Могут ли растения видеть. Новые исследования Boquila trifoliolata

Виноградная лоза Boquila trifoliolata — оборотень. По мере того, как она петляет по деревьям и другой флоре в чилийских тропических лесах, листья меняются, чтобы походить на растения, которые он использует для поддержки, или, иногда, на соседние, с которыми даже не контактирует. Оно так хорошо справляется с задачей притворяться другими растениями, что, хотя виноградная лоза была впервые описана в 1800-х годах, её способность к подражанию оставалась тайной, пока не открылась около десяти лет назад.

В начале 2010-х годов Эрнесто Джаноли, эколог растений из Университета Ла-Серена в Чили, понял, что то, что казалось странным на вид стеблем дерева, на самом деле было лозой B. trifoliata, листья которой прекрасно сливались с настоящими листьями дерева. Увидев это, он заметил, что виноградная лоза имитирует все виды растений — более 20 видов — путём изменения размера, формы и цвета листьев. Джаноли сообщил о своих выводах в журнале Current Biology за 2014 год, но по сей день никто не уверен, как B. trifoliolata проворачивает свои впечатляющие маскарады.

Первоначально Джаноли предположил, что виноградные лозы получают что-то от растений, которые они копируют, — возможно, летучие химические вещества или генетический материал, который помогает направлять рост их листьев. Совсем недавно он обнаружил сходство микробиома между имитирующими лианы и их моделями, намекая на то, что в этом могут быть замешаны бактерии. Но в статье, опубликованной в прошлом году в журнале Plant Signaling and Behavior, учёный - представитель широкой общественности Джейкоб Уайт и аспирант Боннского университета Фелипе Ямасита утверждают, что нашли доказательства другой гипотезы:

Некоторых статья взволновала. Она была рекомендована как «исключительная» на сайте факультета мнений, на котором избранные эксперты в области наук о жизни отмечают примечательные, высококачественные статьи. А вирусное видео TikTok о результатах, опубликованное популярным аккаунтом на тему растений, на момент публикации этой истории набрало более 2,3 миллиона просмотров и 525 000 лайков.

Но некоторые исследователи забили тревогу. «Это глубоко ошибочная статья, основанная на плохо спланированном эксперименте и отражающая существенную предвзятость автора в интерпретации результатов», — написала лесовод Линда Чалкер-Скотт в своём блоге ранее в этом году. Эксперты, которые говорили с The Scientist об исследовании, также подняли красные флажки и задавали вопросы о процессе публикации.

Между тем, авторы исследования и ответственный редактор поддерживают статью, хотя и говорят, что она никогда не предназначалась для того, чтобы стать последним словом ни в отношении зрения растений, ни в отношении мимикрии B. trifoliolata. Единственное, с чем согласны все, — это то, что эти лианы исключительны, и понимание того, как они олицетворяют себя, изменит понимание того, как функционируют растения.

Уайт, домохозяин из Юты со страстью к науке и растениям, но без формального научного образования, говорит, что идея исследования пришла ему в голову после прочтения о глазных пятнах водорослей Chlamydomonas и хрусталиковых клетках некоторых цианобактерий. Он говорит, что задавался вопросом, может ли подобное рудиментарное зрение быть общим для всех растений. Именно тогда он наткнулся на мини-обзор 2016 года, проведённый физиологом растений Боннского университета Франтишеком Балушкой и нейробиологом растений Флорентийского университета Стефано Манкузо, в котором говорилось, что растения имеют глазоподобные структуры, которые дают им форму зрения.

Стремясь узнать больше, Уайт заплатил почти 40 долларов за просмотр статьи. В ней он прочитал о гипотезе ботаника Готлиба Хаберландта 1905 года о том, что клетки верхнего эпидермиса листьев могут функционировать как простые глазки, а также о бесконтактной мимикрии B. trifoliolata, которой, по предположению авторов обзора, может способствовать то, что лианы видят своих соседей.

«Я думаю, что в науке есть определённая степень догматизма», — говорит Уайт, что приводит к преждевременному отказу от идей, которые бросают вызов текущему консенсусу. Затем он подумал о том, как можно провести такой тест. И тогда его осенило: другие гипотезы о мимикрии B. trifoliolata основывались на переносе биологических соединений с модели на виноградную лозу. Но если виноградная лоза может видеть, её может обмануть всё, что напоминает растение, в том числе искусственное, что исключает механизм, основанный на переносе соединений. Итак, Уайт нашёл питомник в Порт-Таунсенде, штат Вашингтон, с B. trifoliolata и заказал себе виноградную лозу. После того, как она прибыла, он предоставил B. trifoliolata искусственное растение и ждал.

И вот, он говорит, что наблюдал то, что казалось попыткой виноградной лозы имитировать искусственные листья, когда она выращивала искусственное растение. Взволнованный, он сделал фотографии и отправил их Балушке. Он действительно не ожидал ответа, но когда его получил, то был в восторге. Балушка предложил ему попробовать опыты с искусственным растением, которое больше похоже на то, что можно найти в Чили. Уайт так и сделал, и лоза, похоже, тоже подражала ему.

Сначала, по словам Уайта, он надеялся, что Балушка возьмёт эти первоначальные наблюдения и использует их для обоснования более строгих экспериментов, но Балушка призвал Уайта провести эксперимент самому. Уайт убрал все остальные растения из комнаты в своём доме и посадил четыре лианы у окна. Он хотел выделить одно в качестве контрольного растения, но там просто не было места, и он не мог больше жертвовать своим домом. Таким образом, вместо этого виноградные лозы служили собственным контролем: они были помещены под ряд полок, первая из которых отделяла их первоначальный рост от искусственных модельных растений. Как только лозы вырастали за полку, они росли рядом с искусственными листьями, а затем Уайт сравнивал листья в этой части лозы с листьями под полкой. Этот вид вариаций внутри виноградной лозы наблюдается в дикой природе, поскольку Джаноли наблюдал, как виноградные лозы меняют свой внешний вид, когда они прорастают рядом с разными растениями.

По словам Уайта, в первый год листья на той части лозы, которая подвергалась воздействию искусственного растения, заметно отличались от листьев под полкой, но они не были хорошими имитаторами. На следующий год лоза выпустила больше побегов, и эти листья были ещё больше похожи на листья искусственных растений, хотя и меньше. Со временем листья всё больше становились похожими на искусственные. Уайт прислал Балушке изображения и видео растений.

По словам Уайта, отзывы были неоднозначными: некоторые сразу отвергли исследование, в то время как другие хвалили его за нестандартные подходы. Один из почти всеобщих критических замечаний заключался в том, что газете нужно больше достоверных данных. Поэтому Балушка предложил аспиранту его лаборатории Фелипе Ямасите помочь Уайту с морфологическим анализом. Ямасита говорит, что до этого он специально не изучал Бокилу, а изучал интеллект растений, так что зрение растений было ему по душе.

Вскоре Уайт отправил листья Ямаситы для измерения и микроскопического исследования. Морфологический анализ Ямаситы показал, что листья над полкой — предполагаемые мимики — отличались по форме от листьев внизу, и, в частности, самые молодые листья у верхушки лозы существенно отличались от самых старых листьев у её основания. Например, он заметил, что маленькие жилки молодых листьев, имеют тенденцию соединяться с другими жилками, в то время как жилки старых листьев чаще бывают открытыми. По его словам, это было особенно интригующе, потому что гормоны участвуют в формировании рисунка жилок листьев; поэтому возможно, что уменьшение количества свободных концов жилок по мере роста лозы указывает на то, что в этих листьях был другой уровень гормонов, чем в тех, которым не давали ничего для имитации.

Вместе Уайт и Ямасита отредактировали статью и повторно представили её, а Балушка принял и опубликовал её.

Джаноли говорит, что к нему не обращались для рецензирования статьи, что он теперь считает потенциальным тревожным сигналом, учитывая, что он является одним из ведущих экспертов в этой области. Он ссылается на многочисленные недостатки в работе, от грамматических ошибок до отсутствия изображений, которые показывают настоящие и искусственные растения бок о бок. Например, Джаноли отмечает, что листья под полкой, возможно, были более затенёнными и, следовательно, становились больше, чтобы захватить как можно больше света. По мере того, как виноградная лоза попадала в более освещённое место, она могла начать давать более мелкие листья, менее склонные к потере воды; меньшие листья будут более округлыми и менее лопастными, как у искусственного растения просто потому, что они меньше. Он отмечает, что возраст развития также является сбивающим с толку фактором, поскольку растения могут иметь разные листья на разных этапах своей жизни. «Эти два фактора свет и стадия развития могут объяснить различия в фенотипе», — говорит он. Статья представляет собой «хрестоматийный случай подтверждающей предвзятости», — говорит Джаноли. «Учёные влюбились в свою гипотезу. Как только вы влюбитесь в свою гипотезу, вы заставите системы подтвердить вашу точку зрения».

Биолог-эволюционист из Университета Лозанны Джон Паннелл, который написал несколько критический комментарий к первоначальной статье Джаноли о B. trifoliolata, отметив, что в ней отсутствует то, что Паннелл считал правдоподобным механизмом мимикрии виноградной лозы, выражает аналогичные опасения по поводу экспериментальной установки Уайта. Он говорит, что смешанные факторы предполагают «абсолютно невозможным» делать какие-либо выводы из эксперимента. Действительно, Паннелл задаётся вопросом, почему эксперимент был проведён до того, как была создана достаточная основа для его обоснования. Он говорит, что ожидал, что авторы приложат больше усилий, чтобы установить осуществимость идеи, «объясняя читателю оптику того, как это будет работать на самом деле». В работе, однако, не рассматривается вопрос о том, насколько правдоподобным может быть зрение растений.

Более того, он утверждает, что используемые статистические анализы — критерий Стьюдента и однофакторный дисперсионный анализ — неуместны. «Здесь у нас есть измерения на одном и том же растении для двух разных типов листьев. Они не независимы», — объясняет он. «Одним из ключевых предположений этих двух тестов является то, что все измерения независимы.Таким образом, даже если бы не было этой проблемы смешения, статистический анализ полностью ошибочен».

Паннелл также говорит, что тот факт, что Уайт и Ямасита назвали листья «мимическими» и «не мимическими» в анализе, «очень сильно поспешили. И я думаю, это показывает, насколько некритично авторы относятся к этому эксперименту». Он добавляет, что не только авторы виноваты в качестве статьи. «Каким бы ни был процесс обзора, невероятно, что эти недостатки экспериментального дизайна не были обнаружены».

Балушка, который называет себя физиологом растений, ставшим клеточным биологом, давно утверждал, что у растений есть какое-то зрение. Помимо соавторства в мини-обзоре 2016 года, он провёл обширное исследование способности корней воспринимать свет и расти в сторону темноты (скототропизм). Он даже считает, что имеется область обработки информации в корнях, которая может позволить им интерпретировать информацию, полученную от света, и функционировать как мозгоподобные структуры.

Балушка говорит, что он находит сопротивление идее о том, что растения могут видеть «очень странным», учитывая обнаруженные структуры линз у цианобактерий и похожие на камеры глазные пятна у водорослей. Кроме того, он указывает, что отсутствуют другие объяснения мимикрии B. trifoliolata.

Адам Маркус, редакционный директор Medscape и соучредитель Retraction Watch, блога и базы данных, которая освещает опровержения и неправомерные действия в научных публикациях, также ставит под сомнение отсутствие раскрытия информации, говоря, что подобные ситуации — это то, для чего нужны заявления о конфликте интересов. То, что главный редактор был научным руководителем одного из авторов, «определённо похоже на то, что должно быть раскрыто в самой статье», — говорит он.

«Я попросил девять рецензентов высказать своё мнение, чтобы устранить все возможные проблемы», — говорит Балушка в ответ на потенциальный конфликт интересов. Но Маркус отмечает, что отсутствие раскрытия может плохо отразиться на журнале в целом. «Такого рода вещи заставляют задуматься, как часто это происходит в этом журнале», — говорит он.

Уайт и Ямасита придерживаются того, что они сделали, и своей рабочей гипотезы. «Я твёрдо верю, что, в конце концов, наиболее вероятным ответом будет зрение, но невозможно узнать на сто процентов, если вы не можете опровергнуть другие», — говорит Уайт. «Поэтому я думаю, что есть ещё много работы, которую нужно сделать».

Джаноли, в свою очередь, по-прежнему не убеждён, что лианы могут видеть. Тем не менее, «я в восторге от идеи, что люди выращивают свои собственные бокилы дома», — говорит он. «Нам, учёным, нужен такой смелый подход. Нам нужны эти люди, которые могут мыслить нестандартно и так далее. Но мы не можем забывать, что существуют правила относительно того, что является доказательством, а что нет».

Ямасита говорит, что он и его коллеги уже планируют дальнейшие исследования. В дополнение к повторению эксперимента Уайта с большим количеством растений и улучшенным контролем, он говорит, что лаборатория сотрудничает с группой Манкузо, чтобы исследовать электрофизиологию растения — чтобы увидеть, есть ли какая-либо внезапная электрическая активность в лозе, например, когда другое растение приближается. На самом деле, у команды уже могли бы быть новые результаты, чтобы сообщить об этом, если бы не одно но: хотя исследователи выращивали растения в ботаническом саду Боннского университета, они изо всех сил пытались их размножить. «Есть много экспериментов, которые мы можем провести. Но завод не сотрудничает», — сокрушается Ямасита.

Ямасита и Балушка объясняют, что виноградные лозы сами по себе плохо растут. Но, конечно, когда им дают другие растения для плетения, они начинают подражать им. У Джаноли в лаборатории тоже есть несколько образцов B. trifoliolata, и он также изо всех сил пытался их вырастить. По его словам, растения плохо себя чувствуют после транспортировки, и он подозревает, что те немногие маленькие, что остались в живых, долго не проживут. Это одна из причин, по которой он не проводил собственных лабораторных исследований растений. Однако он по-прежнему надеется, что полевые исследования смогут пролить свет на миметические трюки растения.

Каким бы ни был ответ, если исследователи смогут раскрыть механизм мимикрии Бокилы, они, вероятно, откроют что-то фундаментальное для биологии растений, что в настоящее время неизвестно, соглашаются учёные. «Я считаю, что мы переживаем огромную революцию в науке о растениях», — говорит Уайт. «Каждый день выходят новые статьи, показывающие, насколько удивительны растения на самом деле, и я горжусь тем, что могу быть частью этого».

«Дарвин однажды сказал, что ему приятно возвысить растения до состояния организованных существ», — добавляет он. «Я могу только представить, как бы он отнёсся к этому событию сейчас».