PlanteLumea subterană a botanicii este o reţea socială marcată de alianţe puternice şi de nepotism. Decodificarea mesajelor lumii plantelor ar putea duce la o schimbare radicală în viaţa fermelor şi a pădurilor. În fiecare toamnă roiuri de molii cenuşii prăfoase devorează pădurile de mesteacăn de pe versanţii nordici ai munţilor din Scandinavia, depunându-şi ouăle pe rămurele, astfel încât în primăvara următoare noile larve care eclozează se pot ospăta din frunzele tinere, proaspăt înmugurite. Pare a fi o bătălie pe care copacii, fără un sistem natural de apărare, sunt condamnaţi să o piardă, dar unii dintre ei au totuşi o armă secretă. Aceştia se aliază cu o plantă vecină, un fel de rododendron, de la care împrumută efluvii de substanţe insecticide volatile, ca pe un fel de camuflaj olfactiv. ”O astfel de interacţiune nu a mai fost observată pe teren până în momentul de faţă”, a spus Jarmo Holopainen de la Universitatea Finlandei de Est din Kuopio, cel care a descoperit acest fenomen. Studiul său este unul dintre cele mai recente, care demonstrează relaţia neaşteptat de complexă dintre plante.

Se cunoaşte de ceva timp faptul că plantele reacţionează una la cealaltă, dar abia acum realizăm cât de subtile şi sofisticate pot fi aceste interacţiuni. Plantele ”trag cu urechea” unele la altele tot timpul la aşa-numita  ”pălavrăgeală” chimică a fiecăreia dintre ele, uneori cu simpatie, alteori cu egoism. Unele, cum ar fi rododendronul scandinav, îşi ajută vecinele, împărţind resursele cu acestea. Altele îşi recunosc rudele şi le favorizează în detrimentul străinilor. Şi cel puţin o plantă parazită se cuibăreşte pe gazda sa datorită mirosului chimic al acesteia, care îi trădează prezenţa.

”Plantele nu se duc la petreceri şi nici nu vizionează filme, dar ele au o  reţea de socializare”, afirmă Suzanne Simard, ecologist al pădurilor de la Universitatea British Columbia din Vacouver, Canada. ”Ele se sprijină unele pe altele şi se luptă unele cu altele. Cu cât analizăm mai amănunţit sistemul de semnalizare şi de comunicare al plantelor, cu atât învăţăm mai multe. Este cu adevărat incredibil.”

Odată cu dezvoltarea tehnicilor de fotografiere secvenţială, putem acum să ne documentăm cu privire la dansurile şi încăierările din comunităţile de plante dens populate:  puieţii din solul pădurii concurează pentru spaţiu pentru a-şi întinde rădăcinile şi lăstarii, copacii căzuţi le oferă hrană celor tineri, viţa de vie se încolăceşte cu disperare căutând un trunchi pe care să se poată căţăra pentru a ajunge la lumină; iar florile sălbatice se întrec reciproc să înflorească primăvara şi să concureze pentru a atrage atenţia polenizatorilor.  Dar pentru a înţelege cu adevărat viaţa socială secretă a plantelor, trebuie să privim şi să ascultăm cu mai multă atenţie.

Cel mai potrivit loc de unde putem începe se află sub pământ, în rizosferăecosistemul din jurul rădăcinilor plantelor. Sub solul pădurii, fiecare linguriţă de pământ conţine milioane de micro organisme, Aceste bacterii şi ciuperci se află într-o relaţie de simbioză cu rădăcinile plantelor, ajutându-şi gazdele să absoarbă apa şi elemente vitale, precum azotul în schimbul unei aprovizionări constante cu substanţe nutritive.

La o analiză mai atentă, s-a observat că fire fungice unesc în mod fizic rădăcinile a zeci de copaci, de multe ori din specii diferite, într-o singură reţea micoriză. Aceste pânze care se ţes şi se întind sub picioarele noastre sunt reţele sociale autentice. Detectând deplasarea izotopilor radioactivi de carbon prin intermediul acestor reţele, Simard a descoperit că apa şi substanţele nutritive tind să curgă de la arborii care au hrană în exces spre cei care nu au suficientă. Un studiu publicat în 2009, de exemplu, a arătat că brazii Douglas mai bătrâni transferau molecule conţinând carbon şi azot la puieţii speciei lor prin intermediul reţelei micorize. Puieţii cu cel mai mare acces la aceste reţele au devenit cei mai sănătoşi.

Pe lângă împărţirea hranei, aceste asociaţii micorize permit plantelor să facă schimb de informaţii. Biologii cunosc faptul că plantele pot reacţiona la semnale de apărare trimise prin aer de la alte plante care sunt atacate. Atunci când o omidă începe să mestece un răsad de roşie, de exemplu, frunzele roşiei emană nişte compuşi otrăvitori care nu numai că resping atacatorul, dar şi stimulează plantele vecine să îşi pregătească propriile lor sisteme de apărare.

Yuan Yuan Song de la Universitatea Chinei de Sud din  Guangzhou a cercetat împreună cu colegii săi  dacă semnale de alarmă chimice similare pot călători pe sub pământ. Ei au expus un grup de răsaduri de roşii la o ciupercă patogenă şi au monitorizat reacţia celui de al doilea grup care era conectat de primul printr-o reţea micoriză.  Plantele bolnave au fost sigilate în folii de plastic pentru a împiedica orice altă comunicare deasupra solului. Cu toate acestea, plantele din grupul sănătos au început să producă substanţele chimice de autoapărare, ceea ce sugerează că plantele îşi pot detecta reciproc semnalele de alarmă prin intermediul reţelelor micorize.

O altă descoperire recentă, care ar putea avea legătură cu cea a lui Song, este că unele plante îşi recunosc membrii propriei specii şi acţionează împreună pentru binele comun.  Amanda Broz de la Universitatea Fort Collins din statul Colorado a alăturat plantele de troscot dintr-o seră fie cu alte plante de troscot, fie cu păiuş. Apoi a simulat un atac cu un spray conţinând ester metilic de ulei de iasomie, o substanţă chimică pe care multe plante o eliberează atunci când sunt rănite. Troscotul a reacţionat în funcţie de vecinii lui. În cazul în care crescuse alături de specia sa, frunzele sale produceau toxine care să îi sporească apărarea. Dar dacă se învecina cu păiuşul, se concentra mai mult pe creşterea propriilor frunze şi a tulpinii.

O astfel de discriminare are sens pentru că în mediul natural al troscotului, grupul dens format de o singură plantă tinde să atragă un mare număr de insecte la un adevărat ospăţ.  Aşa că atunci când cooperează cu alte plante de troscot reuşeşte să stăvilească un astfel de atac. Cu toate acestea, atunci când troscotul este înconjurat de păiuş, o metodă mai bună este să lase strategia de apărare în grija vecinilor săi şi să se concentreze pe o creştere agresivă – ceea ce  ne explică şi de ce troscotul este o specie invazivă atât de eficientă.

Cercetările lui Broz au fost publicate anul trecut, dar rămâne încă neclar felul în care troscotul sau oricare altă plantă reuşeşte să recunoască membrii speciei sale. Cu toate acestea s-a explorat amănunţit cum plantele pot avea simţul valorii familiei.

Într-un studiu de marcă publicat în 2007,  Susan Dudley de la Universitatea McMaster din Ontario, Canada, a consemnat primul caz al unor plante care îşi recunoşteau şi îşi favorizau neamul.  Studiile ei cu privire la iarba de mare americană (Cakile Elendula), o buruiană sărăcăcioasă care creşte de-a lungul malurilor Marilor Lacuri, au demonstrat că o plantă sădită alături de specii neînrudite nu ezită să îşi ramifice rădăcinile şi să absoarbă  cât  poate de multă  apă şi  substanţe nutritive. Cu toate acestea, atunci când Dudley a plantat mai multe exemplare în acelaşi vas, acestea au manifestat tendinţe de restrângere, îmblânzindu-şi rădăcinile lacome pentru a putea împărţi mai bine resursele cu suratele lor. Exemplare similare care au crescut în apropierea unor specii străine dar nu în acelaşi vas şi-au dezvoltat rădăcinile în mod obişnuit, ceea ce arată că iarba de mare este ajutată de  o substanţă chimică subpământeană  să îşi recunoască semenii. Totuşi, aceste plante nu par să folosească reţele micorize.

Într-o altă cercetare întreprinsă în colaborare cu Meredith Biedrzycki de la Universitatea  Delaware din Newark, Dudley a descoperit că semnalele iau forma unor exudate – un fel de cocktail de arome de compuşi solubili,  fenoli, flavonide, zaharuri, acizi organici, aminoacizi şi proteine, secretate de rădăcini în rizosferă. Însă  modul în care acestea indică înrudirea rămâne încă un mister. 

În ultimii ani recunoșterea suratelor din aceeaşi specie a fost descoperită şi la alte plante, inclusiv la ”cobaiul de laborator” Arabidopsis thaliana  (n. trad. plantă model în studiul rădăcinilor adventive), precum şi la o  specie de Impatiens (canaluţe). Aceste noi date i-au determinat pe unii botanişti să susţină faptul că plantele, ca şi animalele sunt capabile de comportamente de recunoaştere a înrudirii şi de strategii de ajutorare a rudelor lor în scopul reproducerii.  Recunoaşterea înrudirii este justificată de motive evolutive pentru că măreşte şansele ca genele pe care un exemplar le împărtăşeşte cu rudele sale să fie transmise şi generaţiei următoare, chiar dacă acest comportament altruist poate afecta bunăstarea plantei în cauză. "Nu există motive care să ne convingă că plantele nu pot obţine aceleaşi beneficii ca şi animalele prin recunoaşterea speciei lor”, a spus  Dudley.

Recunoaşterea semenilor şi reţinerea creşterii arată această  capacitate a plantelor  de a-şi identifica suratele de acelaşi neam. Rămâne totuşi întrebarea dacă această recunoaştere poate să şi îmbunătăţească perspectivele de supravieţuire al plantelor înrudite. Cercetările lui Richard Karban de la Universitatea Davis, California încearcă să răspundă la această întrebare. Karban a studiat un arbust deşertic numit tufa de salvie, care emite un buchet înţepător de mirosuri ale unor  substanţe chimice pentru a îndepărta insectele. Când Karban a tăiat frunzele unei plante pentru a simula un atac, a descoperit că planta declanşa o apărare mult mai complexă dacă se găsea în vecinătatea semenelor ei decât în cazul în care aceasta nu se înrudea cu plantele din apropiere. Mai mult decât atât, la cinci luni după aceea, plantele vecine înrudite au suferit mult mai puţine pagube din partea omizilor, greierilor şi căprioarelor decât plantele învecinate din alte specii.

Studierea recunoaşterii între ele a plantelor înrudite precum şi a altor interacţiuni  ale acestora, nu numai că ne îmbogăţesc cunoştinţele noastre în domeniul biologiei şi al ecologiei. ”Foarte mulţi oameni sunt interesaţi de acest domeniu, deoarece nu este vorba doar de un simplu exercițiu intelectual” este de părere James Cahill de la Universitatea Alberta din Edmonton, Canada. ”Aceste descoperiri vor putea avea ca rezultate foarte multe aplicaţii posibile, în special în agricultură”.

Un domeniu evident în care ele se pot aplica este cel al culturilor asociate – poziţionarea strategică a culturilor diferite sau a plantelor de grădină diferite astfel încât acestea să poată beneficia una de pe urma celeilalte îndepărtând dăunătorii, atrăgând împreună polenizatorii şi contribuind la îmbunătăţirea absorbţiei nutrienţilor.

Această tehnică străveche, care se bazează în mod tradiţional pe încercare şi eşec, precum şi pe observaţii atente, poate fi extrem de eficientă. De exemplu,  fasolea fixează azotul care stimulează creşterea la alte plante, şi atunci când europenii au ajus în America în secolul al XV-lea, ei au descoperit că nativii americani foloseau proumbul ca pe un spalier natural pentru vrejurile de fasole.  Înţelegerea modernă a interacţiunilor dintre plante preconizează că vom putea descoperi noi relaţii subtile şi benefice între plante, care ne-ar putea ajuta să depăşim o lacună majoră a monoculturilor din agricultura modernă.

Deoarece un singur agent patogen poate spulbera o întreagă recoltă asemănătoare din punct de vedere genetic - şi care conţine, prin urmare, plante la fel de vulnerabile, fermierii folosesc pesticide din abundenţă, dar în loc să vă imaginaţi o întindere nesfârşită de grâu sau porumb, gândiţi-vă mai degrabă la o junglă de diverse specii care lucrează împreună atât la suprafaţă cât şi sub nivelul solului.

Cooperarea în domeniul reproducerii

Cahill mai are o idee  "Îngrăşămintele nu sunt întotdeauna răspândite în mod egal," a spus el. "Poate că vom putea  creşte în viitor  plante capbile să coopereze mai eficient cu vecinele lor pentru a beneficia împreună de îngrăşăminte.”. Între timp, Simard este de părere că noile descoperiri  despre reţelele micorize vor influenţa atât agricultura cât şi silvicultura. Copacii vechi rezistenţi nu ar trebui să fie scoşi din pădure cu atâta grabă,  crede ea,  pentru că puieţii depind de asocierile micorize menţinute de către aceşti copaci străbuni.  De asemena, ea sugerează ca fermierii să reducă fertilizările şi irigaţiile în exces pentru că aceste practici pot afecta sau distruge delicatele reţele micorize.

”În mod sigur nu deţinem toate informaţiile necesare pentru a începe să descurajăm aceste practici. Dar ceea ce dorim să facem pe viitor este să dezvoltăm tehnici mult mai avansate de observare a creşterii rădăcinilor, pentru a vedea exact ce fac unele cu altele şi cum interacţionează în spaţiu”, a spus Dudley. De asemenea, ea îşi propune să determine ce factori genetici controlează interacţiunea plantelor şi să studieze cum pot aceştia influenţa supravieţuirea şi reproducerea. ”Aspectele moleculare sunt poate cele mai dificile de studiat, ” a spus ea, ”dar am progresat mult  în acest domeniu.”

Ideea că există relaţii complexe între plante s-ar putea să necesite o schimbare de mentalitate. ”Pentru multă vreme oamenii au crezut că plantele doar  există şi ele  acolo,” a spus  Biedrzycki. "Dar ele se pot apăra mai mult decât am crezut şi pot crea un anumit mediu în preajma lor. Se pare că pot controla într-o anume măsură ceea ce se întâmplă, prin intermediul comunicării chimice. "Deşi plantele pot părea pasive şi tăcute, capacităţile lor de comunicare şi interacţiune nu ar trebui să ne şocheze. Unele organisme incredibil de simple – chiar şi cele unicelulare- se pot recunoaşte între ele şi pot reacţiona reciproc”, a spus Broz.

"De ce ni se pare ciudat ca plantele să poată avea această abilitate?"

Mirosul unei victime

Multe dintre interacţiunile sociale ale plantelor par să implice o formă de cooperare comună mediată de semnale chimice.  Cu toate acestea, unele comunicări chimice sunt departe de a fi binevoitoare, după cum au descoperit cercetările asupra unei viţe parazit numită camelină.

Camelina aproape că nu conţine clorofilă – molecula verde care le permite plantelor producerea de zaharuri din lumina soarelui, de apă şi dioxid de carbon. Dar  după ce răsare ca un fel de cârcel fără frunze caută o victimă în care să îşi înfigă duzele şi să sugă seva dulce. "ştim cum îşi creează aceste duze şi cum îşi obţine resursele de la gazda sa, dar nimeni nu a ştia cum îşi găseşte camelina această gazdă”, a spus Consuelo de Moraes de la Universitatea de  Stat Pennsylvania.

Unele plante îşi identifică vecinii simţind lumina soarelui care se refractă de pe frunze, dar filmările secvenţiale arată cum camelina foloseşte o tehnică diferită. Acestea arată că atunci când cârcelul îşi caută o gazdă, el se răsuceşte ca un şarpe adulmecând aerul. Este oare posibil să caute o anumită substanţă chimică?, s-a întrebat De Morales.

Pentru a verifica această idee, ea şi colegii săi au ascuns o varietate de plante după colţ din raza unei tulpini de camelină.  Dacă această viţă parazit ar folosi cu adevărat un simţ chimic pentru a-şi găsi victimele, înseamnă că ar trebui să îşi identifice gazda prin intermediul chimicalelor volatile pe care aceasta o produce în mod natural.

Şi chiar aceasta au şi descoperit. De fapt, camelina a demonstrat chiar şi preferinţe culinare în funcţie de diferitele mirosuri de chimicale purtate prin aer,  alegând de cele mai multe ori tomatele suculente în loc de grâul plăpând şi îndreptându-se spre gazdele sănătoase prin evitarea acelor mirosuri chimice degajate de plantele bolnave.

”Această viţă parazit nu numai că foloseşte indicii chimice pentru a-şi alege gazda”, a spus De Moraes, ”dar ea poate să facă distincţie între gazdele de calităţi diferite. Ea ştie care plante sunt mai sănătoase şi se îndreaptă către ele”.



Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului the-secret-society-of-plants, publicat de New Scientist.
Traducere: Daniela Albu


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!