Текст книги "Революция растений"

Стефано Манкузо
Революция растений

© Соколова М.С., перевод на русский язык, 2018

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2019

* * *

НАУЧНЫЕ БЕСТСЕЛЛЕРЫ

О чем думают растения

Что чувствуют растения, и есть ли у них интеллект? Способны ли они общаться между собой и предугадывать будущее? Как новейшие научные открытия в области растительной нейробиологии повлияют на наше представление о сознании? Растения – сложные живые существа, способные к восприятию, борьбе, коммуникации, запоминанию, обучению и социальной жизни. Книга профессора флорентийского университета нейробиолога Стефано Манкузо доказывает, что растения способны на большее, чем мы можем себе представить, а после прочтения вы уже не будете относиться к ним как прежде.

Краткие ответы на большие вопросы

Перед вами книга-сенсация, последний труд всемирно известного физика Стивена Хокинга, в которой он подводит некий итог и высказывается по самым главным вопросам, волнующим всех. Выживет ли человечество? Должны ли мы так активно внедряться в космос? Есть ли Бог? Это лишь некоторые из вопросов, на которые отвечает Стивен Хокинг, один из величайших умов в истории, в своей финальной книге. В книгу включены воспоминания Эдди Редмэйна, игравшего Стивена Хокинга, Нобелевского лауреата Кипа Торна и дочери Хокинга, Люси.

Эволюция разума, или Бесконечные возможности человеческого мозга, основанные на распознавании образов

Книга Рэя Курцвейла, технического директора Google и известного футуролога, заставляет по другому смотреть на совершенно привычные вещи в жизни. Неужели действительно грядет время, когда искусственный интеллект будет властвовать во всех сферах жизни людей? И если это случится, должно ли это нас пугать? Он раскрывает бесконечный потенциал возможностей в сфере обратного проектирования человеческого мозга, а потому «Эволюцию разума» невозможно пропустить всем тем, кто интересуется развитием искусственного интеллекта или просто будущим цивилизации.

Геном. Автобиография вида в 23 главах

Генетика развивается стремительно. Ее развитие часто сравнивают с революцией. Мы – первое поколение, приоткрывшее завесу тайны. Мы стоим на пороге потрясающих открытий, а также перед новыми загадками. Читайте историю генетики от известного биолога Мэтта Ридли. Интересно и просто: от первых открытий до ошеломляющих прорывов.

Аннине

Предисловие

У меня сложилось впечатление, что истинная важность растений для человеческой жизни до сих пор не осознана до конца большинством людей. Конечно, все знают – во всяком случае, я на это надеюсь – что мы дышим кислородом благодаря деятельности растений, и что вся пищевая цепочка, в которую входит и питание всех животных, живущих на Земле, основана именно на растениях. Но скольким людям известно, что нефть, каменный уголь, газ и другие известные невозобновляемые запасы углеводородов, энергетических ресурсов планеты, являются ничем иным, как преобразованной растениями миллионы лет назад энергией Солнца? Многие ли знают, что лечебные средства нашей медицины имеют в значительной части растительное происхождение? Или что дерево, благодаря своим поразительным свойствам, во многих уголках нашей планеты и сегодня все еще служит наиболее распространенным материалом для строительства? Вся наша жизнь, как и жизнь любого другого животного на земле, зависит от растений.

Можно предположить, что столь необходимые для выживания человечества организмы, от которых зависит в значительной степени наша экономика, изучены достаточно подробно. Но ничего подобного: только в течение 2015 года были открыты 2034 новых вида растений. И не подумайте, что речь идет о каких-то микроскопических растениях, ускользнувших от внимания ботаников; один из этих новооткрытых представителей растительного мира, Gilbertiodendron maximum, представляет собой гигантское дерево, произрастающее в тропических лесах Габона, высотой около 45 метров, со стволом, достигающим в обхвате полутора метров, и массой более сотни тонн. А 2015 год не был каким-то особенным – ежегодно количество обнаруживаемых учеными новых видов растений превышает 2 тысячи.

Открывать новые растения – занятие весьма любопытное: никогда не знаешь, на что приведется наткнуться. Более 31 000 различных растительных видов имеют применение, зафиксированное документально. Среди них более 18 000 используются в медицинских целях, 6000 в сфере питания, 11 000 для производства тканей или как строительный материал, 1300 применяются в общественно-социальных целях (включая религиозные ритуалы и лекарственное назначение), 1600 служат источниками энергии, 4000 идут в пищу домашним животным, 8000 используются для улучшения окружающей среды, 2500 служат ядами, и т. д.

Вывод напрашивается сам собой – около десятой части всех видов растений используется человечеством непосредственно. И это очень важно, что хотелось бы подчеркнуть. И было бы замечательно, если бы мы начали использовать растения не только из-за их полезных свойств, но и из-за их возможностей кое-чему нас научить.

На самом деле растения являются настоящим образцом рационального устройства, к концу книги это станет очевидным и для вас. Растения с древнейших времен нашли множество поразительных решений тех сложнейших проблем, которые мучают человечество – от экономии строительных материалов до экономии энергии, от способности к выживанию до стратегий адаптации. Достаточно лишь научиться правильно видеть.

Около 400 миллионов лет тому назад, в отличие от животных, которые решили двигаться, чтобы добывать пищу, растения приняли прямо противоположное эволюционное решение. Они предпочли не перемещаться, но брать от солнца всю возможную необходимую для выживания энергию и адаптировали свое тело к поеданию его другими видами, приспособились ко всем бесчисленным опасностям, которыми чревато существование с корнями, укрепленными в почве. А это совсем не просто. Попробуйте представить себе, насколько это трудно – жить в полной врагов среде без возможности перемещаться. Вообразите себя растением, атакуемым насекомыми, травоядными животными и хищниками всех мастей, и не имеющим возможности сбежать. Единственный способ выжить в таких условиях – стать несокрушимым, умудриться создать себя на основе принципов, совершенно отличных от тех, что царят в животном мире. То есть именно что стать растением.

Для того чтобы защититься от хищников, они эволюционировали в совершенно особом и удивительном направлении, используя максимально далекие от животного мира способы бытия, и стали примером невероятного разнообразия. Эти организмы настолько отличны от наших, животных, что если присмотреться к ним пристально, можно подумать, что мы имеем дело с инопланетянами. Многие из решений, найденных эволюцией для растений, являются полной противоположностью идеалам мира животных. То, что для животных – белое, для растений – черное, и наоборот: животные перемещаются, растения остаются на одном месте; животные все делают быстро, растения – очень медленно; животные потребляют, растения производят; животные выделяют CO₂, растения захватывают CO₂… И так во всем, вплоть до самого важного и самого известного отличия: противоположности между рассеянием и концентрацией.

Все функции, которые у животных сконцентрированы в специализированных органах, у растений рассеяны по всему «телу». Это фундаментальное отличие, последствия которого трудно сразу охватить разумом. Эта совершенно иная структура является причиной того, что растения и выглядят совершенно по-другому.

Одно из направлений развития цивилизации – стремление переложить различные человеческие функции на технику, улучшить и облегчить с ее помощью наше существование. А на практике, при создании инструментов и оборудования человек всегда исходил из основных принципов организации животного мира. Например, компьютер создан как «семейство» устройств: процессор, – как бы «мозг» аппарата, – управляет через программное обеспечение жесткими дисками, памятью, видео– и аудиокартами… Это похоже на воспроизведение некоего животного организма с помощью синтетических материалов. Все, что создано человеком, имеет более или менее явным образом выраженную архитектуру подобного рода: центральный командный орган, «мозг» управляет органами, выполняющими его команды. Даже само наше общество выстроено по тому же архаическому принципу, иерархическому и стремящемуся к централизации. В этой модели есть одно преимущество – она способна давать быстрый отклик на раздражение, хотя и не всегда адекватный. Но она весьма хрупка и с трудом принимает инновации.

Растения же, при явном отсутствии центрального органа, который можно было бы сравнить с мозгом, умудряются уловить изменения в окружающей среде с поразительной чувствительностью, значительно превосходящей аналогичные способности животных. Они активно конкурируют за ограниченные ресурсы в почве и атмосфере; выполняют хитроумную оценку баланса своих затрат и прибытков; и, наконец, определяют необходимость ответа на изменение условий и предпринимают соответствующие действия. Их способ существования, таким образом, представляет собой альтернативный путь развития, который следует учитывать сегодня, когда мир меняется с большой скоростью и инновационные решения становятся фундаментальным условием выживания.

Любая централизованная организация обладает слабым местом. И вот тому яркий пример. 22 апреля 1519 года Эрнан Кортес высадился в Мексике, возле того места, где сегодня находится портовый город Веракрус, с сотней моряков, примерно пятью сотнями солдат и несколькими лошадьми. Через пару лет, 13 августа 1521 года, падение великого Теночтитлана ознаменовало конец цивилизации ацтеков. Такая же судьба постигла и империю инков – ее сокрушил Франсиско Писарро всего 12 лет спустя, в 1533 году. В обоих случаях достаточно мелкие происшествия, то есть пленения правителей: Монтесумы и Атауальпы, – оказались способны обрушить огромные империи, существовавшие целые века, но при этом весьма хрупкие. Это произошло потому, что централизованные системы особенно уязвимы. В нескольких сотнях километров к северу от Теночтитлана племена апачей, гораздо менее прогрессивных, чем ацтеки, и не обладавших даже подобием централизованной системы управления, умудрились долгие годы сопротивляться войскам испанских завоевателей, ведя изнурительную войну.

Семена кленов сухие легкие и имеют крылышки из мембраны, позволяющие им использовать силу ветра

Растения воплощают гораздо более устойчивую и современную модель выживания, чем животные. Они демонстрируют, как прочность и гибкость могут дополнять друг друга. Их модульная конструкция представляет собой квинтэссенцию современности: кооперативную архитектуру, распределение функций без единого командного центра, способность успешно противостоять повторяющимся катастрофическим событиям без потери функциональности и очень высокую степень приспособляемости к самым серьезным изменениям окружающей среды.

Сложность внутренней организации и функциональные особенности растения требуют высокоразвитой сенсорной системы, которая позволяет его организму эффективно использовать внешнюю среду и быстро реагировать на потенциально опасные изменения. Так, растения, чтобы оценивать ресурсы, поступающие из внешней среды, используют весьма хитроумную сеть, сформированную постоянно растущими корнями, активно ощупывающими почву. Не похоже ли это на Интернет – символ современной жизни, построенный по тому же принципу?

Ничто не может сравниться с растениями по части прочности и способности к инновациям. Благодаря эволюции, растениям удалось выработать разнообразные способности, кардинально отличающиеся от способностей представителей животного мира, и с этой точки зрения они представляют собой гораздо более современные организмы.

Об этом следует помнить, проектируя наше будущее.

Библиография

C. Risen, The world’s most advanced building material is… wood. And it’s going to remake skyline, «Popular science», 284 (3), 2014.

State of the world’s plants, отчет за 2016 Королевских Ботанических садов Кью, см. на сайте https://stateoftheworldsplants.com/report/sotwp_2016.pdf.

I
Память без мозга

Память (в наиболее широком смысле) – способность, свойственная множеству организмов, сохранять более или менее длительное время более или менее полную информацию об испытанном воздействии внешних раздражителей и собственных реакциях на него.

Словарь итальянского языка Треккани

Ум – это жена, воображение – любовница, память – служанка.

Виктор Гюго. Послесловие к моей жизни

Мы обладаем огромной памятью, о которой не отдаем себе отчета.

Дени Дидро

Мы привыкли определять растение по той его части, которая находится над землей. А на самом деле корневая система составляет порой не менее половины тела растения, и это, пожалуй, самая интересная его часть

Растения или животные: опыт, который учит

Я часто думаю о разумности растений, поэтому не мог обойти вниманием и их способность к запоминанию. Это утверждение может показаться странным, но попробуйте задуматься об этом хотя бы на минуту. Нетрудно представить, что разум может быть результатом работы не одного-единственного органа, что это свойство жизни, и он не обязательно базируется в мозгу. Растения, с этой точки зрения, служат весьма очевидным доказательством того, что мозг есть всего лишь эволюционная «случайность», присущая относительно меньшему количеству живых существ, – животных, – в то время как для подавляющего большинства, то есть растений, характерно развитие разума без формирования специального органа, для этого предназначенного. С другой стороны, решительно невозможно вообразить себе разум, который не базировался бы на той или иной форме памяти.

Память на самом деле является отдельной от разума характеристикой живого существа: без нее невозможно учиться, а способность к обучению является одним из свойств, лежащих в основе интеллекта. Может ли существо, обладающее инстинктами, быть неспособным повысить эффективность реакции на повторяющиеся проблемы одного и того же типа? Я уверен, каждый из нас осознает, что порой решает повторяющиеся жизненные задачи одним и тем же манером, отдавая себе отчет в том, что это неправильно. Я также думаю, что любой мог бы привести многочисленные примеры из жизни друзей или родных, упорно не меняющих свои способы реагировать на одни и те же, неизменно возникающие в их жизни личные проблемы. Однако это только поверхностное впечатление: за вычетом ряда исключений или случаев особых патологий, живые организмы вполне способны учиться на собственном опыте. Растения тоже следуют этому принципу и реагируют – только более тонко и точно – на повторяющиеся изменения, возникающие в окружающей среде. Это было бы невозможно без способности сохранять некую часть информации, относящуюся к способу выживания в тех или иных меняющихся обстоятельствах, иными словами – без памяти.

Однако слово «память» практически не используется в описании деятельности растений, аналогичной той, для которой животными используется мозг. Когда речь идет о растениях, у которых нет такого органа, наука использует специфические термины: «акклиматизация», «отвердение», «кондиционирование», «гидроизоляция»… Вся эта словесная эквилибристика, придуманная за годы исследований учеными, нужна только для того, чтобы не использовать старое, удобное и простое слово «память».

Тем не менее все растения способны учиться на собственном опыте и обладают механизмом запоминания. Приведем пример: представьте себе какое-нибудь растение, например, оливковое дерево, которое переживает некий стресс: засуху, засоление почв или нечто тому подобное. Оно непременно внесет изменения в собственное строение и метаболизм, чтобы обеспечить выживание. Ничего странного, не правда ли? Если спустя некоторое время мы подвергнем это же растение воздействию тех же факторов, возможно даже в более агрессивной форме, мы сразу же заметим: оно ответит на стресс значительно успешнее. Значит дерево выучивает урок! Оно каким-то образом сохранило следы использованных решений и, когда понадобилось снова приспосабливаться, быстро их извлекло и среагировало более эффективно и точно.

Таким образом, растение чему-то научилось и сохранило в памяти лучшее решение, наиболее подходящее для выживания.

У растений нет короткой памяти

Сравнительные исследования памяти, – в отличие от изучения многих других присущих растениям важных способностей, демонстрирующих явное сходство с аналогичными способностями животного мира (такими как интеллект, коммуникативные способности, способность к разработке стратегии защиты, поведенческие характеристики и т. д.), – начались не так давно, хотя некоторые теории уже сформировались. Первый ученый, который занялся этим вопросом, оправдал возложенные на него ожидания. Речь идет, конечно же, о Ламарке. О Жане-Батисте Пьере Антуане де Моне, шевалье де Ламарке (1744–1829). Торжественность имени вполне соответствует важности его вклада в науку. Отец биологии – в прямом значении слова, поскольку именно он придумал это название – интересовался, как и все натуралисты той эпохи, жизнью растений. А в особенности – феноменом быстрых движений, присущих так называемым «чувствительным растениям» (то есть тем, которые мгновенно и явственно реагируют на определенные раздражители). Значительную часть своей долгой научной жизни он посвятил детальному исследованию механизма закрытия листьев у растения Мимоза стыдливая (Mimosa pudica), стараясь понять, что приводит его в действие. Следует отметить, что у нас до сих пор нет четкого представления об этом механизме.

Мимоза стыдливая в цвету: соцветия розового цвета утыканы многочисленными удлиненными тычинками, придающими растению забавную пушистость.

Полагаю, все знают, что это за растение. Сегодня мимозу продают даже в супермаркетах. Однако для тех, кто никогда не видел этого цветка, поясню: речь идет о необычном и изящном растеньице, которое, в полном соответствии со своим названием, деликатно складывает листочки воистину стыдливым движением в ответ на внешнее воздействие (например прикосновение).

Именно благодаря мгновенной реакции, столь редкой в растительном мире, эта необычная жительница тропических лесов американского континента, прибыв в Европу, вызвала огромный интерес.

Ею интересовались такие выдающиеся ученые, как Роберт Гук (1635–1703), великий английский естествоиспытатель, усовершенствовавший микроскоп и описавший впервые в истории клетку, а также французский врач Анри Дютроше де Неон (1776–1847), считающийся отцом биологии клетки. Таким образом, на протяжении многих лет Мимоза стыдливая была настоящей звездой ботаники.

Перед ее колдовским очарованием не устоял и наш шевалье де Ламарк, который самым детальным образом изучил ее поведение с помощью многочисленных и порой довольно оригинальных экспериментов. Одна способность мимозы сразила Ламарка просто наповал. Если растение подвергать повторяющимся воздействиям одинакового характера, некоторое количество листьев прекращает реагировать и полностью игнорирует все последующие стимуляции. Ламарк был прав, приписав это поведение «усталости»: складывая листья раз за разом, растение растратило все запасы энергии, у него просто кончились силы. Нечто подобное происходит во время работы мышц у животных, которые не могут двигаться до бесконечности. Такой же ограниченный запас энергии оказался присущ и мимозе. Однако не во всех случаях.

Ламарк отметил, что иногда, после серии одинаковых раздражений, «субъект» перестает складывать листья задолго до исчерпания запасов энергии. Это явление озадачило ученого, он не мог понять причину подобного – явно непредсказуемого – поведения. Загадка оставалась неразгаданной до тех пор, пока в один прекрасный день исследователь не наткнулся на результаты опытов своего коллеги.

Рене Дефонтен (1750–1833) провел эксперимент, который ответил на мучавший Ламарка вопрос. Французский ботаник поставил весьма оригинальный эксперимент: он поручил одному из своих студентов провезти в коляске вокруг Парижа довольно большое количество растений и тщательно описать их поведение. Особое внимание ученик должен был обращать на случаи складывания листьев. Студент, имя которого осталось неизвестным, явно успел привыкнуть к необычным фантазиям своего учителя. Установив на сиденьях коляски многочисленные горшки с мимозами, он приказал кучеру спокойной рысью, по возможности без остановок, провезти его по самым красивым местам французской столицы. Увы, наслаждаться красотами ему не полагалось. Задание требовало безостановочно записывать в полевой тетради мельчайшие подробности поведения растений, которые должны были складывать листочки, каждый раз, как коляска подскакивала бы на парижской мостовой. Эксперимент вряд ли бы показался ученику сильно интересным, а Дефонтен вряд ли бы был удовлетворен результатом, если бы не произошло нечто непредвиденное.

Да, растения сложили листочки при первом же подскоке повозки на камнях мостовой. И что же? Чего все-таки ожидал ученый от этого эксперимента? Наверняка ученик подумал, что ничего нового опыт не даст. Однако, когда они отъехали подальше, растения повели себя неожиданным образом – вначале одно, затем еще два, потом уже пять мимоз вдруг расправили листья, хотя тряска продолжалась с той же интенсивностью. Что же случилось? Студент был потрясен и записал немедленно в тетрадь: растения просто привыкли!

Мимоза стыдливая – чувствительное растение родом из Латинской Америки, с берегов Карибского моря, распространенное во многих странах тропического пояса.

Результаты парижского уличного опыта остались в архивах Ботанического общества и были описаны в статье «Flore française» («Флора Франции») Ламарком и его соавтором Огюстеном-Пирамом Декандолем (1778–1841). Этот результат был почти забыт, что случается – гораздо чаще, чем думают люди – со многими гениальными озарениями. Однако выводы, вытекающие из эксперимента Дефонтена, стали понятны только сегодня. Они решительно указывают на адаптивное поведение и свидетельствуют о запоминании информации. Как рассада Мимозы стыдливой смогла бы привыкнуть к постоянным сотрясениям повозки, если бы не обладала определенной формой памяти?

Это потрясающее предположение, тем не менее, долгое время отвергалось научной средой – до тех пор, пока в мае 2013 года Моника Гальяно, исследователь из Университета Западной Австралии в Перте, не приехала на стажировку в мою лабораторию. Когда Моника прибыла в Международную лабораторию нейробиологии растений, которой я руковожу во Флорентийском университете, она специализировалась на морской биологии, и ее интересовали многие научные проблемы: от философии эволюции до ботаники. Моника хотела улучшить свои знания о мире растений, точнее – узнать больше об их поведении. И вот, – после долгих дискуссий о целях стажировки, – мы решили поставить несколько экспериментов, которые, с одной стороны, оправдали бы ее стажировку в моей лаборатории, а с другой – смогли бы удовлетворить наше любопытство и дать ответ на вопросы, которые возникли в ходе обсуждения особенностей поведения растений.

Кроме того, я полагал, что экспериментальное доказательство гипотезы о том, что растения обладают памятью, имеет фундаментальное значение. Многим моим коллегам эта гипотеза казалась интуитивно правильной, но она не имела под собой строгой научной базы. После того как мы согласовали цели нашего исследования, началось самое трудное: как показать, что растения запоминают свой ответ, и это помогает им результативнее отвечать на внешние воздействия?

За несколько месяцев до этого я посетил филиал нашей лаборатории в Японии, в городе Китакюсю. Мой близкий друг и коллега Томонори Кавано, руководитель филиала, с гордостью показал мне некоторые из тех тысяч томов, которые Университет Сорбонны в Париже списал и отправил на уничтожение и которые он, благодаря своей уникальной способности договариваться, спас от гибели и привез в Японию. Среди этих сокровищ и обнаружилась оригинальная копия «Флоры Франции» Ламарка и Декандоля, в которой мы нашли описание опыта Дефонтена, возившего по парижским улицам рассаду Мимозы стыдливой. История катания мимозы в коляске нас развеселила, а Томонори не без сарказма назвал ученика Дефонтена идеалом японского студента. Я же никак не мог выкинуть ее из головы и рассказал о ней Монике. Возник вопрос: можно ли повторить этот классический опыт на современной научной основе? Причем так, чтобы его результаты могли служить доказательством? Несколько дней спустя был готов протокол исследования, которое мы назвали «опытами Ламарка и Дефонтена».

В 2013 году найти коляску с лошадью, чтобы возить растения по городу, не представлялось возможным, но мы сохранили сам принцип повторяющегося возбуждения. Эксперимент должен был убить двух зайцев:

– показать, что растения Мимозы стыдливой способны после определенного количества повторений опознать некое раздражение как неопасное и прекратить складывать листья;

Растения Мимозы стыдливой учатся на собственном опыте, распознают безопасные внешние воздействия (такие как спуск горшка на несколько сантиметров вниз) и не складывают листья.

– убедиться, что эти же растения после определенного периода подготовки способны научиться различать раздражения, опознавать из двух разных воздействий уже знакомое и реагировать соответствующим образом. Иными словами, мы хотели понять, могут ли растения запоминать воздействие, не грозящее им опасностью, и отличить его потом от другого, возможно, несущего угрозу.

Довольно быстро мы собрали прибор для опыта – простой, но эффективный.

«Ламарк и Дефонтен» позволял постепенно спускать горшок с растением вниз через определенные промежутки времени и с шагом в десяток сантиметров. Это перемещение можно было измерить с высокой точностью, и именно оно было воздействием на растение.

Результаты не замедлили себя ждать и оказались вдохновляющими. Они подтвердили наблюдения Дефонтена: после нескольких повторений (примерно семи или восьми) растения прекращали складывать листья и переставали, со все возрастающим равнодушием, реагировать на спуск.

Дальше надо было понять, что послужило причиной: простая усталость, или растения на самом деле поняли, что бояться им нечего?

Единственный способ выяснить это доподлинно заключался в том, чтобы подвергнуть участников эксперимента другому воздействию, отличному от первого. Для этого мы придумали рычаг, который сдвигал горшки горизонтально, и подвергли растения новому воздействию. Оно тоже было вполне измеряемым, и растения ответили на него, сложив листочки. Прекрасный результат. Наша установка «Ламарк и Дефонтен» помогла показать, что растения могут опознать безопасное событие и отличить его от других, несущих потенциальный риск. Именно это они продемонстрировали во время нашего эксперимента.

Но насколько долго может служить такая память? Для того чтобы ответить на этот вопрос, мы подвергли испытанию около сотни растений, при этом каждое из них учили различать два разных воздействия. Повторный опыт показал, что они запомнили то, чему мы их учили. Более того, результат превзошел все наши ожидания: Мимоза стыдливая помнила о характере воздействий в течение 40 дней. Это поразительно длительный период по сравнению с продолжительностью памяти многих насекомых, и даже некоторых животных с более высокой организацией.

Как работает этот механизм у растений – до сих пор загадка, ведь мозга то у них нет. Многочисленные исследования, посвященные прежде всего реакции на стресс, показывают, что, похоже, решающую роль в формировании памяти о событии играет эпигенетика растения. Эпигенетика описывает наследуемость изменений, которые не связаны с модификациями последовательности ДНК. Другими словами, речь идет о таких изменениях, как модификация гистонов – протеинов (белков), играющих важную роль в формировании ДНК, или метилировании, то есть связывании метильной группы -CH3 с азотным основанием самой ДНК. Эти процессы изменяют активность тех или иных генов, но не саму их последовательность.

Совсем недавно выяснилось, что значительная часть цепочки ДНК, не играющая роли в кодировании процессов, но присутствующая в клетке и ранее считавшаяся «лишней», выполняет совершенно неожиданные задачи, крайне важные для биологии клетки. Например, эта якобы лишняя часть отвечает за воспроизводство молекулы РНК, играющей ключевую роль в развитии эмбриона, в обеспечении функционирования мозга и других процессов, без которых невозможна никакая жизнедеятельность. Как это часто случалось в истории биологии, значительный прогресс в науке стал возможным благодаря исследованиям растений (прежде всего – предпринятым в самое последнее время), многочисленным попыткам прояснить тайну их памяти. Конкретный пример: как растениям удается запомнить, когда нужно начинать цветение? Их репродуктивный успех и вообще способность производить потомство основаны, прежде всего, на умении выбрать правильное время. Многие растения расцветают после ухода зимних холодов, спустя определенное количество дней с окончания зимы. Выходит, они способны понять, сколько времени прошло.

Несомненно, речь идет об эпигенетической памяти. Но до совсем недавнего времени мы вообще ничего не знали о том, как она работает. В сентябрьском номере за 2016 год журнала Cell reports группа исследователей под руководством Кариссы Санбонматсу из Национальной лаборатории Лос-Аламоса опубликовала результаты, полученные в процессе работы с особой последовательностью РНК, называемой COOLAIR. Именно она контролирует наступление момента весеннего цветения, определяя, сколько времени прошло с того момента, когда растение подвергалось воздействию холода. Если эта последовательность в РНК дезактивирована или удалена, растения не способны цвести вовсе. Не углубляясь в детали сложного процесса функционирования последовательности COOLAIR (которую можно назвать репрессором репрессора цветения), следует отметить, что подобные механизмы распространены куда как шире, чем предполагалось ранее, и, судя по всему, служат основой для растительной памяти. У растений эпигенетические модификации, похоже, играют более важную роль, чем у животных. Вероятно, что изменения в активности генов в результате стрессового воздействия могут быть запомнены клеткой именно благодаря эпигенетическим модификациям.

Метилирование – одна из наиболее распространенных эпигенетических модификаций ДНК.

Из недавних достижений следует упомянуть работу группы ученых под руководством Сьюзен Линдквист из отдела биологии Массачусетского технологического института в Кембридже (США). Они заметно продвинулись в попытках доказать гипотезу о том, что растения, – по крайней мере в тех случаях, когда подразумевается наличие у них памяти о времени цветения, – могут использовать такие протеины, как прионы. Прионы – это белки, у которых аминокислотная цепочка скручена аномальным образом (по-английски – misfolding) и которые провоцируют «эффект домино», распространяя аномальное строение на все соседние белковые цепочки. Животным прионы не несут ничего хорошего: они вызывают у них такое страшное поражение, как болезнь Крейтцфельдта-Якоба, более известную как коровье бешенство. Однако растениям прионы позволяют иметь биохимический вариант памяти.