Podceňovaná stránka zeleného světa: Krásné a přemýšlivé rostliny

Pouštní rostliny z rodu Lithops dělají čest svému lidovému názvu „živé kameny“. Někdo by si je snadno spletl s oblázky roztroušenými v písku. Většina zástupců flóry sice vypadá podstatně živěji, ale přesto nám mohou byliny, keře i stromy připadat statické. Jen málokdo připustí možnost, že by rostliny mohly na podněty reagovat velmi podobně jako zvířata.

Vánoční stromky a vycpaní psi

V roce 1791 provedl italský přírodovědec Luigi Galvani slavný pokus, v kterém prokázal, že záškuby svalů na čerstvé kulinářské delikatese žabích „stehýnek“ má na svědomí elektrický stimul. Do té doby byl impuls pro stah svalu připisován „tajemné tekutině“. Galvaního objev inspiroval početnou armádu následovníků. Patřil k nim i německý badatel Alexander von Humboldt, který sledoval účinky elektrických stimulů jak u živočichů – včetně sebe samotného – tak i u rostlin. Došel k překvapivému závěru: reakce rostlin a živočichů vycházejí ze stejných principů.

Později se podařilo změřit změny v elektrickém napětí provázející šíření vzruchu nervem živočichů. Tento tzv. akční potenciál byl v roce 1878 změřen i na uzavírající se pasti tvořené listem masožravé rostliny mucholapky podivné (Dionaea muscipula). Už počátkem 20. století tak bylo k dispozici dostatek důkazů o tom, že organismem rostliny putují elektrické signály velmi podobné nervovým vzruchům živočichů. Přesto následující generace biologů nebraly tyto okolnosti příliš do úvahy a oddělily svět živočichů od světa rostlin bariérou, která z nich dělala separátní světy.

Izraelský biolog Daniel Chamovitz z university v Tel Avivu dokumentuje předsudky vůči rostlinám třeba tím, že se lidé celkem bez problémů spokojí s umělými květinami nebo umělým vánočním stromkem. „Ale neznám nikoho, kdo by měl doma vycpaného psa místo živého zvířete,“ dodává Chamovitz.

Společné geny živočichů a rostlin 

Drtivá většina živočichů má světločivné orgány – od jednoduchých oček až po dokonalé oči schopné vidět prostorově a v pestrých barvách. Zrak dovoluje živočichům vnímat záření různých vlnových délek. Registrují rozdíly v polarizaci světla. Podle nejnovějších výzkumů mohou někteří tvorové dokonce „vidět“ magnetické pole. U rostlin nenajdeme ani náznak oka či zraku. Neznamená to však, že jsou slepé a na světlo nereagují.

Světlo je pro rostliny životně důležité. Světelná energie pohání fotosyntézu a umožňuje rostlině syntetizovat z vody a oxidu uhličitého molekuly cukrů. Světlem se rostliny řídí při růstu a reagují na něj i pohybem. Natáčejí například čepele listů tak, aby na ně dopadalo co nejvíce světla a zachytily maximum sluneční energie. V oblastech se silným slunečním svitem mohou ale rostliny natáčet listy ke slunci hranou, aby se uchránily před nadměrnou dávkou záření.

Reakci flóry na světlo a tmu řídí zvláštní skupina genů. Jejich objevitel Daniel Chamovitz zpočátku považoval tyto dědičné vlohy za výsadní evoluční specialitu rostlin. Později se však ukázalo, že velmi podobné geny mají ve své dědičné výbavě také živočichové včetně člověka. V živočišné říši se stejné geny podílejí na množení buněk, růstu neuronů nebo na funkcích imunitního systému. Nejpozoruhodnější je však skutečnost, že i u živočichů jsou tyto geny zapojeny do reakcí organismu na světlo. Zajišťují například, aby chod vnitřních biologických hodin odpovídal rytmu, v jakém se střídá den a noc.

Při cestě napříč časovými pásmy se turista cestující letadlem nebo tažný pták zdolávající dálavy vlastními silami dostává do míst, kde jeho vnitřní hodiny za světelným režimem zaostávají nebo se naopak předbíhají. O opětovné vzájemné sladění biologických rytmů organismu s východem a západem slunce se postarají geny, které živočichové sdílejí s rostlinami.

Paměť mucholapky a rostlinná neurobiologie

U rostlin najdeme i životní aktivity, jež jsou obdobou ukládání informací do paměti. Mucholapka podivná nastraží na kořist doširoka rozevřené listy. Když na ně usedne neopatrný živočich, listy se bleskurychle sevřou. Ke sklapnutí pasti dojde, když se hmyz dotkne dvou citlivých chloupků. Podráždění jednoho chloupku rostlina sice zaznamená, ale nereaguje na něj. Když hmyz zavadí o druhý chloupek, vybaví si rostlina předchozí signál a spustí akci. Mezi podrážděním obou chloupků nesmí uběhnout více než dvacet sekund. To je doba, po kterou mucholapka udrží informaci o prvním podráždění v paměti. Rostliny jsou zjevně schopné informaci přijmout, uložit, po nějakou dobu ji skladovat a následně si ji opět vybavit.

Akce, jako je sevření listové pasti mucholapky, jsou spouštěny elektrickými impulsy. Ty se v řadě ohledů podobají elektrickým výbojům, které se šíří nervovými buňkami živočichů. Podle některých biologů je podobnost šíření signálů v rostlinách s prací nervového sytému živočichů tak blízká, že o výzkumu na tomto poli hovoří jako o neurobiologii rostlin. K zastáncům tohoto názoru patří například italský biolog Stefano Mancuso. Řada biologů včetně Daniela Chamovitze se ale termínu „rostlinná neurobiologie“ vzpírá. „Termín rostlinná neurobiologie je absurdní stejně jako třeba lidská biologie kvetení. Tak jako člověk nemá květy, nemají rostliny neurony. Na druhé straně je ale pravda, že k ukládání informací a jejich zpracování nejsou nezbytně nutné neurony,“ říká izraelský biolog.

Rostliny „nabité elektřinou“ 

Podobnost procesů v nervovém systému živočichů s ději probíhajícími v rostlinách je v mnoha ohledech pozoruhodná. Nervy vedou signály v těle na velké vzdálenosti a zajišťují vzájemnou souhru jeho částí. Když na sítnici oka jelena dopadne obraz slídícího vlka, dovede zrakový nerv vzniklý vjem do mozku. Po vyhodnocení informace putuje z pohybového centra mozku do svalů končetin bleskurychlý povel k útěku.

V rostlinách slouží k podobnému šíření elektrických impulzů dlouhé trubice tzv. cévních svazků probíhajících od kořene, přes stonek až po listy. Těmito trubicemi proudí z kořenů do nadzemních částí rostliny voda a minerální látky. Cukry syntetizované při fotosyntéze v listech jsou jimi dopravovány do dalších částí rostliny. Podobně mohou putovat cévními svazky na nejrůznější místa v rostlinném organismu i elektrické vzruchy.

Podobnost nervového systému živočichů a systému umožňujícího šíření signálů v organismu rostlin je však mnohem hlubší. Nervové buňky si předávají signály prostřednictvím speciálních informačních molekul tzv. neurotransmitterů. Tyto látky se v poměrně velkých množstvích vyskytují i v rostlinách. Nejde o podobnost náhodnou, protože i zástupci flóry využívají neurotransmittery pro přenos signálů.

TIP: Tajemná řeč zeleného světa - Věděli jste, že i rostliny spolu komunikují?

V nervových buňkách živočichů plní roli posla pro předání signálu například molekuly glutamátu. Ten se váže na povrchu nervových buněk na speciální vazebná místa a následně spouští celou řadu procesů, které jsou nutné pro vznik nervového vzruchu. Rostliny produkují nejen glutamát, ale některé jejich buňky jsou vybaveny i vazebnými místy pro tuto signální molekulu. Vazba glutamátu na buňky v kořenech rostlin vyvolává změny v pohybu elektricky nabitých iontů v buňkách. Reakce rostlinných buněk se tak v mnoha ohledech podobá reakci nervových buněk živočichů.

Rostliny sice nemyslí jako člověk, ale to neznamená, že se v jejich buňkách a organismech neodehrávají složité procesy, které mají s prací našeho nervového systému překvapivě mnoho společného.

Rostliny a výstražný systém

Živočišná říše je plná zpráv posílaných ve formě vůní a pachů. Ani v tomto ohledu rostliny za živočichy nijak nezaostávají. Vrba (Salix) napadená housenkami lišaje topolového (Laothoe populi) reaguje na požírání svých listů celou řadou procesů. Některé jsou namířeny proti škůdci, jiné však směřují k okolním vrbám. Strom sužovaný hmyzem vylučuje do ovzduší těkavé látky a ty slouží jako výstražný signál ostatním příslušníkům druhu. Varované stromy se mohou na invazi hmyzích škůdců předem připravit. Spouštějí obrannou reakci s předstihem a produkují látky, jež jsou pro hmyz toxické nebo mu komplikují trávení.