Но они также отметили, что при намеренном повреждении саженца происходит вспышка электрической активности. Так может быть, защитный сигнал посылается посредством не химических, а электрических импульсов?
В письме, опубликованном в журнале Nature, исследователи даже заявили, что электрическая активность имеет «сходство с эпителиальной проводящей системой, используемой для передачи стимула в защитных реакциях некоторых низших животных». При эпителиальной проводимости электрический сигнал передается от клетки к клетке по узким каналам, которые пропускают ионы между соседними клетками. «Хотя у растений структур, сравнимых с нервной системой животных, нет, – пишут авторы, – клетки в растительной ткани связаны узкими нитями, которые имеют электрическую проводимость, почти идентичную той, что есть в тканях животных». Может ли сигнал об усилении защиты передаваться таким образом? Что бы это значило?
Их результаты стали первым убедительным доказательством связи между электрическим сигналом и биохимической реакцией в растениях. Примерно в то же время Ван Волкенбург почувствовала, что приближается к чему-то важному. Сначала она изучила, как расширяются клетки и как это приводит к росту листьев. Затем опубликовала работы о том, как внешняя мембрана клеток реагирует на свет с разной длиной волны и как это меняет рост растения. По ее мнению, в клеточной мембране происходит гораздо больше процессов, чем упомянуто в учебниках. У животных именно клеточная мембрана управляет потоком электричества.
К 1993 году, через двадцать лет после того как Ван Волкенбург поступила в аспирантуру, другая ученая наконец разобралась в том, что происходит с клеточными мембранами растений. Ботаник Барбара Пикард занималась изучением электричества в растениях с 1970-х годов и была известна тем, что полагалась не только на данные, но и на интуицию, что вызывало недовольство ее коллег-исследователей. Она обнаружила канал с маленькими воротами, ведущий прямо через мембрану, он пропускал электрический ток, по сути ионы кальция, через клетки, когда на них что-то механически давило, то есть когда к ним физически прикасались. Пикард и ее команда нашли первое убедительное доказательство существования механочувствительных ионных каналов в растениях. Впервые исследователи получили возможность взглянуть на то, как растения на клеточном уровне воспринимают прикосновение как физическую силу изнутри. «Когда я пришла сюда, никто не верил, что у растений есть ионные каналы[113], – сказала Ван Волкенбург. – Ионные каналы, активируемые напряжением, являются основой нервов».
Ионы, вызывающие потенциалы действия в растениях, отличались от ионов в нервах животных так же, как и белки, их регулирующие. Но все же, размышляла Ван Волкенбург, «стоит задуматься, есть ли у них нервоподобные функции». Не замечать параллелей между этими двумя структурами было невозможно. Если растения обладают нервоподобными функциями, это открывает целый мир возможностей и ставит новые вопросы: можно ли утверждать, что они способны чувствовать?
Исследования, проведенные в Великобритании и Австралии двумя годами ранее, вращались вокруг той же идеи, но не дошли до нее. Теперь же существование ионных каналов было доказано. Это значительное открытие должно было стать переломным моментом на пути к блестящей карьере в совершенно новой области исследований. Но в тот момент на изучение поведения растений снова не хватало финансирования. В 1995 году президент Билл Клинтон узнал, что министерство сельского хозяйства США финансирует исследования «стресса у растений» на деньги налогоплательщиков[114]. Он даже язвительно отозвался об этом в своей речи, мол, стоит ли изучать растения, нуждающиеся в психотерапии, и пообещал покончить с расточительством. Такое отношение на самом верху привело к еще большему скептицизму, направленному против исследователей, пытающихся расширить границы физиологии растений. Финансирование становилось получить все труднее. Пикард, которая и так вызывала недовольство коллег тем, что открыто критиковала чужие работы, еще больше дистанцировалась, отказавшись следовать правилам оформления грантов. «Люди считали, что она слишком много говорит, – отмечает Ван Волкенбург. – Но она оказалась на шаг впереди». Пикард перестала публиковаться, постоянно подвергалась нападкам и была вынуждена оставить собственную лабораторию. Последнее десятилетие она занималась исследованиями в чужой лаборатории.
Тем временем Ван Волкенбург обнаружила, что с началом революции в генетике получить финансирование на работу по изучению электрических реакций у растений стало невозможно. «Все переключилось на генетику», – пояснила она. Гены оказались в тренде, электрофизиология – нет. Это была сложная и часто непостоянная работа; крошечные клеточные мембраны считались в буквальном смысле ничтожными объектами исследования. Финансирующие организации предпочитали понятный характер поиска закономерностей в генетических кодах. К тому же мешало давно утвердившееся мнение, что растения не могут быть настолько отзывчивыми. «Никто не воспринимал всерьез, что у растений есть электрическая сигнализация. Я устала бороться со скептическим отношением людей к этим исследованиям». Ее усилия денег не приносили. В конце концов она перестала подавать заявки на гранты и переключила внимание с изучения электричества на преподавание. В лаборатории она вернулась к исследованию того, как растут листья, важной, но менее яркой ботанической загадке. Ван Волкенбург продолжала следить за новыми разработками в области электричества и стала своего рода связующим звеном, этаким челночным бегуном, перемещающимся между лабораториями и выступающим посредником в спорах на заднем плане.
Тридцать лет спустя электричество растений превратилось в самостоятельную область, чему способствовало совершенствование инструментария и медленное преодоление надоевшего запрета – пережитка времен, когда стереотипы обладали гораздо большей силой. Ученые возобновляют некоторые из ранних исследований электричества, проведенные во времена Дж. Ч. Боса, но делают это с помощью более совершенных инструментов. Технологии развились настолько, что при минимальных вложениях каждый может наблюдать за электричеством в растениях у себя дома. Теперь нужен только электрод и прибор, с помощью которого можно считывать показания.
Если приложить электрод к запястью, появится ровный рисунок разнонаправленных пиков.
Если приложить тот же электрод к листу комнатного растения и дотронуться до него любым способом, на экране появятся примерно такие же пики.
В вашем случае это потенциалы действий – короткие всплески электричества, производимые нейронами сердца, которые работают с регулярными интервалами, заставляя его перекачивать кровь, а в случае растения, никто пока не знает, зачем они там и для чего.
Исключением в этом таинственном мире является венерина мухоловка – объект самых ранних экспериментов с электричеством на растениях. Этот цветок-хищник знаменит тем, что напоминает животное, когда в одно мгновение захлопывает ловушку как пасть (в действительности ловушка представляет собой лист с шарниром). Мухоловка в дополнение к почти волшебной привычке растений к фотосинтезу питается тем, что можно назвать «настоящей пищей» – насекомыми, например мухами. Чистое удовольствие наблюдать, как лист-пасть плотоядно сжимает челюсть: удивительно, как растение в результате крутого поворота судьбы роковым образом перехитрило животное! Конечно, это происходит постоянно и не так быстро – достаточно вспомнить голодающих гусениц, которых медленно отравляют взбунтовавшиеся листья, – но мы, млекопитающие, имеем некоторую специфическую склонность: любим мгновенное убийство.
На внутренней стороне каждой ловушки расположены гибкие волоски, похожие на шипы. Насекомые в поисках нектара, привлеченные сладким ароматом, садятся на них. В 2016 году исследователи обнаружили, что эти волоски являются механосенсорными переключателями, вызывающими потенциал действия, и что мухоловка действительно может подсчитывать[115], сколько потенциалов действия было вызвано; при прикосновении к волоску на вольтметре регистрируется электрический всплеск, и пасть захлопывается. Чтобы убедиться в этом, исследователи воздействовали на мухоловок дозами электричества, не прикасаясь к волоскам. Растения закрывались точно так же. Это самый очевидный пример осязания у растений, когда мы точно знаем, что реакцию вызывает электричество.
Что касается других растений (и всех остальных частей венериной мухоловки), то здесь загадки все еще остаются. Как электрический сигнал, сформированный в одной части растения, вызывает изменения в другой? И как этот сигнал преобразуется в действие, если у растений нет мозга? Что-то должно произойти внутри, чтобы электрический всплеск в одной части привел к изменениям в другой. Между открытием сенсорных переключателей и нервоподобных структур ситуация для растений складывается довольно неоднозначная и трудно вообразимая. Но все же ученым нужно найти возможность все это сопоставить.
В затемненной лаборатории для микроскопии в Мэдисоне, штат Висконсин, профессор ботаники начал рисовать карту. Саймон Гилрой уже давно размышляет об электричестве растений. В 2013 году он и его коллега Масацугу Тойота стали первыми учеными, наблюдавшими в реальном времени движение электричества по телу растения. Увидев, что электричество движется волнообразно, они пришли в восторг.
В день нашей первой встречи с Саймоном Гилроем на нем была ярко-голубая гавайская рубашка с принтом – зеленые листья филодендрона. Ботаники любят тематические рубашки. Его светлые волосы, разделенные на пробор, доходили почти до талии.
Гилрой, британец с отменным чувством юмора, в 1980-х годах учился в Эдинбургском университете у известного физиолога растений Энтони Треваваса. Несколько десятилетий они были убеждены, что электричество движется по телу растения волнообразно. Обоим казалось,