GSA. Электрические явления в растениях
Электрические явления в растениях
Первые бесспорные доказательства существования электрических процессов в растительных тканях были получены в середине XIX в. Так называемые токи повреждения, ранее обнаруженные у животных, обнаружились и в различных растительных тканях. Срезы листьев, стебля, клубней всегда заряжены отрицательно по отношению к нормальной ткани.
Если разрезать яблоко пополам и вынуть середину, то оба электрода, приложенные к кожуре, не выявят разницы потенциалов. Если же один электрод приложить к кожуре, а другой перенести во внутреннюю часть мякоти, гальванометр отметит появление тока повреждения.
Имеются сведения об электрических явлениях, сопровождающих фотосинтез, дыхание. Выяснилось, что в момент гибели некоторых растительных тканей их потенциал резко возрастает. Индийский исследователь Бос соединил внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины с гальванометром и затем нагрел ее до температуры 60 °С. При этом был зарегистрирован электрический потенциал 0,5 В! Некоторая разность электрических потенциалов существует и между различными анатомическими элементами неповрежденных органов растений. Так, центральная жилка каштана, табака, тыквы электроположительна по отношению к поверхности листа. Наблюдается также разность потенциалов между различными частями цветка. Для обозначения таких явлений использовали термин «токи покоя» — в отличие от обширного класса электрических процессов, возникающих в живых тканях под влиянием раздражителей и называемых токами действия.
Были открыты электрические ритмы растений. Если поместить кончик корня молодого бобового растения в воду и измерить разность потенциалов между корнем и наружной средой, то эта величина колеблется с периодом 5 - 20 мин, причем амплитуда колебаний уменьшается по мере удаления от кончика корня, а частота сильно зависит от температуры окружающей среды. Ритмические колебания потенциала зарегистрированы у многих высших растений и у некоторых грибов. Для изучения биоэлектрических явлений часто используются клетки водорослей, имеющие длину несколько сантиметров и диаметр порядка десятых долей миллиметра. Разность потенциалов между вакуолью и наружной водной средой, в которой живет водоросль, равна 0,15 В. Оказалось, что, как и нервная клетка, клетка водоросли способна генерировать потенциал действия. Реакция на раздражение электрическим импульсом при этом принципиально не отличается от реакции аксона. Форма волны потенциала у клетки кальмара и клетки водоросли весьма сходна. С другой стороны, реакция растительной клетки намного медленнее: у нервных клеток скорость распространения импульса достигает десятков метров в секунду, а у растительных — лишь несколько сантиметров в секунду. Длительность самого импульса — миллисекунды для нервных клеток и секунды или даже десятки секунд для растительных клеток. В основе лежит один и тот же механизм — способность мембран под воздействием электрического поля временно изменять свою проницаемость по отношению к определенным ионам.
Способность многих цветов и листьев складываться или раскрываться в зависимости от времени суток также обусловливается электрическими сигналами, представляющими собой потенциал действия. Закрытие листьев можно стимулировать искусственно с помощью электрического раздражения.
Потенциал действия как средство управления различными физиологическими функциями присущ, по-видимому, всем высшим растениям. Тычинки василька, подсолнуха, барбариса приходят в движение при легком прикосновении. У некоторых растений способностью к движению обладают пестики. Реакция многих цветов на механические раздражения — выделение нектара. Оказалось, что при механическом раздражении некоторых частей цветка возникают электрические импульсы, передающиеся по железистым клеткам в проводящие пучки, и, достигая нектарника, стимулируют его деятельность. Реакция нектарника очень быстрая: выделение нектара начинается сразу же после того, как насекомое садится на цветок.
Движения листьев мимозы тоже управляются с помощью электрической системы сигнализации. Опускание листьев мимозы под действием механического раздражения вызвано сокращением сочленовой подушечки, поддерживающей листовой черенок. Способностью воспринимать раздражение в разной степени наделены почти все части листа. Самой большой чувствительностью обладают «осязательные волоски», расположенные в ряд поперек сочленовой подушечки. Достаточно легкого прикосновения к одному из них, чтобы лист опустился. Бос установил, что если сочленовую подушечку мимозы раздражать короткими импульсами электрического тока, ее реакция (механическое движение) будет не мгновенной, а с запаздыванием на 0,1 с. Такая скорость реакции сравнима со скоростью реакции многих животных. Время складывания листа составляет около 3 с. После непродолжительного покоя лист начинает подниматься. Возвращение листа в исходное состояние занимает около 16 с. Если последовательные раздражения осуществлять слишком часто, наступает утомление — как и при раздражении мышцы животного.
Помимо потенциала действия, возникающего при раздражении ударом, в проводящих путях мимозы может распространяться другой тип возбуждения — так называемая медленная волна, появляющаяся при порезах, надломах, ожогах и химических раздражениях. Эта волна связана с распространением раневых гормонов — специфических веществ, возникающих в ткани при ее повреждении. В отличие от потенциалов действия, возникающих при ударе, медленная волна свободно минует сочленовые подушечки. Достигая, стебля, медленная волна вызывает возникновение потенциала действия, передающегося вдоль стебля и приводящего к опусканию близлежащих листьев. Потенциал действия в листе мимозы распространяется со скоростью 2 см/с. Мимоза реагирует движением листа на раздражение сочленовой подушечки током 0,5 мкА. Чувствительность языка человека в 10 раз ниже.
