предполагаемите имитиращи - се различават по форма от листата под нея, и по-специално най-младите листа близо до върха на лианата се различават значително от най-старите в основата ѝ. Например той забелязва, че малките жилки на по-младите листа са свързани с други жилки, докато жилките на по-старите листа са по-често с отворен край. Това е особено интересно, обяснява Ямашита, тъй като хормоните участват в създаването на моделите на жилките на листата. Следователно е възможно намаляването на свободните краища на жилките с израстването на лианата да показва, че в тези листа е имало различни нива на хормоните, отколкото в тези, на които не е било дадено нищо за имитация.

Заедно Уайт и Ямашита преработват статията и я представят отново, а Балушка я приема и публикува.

Недостатъци на статията

Джаноли разказва, че не е бил потърсен за рецензиране на статията - което сега смята за потенциален сигнал, като се има предвид, че той е един от най-големите експерти по тази лиана. И според него статията "никога не е трябвало да бъде публикувана".

Той посочва множество недостатъци в работата - от многобройните граматически грешки, през липсата на изображения, които да показват истинските и фалшивите растения едно до друго, до сериозните според него проблеми в постановката на експеримента.

"Ако бяха провели експеримента си както трябва, щях да си кажа: "Може би трябва да преосмисля възгледите си", заявява Джаноли, но в случая са действали твърде много объркващи променливи.

Например Джаноли отбелязва, че листата под рафта може да са били по-засенчени и затова да са пораснали по-големи, за да уловят възможно най-много светлина. Когато лианата преминава в по-осветено пространство, тя може да е започнала да образува по-малки листа, по-малко подложени на загуба на вода. По-малките листа ще бъдат по-закръглени и по-слабо издължени - като тези на фалшивото растение - просто защото са по-малки, обяснява Джаноли. Той отбелязва, че етапът на развитие също е объркващ фактор, тъй като растенията могат да имат различни листа на различни етапи от живота си.

"Тези два фактора [светлина и етап на развитие] могат да обяснят разликите във фенотипа", посочва Джаноли.

Статията е "учебникарски случай на потвърждаващо пристрастие", отбелязва Джаноли. "Учените са се влюбили в своята хипотеза. . . . Щом се влюбите в хипотезата си, принуждавате системите да потвърдят вашето мнение".

Еволюционният биолог на растенията от Университета в Лозана Джон Паннел (John Pannell), който пише донякъде критичен коментар за първоначалната статия на Джаноли за B. trifoliolata, отбелязвайки, че в нея липсва това, което Паннел смята за правдоподобен механизъм за мимикрията на лианата, изразява подобни опасения по отношение на експерименталната постановка на Уайт. Той казва, че объркващите фактори правят "абсолютно невъзможно" да се направят каквито и да било заключения от експеримента.

Всъщност Паннел се пита защо експериментът е бил проведен, преди да бъдат създадени достатъчно основания за неговото провеждане. Той казва, че е очаквал от авторите да положат повече усилия, за да установят осъществимостта на идеята, "обяснявайки на читателя оптическата картина на това как всъщност ще работи". В статията обаче не се разглежда как може да се реализира зрение на растение.

"Смятам, че статията не се справя добре със задачата да установи това. . . Всъщност не мисля, че те изобщо си вършат работата. И това отслабва статията и аргументацията за провеждането на този експеримент."

Освен това Паннел твърди, че използваните статистически анализи са неподходящи.

"Това, което имаме тук, са измервания на едно и също растение за два различни вида листа... Те не са независими", обяснява той. "Едно от основните допускания на тези два теста е, че всички измервания са независими... Така че дори да нямаше този проблем с объркването, статистическият анализ е напълно погрешен и това означава, че стойностите p .... не означават нищо, защото е направен грешен тест."

Паннел казва също, че фактът, че Уайт и Ямашита са обозначили листата като "имитиращи" и "немитиращи" в анализите, "е много голям скок. И мисля, че това показва до каква степен авторите са просто наистина безкритични към този експеримент".

Той добавя, че не само авторите са виновни за качеството на статията. "Какъвто и да е процесът на рецензиране, невероятно е, че тези недостатъци на експерименталния дизайн не са били забелязани."

Неразкрита връзка

Балушка - който описва себе си като физиолог на растенията, превърнал се в клетъчен биолог - отдавна твърди, че растенията имат някакъв вид зрение. Освен че е съавтор на минипрегледа от 2016 г., той е провел обширни изследвания върху способността на корените да усещат светлината и да растат към тъмнината (скототропизъм). Той дори е съобщил за това, което според него е област за обработка на информация в корените, която би могла да им позволи да интерпретират информацията, получена от светлината, и да функционират като структури, подобни на мозъка. Като цяло той казва, че откритото го е убедило, че корените имат зрение и че това подкрепя възможността листата също да имат такова.

Балушка заявява, че намира отдръпването от идеята, че растенията могат да виждат, за "много странно", като се имат предвид откритията на структури от лещи при цианобактериите и подобни на камери зрителни петна при водораслите. "Никой не атакува тези статии, но по отношение на растенията всички са много разтревожени", разказва той пред The Scientist.

Освен това липсват други обяснения за мимикрията на B. trifoliolata, посочва Балушка.

"За да се имитира пространственото разположение на някои структури, химичните вещества не са полезни. За да имаш представа за формата или размера, ти трябва някакъв вид зрение", убеден е Балушка.

Като се има предвид, че студентът на Балушка е бил съавтор, ролята на Балушка в процеса на публикуване би трябвало да е ясна, коментира Паннел. Авторите и редакторът "трябва да обявят това като конфликт на интереси, а след това читателят може да реши дали този конфликт на интереси по някакъв начин компрометира интерпретацията на резултатите".

Адам Маркъс (Adam Marcus), редакционен директор на Medscape и съосновател на Retraction Watch, блог и база данни, които отразяват оттеглянията и нарушенията в научното публикуване, също поставя под съмнение липсата на оповестяване, подчертавайки, че именно за такива ситуации са предназначени декларациите за конфликт на интереси. Фактът, че редакторът, който се е занимавал с работата, е бил ръководител на дипломната работа на един от авторите, "определено изглежда като нещо, което би трябвало да бъде оповестено в самата статия", казва Маркъс. "Бих отишъл още по-далеч, за да кажа, че според мен редакторът вероятно, за да избегне появата на конфликт на интереси, е трябвало да предаде това на един от другите трима главни редактори на изданието."

"Помолих деветима рецензенти за мнението им, за да отстраним всички възможни проблеми", отговаря Балушка на въпроса за потенциалния конфликт на интереси.

Но Маркъс отбелязва, че липсата на разкриване на информация за конфликт на интереси може да се отрази зле на списанието като цяло.

"Подобни неща ви карат да се замислите колко често се случва това в това списание", посочва той. "И за издателя, искам да кажа... ако бях на мястото на [Taylor & Francis, издател на списанието], мисля, че щях да искам да го разгледам.... Това определено повдига въпроси за това, какво влиза в това списание."

Загадката на механизма

Уайт и Ямашита държат на това, което са направили, и на работната си хипотеза.

"Силно вярвам, че в крайна сметка зрението е най-вероятният отговор, но няма как да знаем на сто процента, ако не може да се опровергаят останалите факти", заявява Уайт. "Затова смятам, че има още много работа, която трябва да се свърши."

Джаноли, на свой ред, остава скептичен, че лианите могат да виждат. "Никога няма да кажа, че е невъзможно растенията да могат да виждат", отбелязва той. "Но досега няма убедителни доказателства или дори предполагаеми доказателства, че това е така."

Въпреки това "съм развълнуван от идеята, че хората отглеждат свои собствени бокили у дома", подчертава Джаноли. "Ние, учените, се нуждаем от такъв [вид] смел подход. Нуждаем се от тези хора, които могат да мислят нестандартно, и така нататък. Но не можем да забравяме, че има правила по отношение на това кое е доказателство и кое не е".

Лианите на Бокила в ботаническата градина, управлявана от Университета в Бон. Кредит: František Baluška

Ямашита заявява, че той и колегите му вече планират бъдещи проучвания. В допълнение към повторението на експеримента на Уайт с повече растения и по-добри контроли, той казва, че лабораторията си партнира с групата на Манкузо, за да изследва електрофизиологията на растенията, за да види дали има внезапна електрическа активност в лианата, когато друго растение се доближи до нея например.

Всъщност екипът вече би могъл да съобщи за нови открития, ако не беше едно нещо: трудно е да се осигурят контроли, въпреки че изследователите разполагат с растенията в ботаническата градина, управлявана от Университета в Бон - лианите просто не растат добре сами. Но, разбира се, когато им се дадат други растения, по които да се катерят, те започват да ги имитират.

"Има много експерименти, които можем да направим. Но растението не ни сътрудничи", оплаква се Ямашита.

Джаноли също има няколко екземпляра от B. trifoliolata в лабораторията си и също така се бори да ги отгледа. Той казва, че те не се справят добре след транспортиране и подозира, че малкото малки, които са останали живи, няма да оцелеят дълго. Това е една от причините, поради които не е провеждал собствени лабораторни изследвания на растенията.

Той обаче остава с надеждата, че полевите изследвания могат да изяснят мимикрията на растенията. "Аз съм страстно запален по този въпрос. Искам да го открия, преди да умра."

Какъвто и да е отговорът, ако изследователите успеят да разкрият механизма на мимикрията на Бокила, те вероятно ще открият нещо фундаментално за биологията на растенията, което засега е неизвестно, коментират от The Scientist.

"Вярвам, че преживяваме огромна революция в науката за растенията", подчертава Уайт. "Всеки ден излизат нови статии, които показват колко невероятни са всъщност растенията, и аз съм горд, че мога да бъда част от това."

Справка: 

Leaf Mimicry in a Climbing Plant Protects against Herbivory
Ernesto Gianoli, Fernando Carrasco-Urra et al, Current Biology (2014), https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.03.010

Vision in Plants via Plant-Specific Ocelli?
Frantisek Baluška, Stefano Mancuso
Trends in Plant Science, Published:August 01, 2016 DOI: https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.07.008

Boquila trifoliolata mimics leaves of an artificial plastic host plant
Jacob White &Felipe Yamashita
Plant Signaling & Behavior, Article: 1977530, Published online: 21 Sep 2021
https://doi.org/10.1080/15592324.2021.1977530

Източник: Can Plants See? In the Wake of a Controversial Study, the Answer’s Still Unclear, The Scientist.


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.