От места, где Тойота срезал лист, по растению пошла зеленая волна[118]. Эхо от среза распространялось, пока кальций не проник во все части. Зрелище было ясным, эффект – ошеломляющим. Любой мог понять: так или иначе информация о повреждении проникла во все части растения.
«Если вы занимаетесь биологией растений, то знаете, что они реагируют за миллисекунды. И в этом абсолютно нет противоречия. Вы точно знаете, что если на растение воздействовать раздражителем, то биохимия меняется мгновенно, – говорит Гилрой. – Но возможность представить это так, чтобы люди, далекие от биологии, могли увидеть, как это происходит, это значимый результат». Напомнить, что все живые существа очень быстро реагируют на окружающий мир. Потому что если они этого не станут делать, то долго не проживут.
Теперь ученые могли в режиме реального времени наблюдать, как невероятно чувствительны растения к любым прикосновениям. Оставив растение надолго без прикосновений (даже удар по столу, на котором оно стояло, мог вызвать зеленую дрожь), Тойота взял в лаборатории пластиковый наконечник пипетки и написал на листе растения слово «контакт». Светящиеся зеленые волны отразились от букв. Позже Гилрой использовал видеозапись этого момента под микроскопом в качестве завершающего слайда в презентации, прямо перед своими данными. Слайд гласил: «Поддерживайте КОНТАКТ».
Морозным декабрьским днем я приезжаю в Висконсин, чтобы своими глазами увидеть зеленую дрожь растений. Я застаю Гилроя в офисе, на этот раз в огненно-оранжевой гавайской рубашке с принтом – доски для серфинга. На улице –24 °C.
Гилрой ведет меня в свою лабораторию, куда Джессика Фернандес, молекулярный биолог из его команды, приносит горшок с молодыми побегами табака и резуховидки Таля, которые она вырастила специально к моему приезду. Каждое из них пропитано флуоресцентными белками медузы. К нам присоединяется Сара Свонсон, руководитель отдела микроскопии центра и главный микроскопист в лаборатории Гилроя. По совместительству Сара также является женой Гилроя.
Фернандес осторожно опускает поднос с растениями на лабораторный стол, и листик одного ростка резуховидки задевает за край коробки, согнувшись пополам. «Осторожнее, не шевели их», – говорит Свонсон, желая сохранить скорость реакции растений, пока они не окажутся под микроскопом. Она пришла к выводу, что лучше воздействовать на ростки, когда те находятся в состоянии полного покоя. «Все в порядке. Мы дадим им прийти в себя», – успокаивает Фернандес. «А уж потом как следует помучаем», – добавляет Свонсон.
Свонсон ведет нас в небольшой кабинет, где стоит микроскоп, подключенный к монитору компьютера. Она выключает свет. Фернандес окунает пинцет в раствор глутамата и передает мне. Глутамат – самый главный нейротрансмиттер в нашем мозге, и недавние исследования показали, что он участвует и в сигнальной системе растений, усиливая сигнал. «Обязательно надо пересечь середину», – говорит Фернандес, указывая на толстую жилку, проходящую по центру каждого крошечного листочка. Если я защипну только край листа, не задевая крупные жилки, лист, скорее всего, отреагирует, но сигнал не дойдет до других частей. Прожилки – это информационная магистраль растения. Зацепите жилку, и импульс пойдет волной по всему растению. Я осторожно щипаю ее, и пока мы несколько секунд стоим в темноте и ждем изменения изображения на мониторе, я чувствую, как нарастает разочарование. Лист начинает светиться – на меня это производит впечатление, но мне доводилось видеть запись Гилроя, и я знаю, что бывает и эффектнее. Мне трудно издеваться над растением. Но Фернандес окунает пинцет в раствор и снова передает мне, на этот раз наставляя меня взяться за дело активнее. Я чувствую себя участником растительной версии шокирующего эксперимента Милгрэма[119]. Не желая подвести присутствующих в кабинете ученых, на этот раз щипаю основательнее.
Разница становится очевидной. Растение светится, словно рождественская елка, а жилки пылают как неоновая реклама. Зеленое сияние биолюминесцентной рябью расходится от места повреждения дальше по всему растению. Я наблюдаю, какую огромную гамму чувств испытывает растение. Волна ощущений. Когда свет проходит по системе прожилок, изображение кажется мне знакомым. И здесь трудно ошибиться: она напоминает разветвленную структуру человеческих нервов. Свонсон ахает: «О, черт возьми, да. А я что говорила! Это высший класс». Гилрой хмыкает: «Сохрани это». Фернандес нажимает на иконку на экране компьютера и сохраняет видео в архив. Через две минуты сигнал дошел до крайних частей растения.
Как мне объяснили, глутамат, в котором смачивают пинцет, ускоряет реакцию. Зеленая флуоресценция проявлялась бы и без него, но с добавлением глутамата интенсивность электрической активности, похоже, нарастает. В 2013 году команда исследователей обнаружила, что глутаматоподобные рецепторы перемещаются по телу растений[120], а у поврежденных включают гены, связанные с защитой. Теперь, используя свои светящиеся растения, Гилрой и Тойота обнаружили, что добавление глутамата заставляет светящийся зеленый сигнал двигаться со скоростью около одного миллиметра в секунду, что для растения является молниеносным. Движение происходит гораздо быстрее, чем при простой диффузии или пассивном течении веществ через тело растения. Такая скорость бывает только у электричества.
Гилрой полагает, что внутри каждой растительной клетки, скорее всего, хранится запас глутамата, и когда клетка раздавливается, как при защипывании пинцетом, велика вероятность того, что глутамат «вытекает», заставляя соседние клетки «впадать в неистовство»[121]. Пробитые клетки выбрасывают свой глутамат, создавая мостики к другим клеткам, по которым вихрем проносятся заряженные ионы кальция. Щипки моего беспощадного пинцета, вероятно, создали миниатюрное глутаматное цунами.
Все это немного напоминает работу нервной системы у животных. Исследователь Эдвард Фармер, который впервые обнаружил, что гены, тесно связанные с глутаматными синапсами в нашем мозгу, участвуют в передаче электрических сигналов у растений, рассказал мне, что когда он начал изучать электрические сигналы у растений, то первым делом купил учебник по нейробиологии. Млекопитающие используют глутаматные рецепторы для быстрой передачи сигналов по всему телу. Представьте себе футболиста, который принимает пас в зоне защиты. Футбольный мяч – это глутамат, а игрок – глутаматный рецептор. А теперь вообразите, что игрок, принявший мяч, также заставил свет на стадионе внезапно наэлектризоваться. Когда глутамат связывается с глутаматным рецептором, он вызывает приток положительных ионов в клетку, увеличивая ее электрический заряд. Всякий раз, когда мы говорим об электрических сигналах в клетках, мы имеем в виду ионы, перемещающиеся через клеточные мембраны. Электричество в организме всегда начинается с подобной химии. Например, наши синапсы состоят из двух нервных клеток, которые общаются через промежуток между ними, называемый синаптической щелью. В этом сценарии одна из нервных клеток имеет везикулы, заполненные глутаматом. Нервная клетка выбрасывает этот глутамат в синаптическую щель, что приводит в действие следующую клетку, вызывая реакцию синапса. Это очень похоже на то, как Гилрой представляет себе выброс глутамата в растениях.
Наличие нейротрансмиттеров в растениях порождает свои интригующие вопросы. Если растения используют нейротрансмиттеры для передачи электрических сигналов по телу, значит ли это, что у них есть нервная система? Гилрой предвосхищает мой вопрос о возможном сходстве между человеческими нервами и тем, что происходит в его растениях. «Некоторые молекулярные игроки могут быть одинаковыми, – говорит он. – Глутаматные рецепторы у растений похожи на те, что есть у животных». Но, по его словам, «это не нервная проводимость. Растительных нервов нет. У растений они попросту не существуют». Тем не менее, признает Гилрой, сами системы выглядят очень похоже. Но о нервах речь не идет вообще, считает он. Он предпочитает говорить: «каналы клеток, по которым могут распространяться электрические процессы, используемые растением для передачи информации».
Гилрой, возможно, не хотел бы называть это нервной системой. Но он признает, что это яркий пример того, как в биологии воспроизводятся различные виды. «Если в биологии есть что-то, что хорошо работает, оно появляется у множества разных организмов, выглядящих очень похоже, потому что зачем изобретать колесо, если оно уже существует?»
Отсутствие нервов у растений не помешало двум научным рецензентам написать в журнале[122], что Гилрой и Тойота обнаружили у растений «сигнальную систему, похожую на нервную». В последнее время этот вопрос даже вышел за пределы науки о растениях, и представители других научных дисциплин высказывают свое мнение. Насколько известно, у растений нет ни нейронов, ни синапсов. А у животных, разумеется, нет ни ксилемы, ни флоэмы. Но то, как электричество распространяется по растению, посылая сигналы между его различными частями, заставило нескольких ученых провести сравнение, и, возможно, к самым интригующим выводам пришел нейробиолог из Нью-Йоркского университета Рудольфо Льинас, отчасти потому, что он изучает людей, а не растения.
В работе под названием «Расширение определения нервной системы для лучшего понимания эволюции растений и животных»[123] Льинас и его коллега из Университета Саламанки Серджио Мигель Томе утверждают, что нет смысла определять нервную систему как нечто, присущее только животным, а не как физиологическую систему, которая может присутствовать в других организмах в иной форме. Определяя ее филогенетически, то есть причисляя только к одной части древа жизни, мы игнорируем реальную силу конвергентной эволюции, когда организмы по отдельности развивают сходные системы для решения сходных задач. В эволюции это происходит постоянно, классический пример – крылья. Способность к полету развивалась у пт