Биологија и физика: Необични пионири електрицитета добијеног из биљног света

Велике су шансе да вам је познат случај Франкенштајновог монструма, али да ли сте чули за његову башту?

Отприлике у време када је научник који је инспирисао роман Франкенштајн Мери Шели био заузет убијањем животиња и осуђеника на смрт електричним шоковима, неколицина његових савременика је примењивала сличан принцип на вишегодишњим биљкама и коренастом поврћу.

И док су се у 18. веку одвијали ти атаци електричном стимулацијом којом су, наводно, желели да људско тело учине отпорнијим (ослобађајући га од болести као што су парализа и депресија, али и дијареја и венеричне болести), научници су у исто време радили и на унапређењу биљног живота.

Експерименти са електрифицираним баштама су наводно пружали велики број побољшања - од раскошнијих цветова до укуснијег воћа.

Није прошло много времена, а ова потрага је уступила место свом рођаку, медицинском електро-надрилекарству, а до краја 19. века наука је углавном збрисала све те раније покушаје.

Више од стотину година касније, бољи алати и нова сазнања су обновили изучавање ефеката електрицитета у биологији.

Рани животињски експерименти који су потрајали неких 200 година почели су да добијају обрисе праве науке, што је довело до обећавајуће електротерапије.

Слично томе и стари експерименти на биљкама су поново постали популарни не би ли се истражило шта модернији приступ може да донесе.

Чини се да је ново учење унапредило и баште 21. века.

Први наговештаји да би електрични шокови могли да имају драматичан утицај на усеве нису дошли као производ људске интервенције, већ као резултат утицаја саме природе.

После електричних олуја, према старом јапанском фармерском учењу, печурке би нагло почеле да се умножавају.

Али човек није могао баш да призове муње да би се ово потврдило експерименталним путем.

Све до 1740-их година када су се појавили различити нови уређаји који су научницима по први пут дозволили да ускладиште и примене овај и даље мистериозни феномен ,,електрицитета".

Ускоро је примена електрицитета у наводњавању постала врућа тема.

Пјер Бертолон де Сен-Лазар, француски физичар и филозоф, који је навелико експериментисао са овим неразјашњеним мистеријама електрицитета, сабрао је многе опите на биљкама његових савременика у збирку под именом О електрицитету биљака.

Поред сјајнијег изгледа, цвеће је наводно раније цветало после електрификације, а слично томе, електрификовано воће је убрзано сазревало што је било приметно по њиховом укусу и мирису.

Али се Бертолон пре свега усредсредио на нови уређај који је осмислио - уместо да циља појединачне воћке и поврће, он је уз помоћ огромне направе био у стању да убризга електрицитет у читаве баште.

Он је електрификовао тло и ваздух који су хранили узгајане биљке као да се ради о електричном ,,ђубриву".

Електро-биљно-метар

Уздигнути систем стубова са жицама које је Бертолон поставио, сакупљао је електрицитет из атмосфере, спроводио га ка тлу и распоређивао по усевима.

Према њему, систем је имитирао стимулацију коју у природи производе муње.

Једино што је ефекат био бољи од природног јер је емитовао мање, континуиране количине електрицитета уместо што је испоручивао јединствену, разарајућу ударну дозу.

Овакав електро-биљно-метар, закључио је он, побољшао је раст биљака које су се налазиле испод електричног лука, убрзавајући тиме ,,клијање, раст и производњу листова, цветова, воћа, као и пораст приноса".

Бертолон је електрицитет користио у великој мери и у другим облицима, па је тако распршивао и инсектициде користећи основно оруђе да нациља заражене стабљике.

Његови савременици су електрицитет у баштама користили и на друге, креативне начине.

Један од њих је, рецимо, сопствену башту заливао специјалном водом која је, како је сам помало сумњичаво тврдио, била ,,обогаћена електричном течношћу" у циљу замене традиционалних начина фертилизације.

Нису сви били убеђени у ове методе.

Ствари су се погоршале када је Јан Ингенхауз, холандско-британски физиолог који је открио фотосинтезу, сопствену башту подвргао електро-биљно-метром који је сам направио и који је моментално смежурао све биљке.

Он је закључио да је Бертлоново електрично ђубриво било - ђубре.

Погледајте и ову причу

Интерес за електрокултурама је спласнуо.

Неколицина приватних произвођача, заљубљеника у науку, наставили су да изводе мале експерименте.

Током 1830-их година, један од њих је тврдио да су његови експерименти показали да су биљке изузетни проводници, што је подразумевало да је електрицитет представљао фундаментални аспект њихових биолошких својстава.

Али ни наука, као ни оруђе, нису били довољно напредни да би потврдили његове наводе.

После тога, уколико изузмемо неколико усамљених примера, идеја електрокултуре брзо је изгубила подршку међу онима који су је заговарали.

,,Не можемо а да се не запитамо", написала су двојица ожалошћених критичара у раду из 1918. године, осврћући се на те догађаје, ,,како је могуће да је у време када је проучавање електрицитета било од огромног значаја, електрокултура остала у запећку више од 150 година".

,,Одговор вероватно лежи у стагнацији науке о животу биљака", закључили су рад овим речима.

Другим речима, да бисте унапредили електроклултуру, прво сте морали да разумете електричне оквире биологије биљака.

Срећом, у време када је овај научнички тандем изрекао замерке, први скромни замеци таквих напора су почели да се помаљају.

Занимање за вегетацију и електрицитет је наново анимирао нико други до Чарлс Дарвин.

Дарвинове биљке месождери

Његов деда је био убеђен да би електрицитет могао да убрза раст биљака, али аргумент Чарлса Дарвина је био заснован да много научнијем принципу.

Он је веровао да је електрицитет основни аспект физиологије биљака, на исти начин на који су неурофизиолози 19. века почињали да откривају како су електрични сигнали били темељ хуманог нервног система који нам је омогућавао да осећамо и да се крећемо.

Првобитна Дарвинова опсесија је започета скромно, уз помоћ једне биљке месождерке из рода Drosera, познатије под именом мухоловка.

Једва годину дана после публикације Порекла врсте, он се само тиме и бавио.

,,У овом тренутку, више се бавим мухоловком него пореклом свих врста на свету", написао је Дарвин 1860. године.

То нимало није било изненађујуће.

Мухоловка је радила све оно што биљке иначе не би смеле да раде - јела је месо и ловила га је.

Њени дугачки, лепљиви краци су уз помоћ секрета попут лепка, били права замка за заробљене, несрећне муве око којих би се потом ти краци неизбежно обавијали, баш као у неком језивом, слатком ролату.

Како је то било могуће?

,,Биљке месождерке" су представљале оксиморон! Али мухоловка није била сама.

Dionaea muscipula (позната и као венерина мухоловка) била је још ефикаснија.

Дарвин ју је са усхићењем описао као биљку чији ,,листови хватају инсекте брзином челичне мишоловке".

Њени рефлекси су били попут животињских.

Један његов пријатељ, физиолог и ботаничар чија је експертиза обухватала и биљке и животињски свет, предложио је да се ове необичне биљке подвргну испитивању у потрази за истим оним ,,нервним" електричним променама које су физиолози у то време идентификовали у анимираним животињским мишићима.

Пронашли су их.

Објављени резултати показују да се затварање мухоловкине мишоловке одвија у складу са активношћу која неодољиво подсећа на акциони потенцијал који дефинише анимални електрицитет.

Овакви сигнали нису били резервисани само за животињско царство.

Али и ове идеје су биљни физиолози углавном одбацили.

Јасно је и због чега: биљке месождери се крећу брзо и лове као животиње па су стога нервни импулси логичан исход.

Али друге биљке се не мичу и не лове, оне само седе и упијају сунчеве зраке.

За њих није смислено да систематизују уникатне атрибуте месождера за остатак биљног царства.

Погледајте како је један биолог разбио мит да су корњаче ћутљиве

Неколико деценија касније индијски инжењер и математичар Јагадис Чандра Боус је поново почео да се бави Дарвиновим питањем.

Он се нарочито занимао за Mimosa pudica, сићушну вишегодишњу папрат.

Она не једе месо, али се помера.

Када се изненади скупља мале папратсте листове запањујући тик који је с годинама стекао велики број надимака, међу њима и називе попут,'осетљиве биљке' или 'не-дирај-ме' папрати.

Боус је сматрао да је и овакве хитре покрете требало подвести под нервне активности, као што су и оне животињске.

Истина, електрометар је открио акциони потенцијал за којим је и трагао у шиљцима који су се кострешили непосредно пре савијања листова, баш као и у случају венерине мухоловке и њено хитро затварање.

Боусова знатижеља је постајала све јача - које су још биљке поседовале електричне сигнале?

Он је 1901. године известио о снажним електричним сигналима код великог броја биљака које се нису ни мицале, нити су јеле месо, а међу њима су били и рен и рабарбара.

Током следећих неколико деценија, ова открића су обухватила и лук, дрвеће и практично сваког члана биљног царства које је било подвргнуто истраживању.

Биљке су електричне

Све до почетка 20.века, ово је остало углавном необјашњиво, док неуронаучне алатке нису откриле да биљне ћелије користе електрична пуњења не би ли регулисале интерну комуникацију, баш као што то чине и животињске ћелије.

Све живе ћелије имају поре у спољном омотачу и оне осигуравају опстанак различитих јона на различитим странама мембране.

Ћелије сисара имају обичај да јоне калијума задржавају на унутрашњој, а јоне натријума на спољашњој страни.

Резултат оваквог балансирања је негативна наелектрисаност унутрашњости ћелија.

Нервни систем користи ове мале батерије ради слања свих порука које се тичу осећаја у телу и остварују комуникацију са мозгом.

И биљне ћелије имају унутрашњу волтажу и користе је на исти начин - за размену информација о животној средини.

Једно истраживање спроведено касних 1990-их година показало је да биљке на различите потицаје, светлосне, температурне, тактилне, оштећујуће, одговарају електричним импулсима.

Овакво схватање је у складу са хемијском комуникацијом код биљака, што нас наводи на то да и биљке могу да осете опасност и да комуникацијом са другим биљкама и животињама траже помоћ.

Тако је, на пример, кукуруз у стању да окупи осе које нападају гусенице које угрожавају кукуруз.

Током наредних деценија, они концепти који су до тада били повезивани са неуронауком, све више су почели да се баве и биљном физиологијом.

Оваква открића поново су оживела стару расправу о интелигенцији биљака, која је у неким круговима биљне електрофизиологије означена бесмисленом.

Да ли су биљке интелигентне?

Ако је тако, шта нам то онда говори о нашој дефиницији 'интелигентног'?

Дебата о томе је и даље у току, али то није једини начин на који можемо да се бавимо биљним електричним импулсима.

Неким ботаничарима није страна идеја о томе да и биљке користе компликоване сигнале у међусобној комуникацији, као и у вези са природом.

Они једноставно нису исти као наши.

Код животиња електрична комуникација ради отприлике овако: нервне ћелије чувају калијум унутра, а натријум споља, а електричне разлике које стварају раздвојени јони темељно успостављају способност јона за акционим потенцијалом.

У сваком случају, калијум не игра никакву улогу у биљном акционом потенцијалу јер је отрован за биљке.

У њиховим телима улоге натријума и калијума преузимају калијум, хлориди и калцијум.

Електрични импулси који ово омогућују изгледају другачије када их мало ближе осмотримо.

Једно је сигурно - снажнији су.

Затим, имају и нешто шири репертоар могућности.

Погледајте како је Дарвин дошао до теорије еволуције пре више од 160 година

На страну стандардни акциони потенцијал, али биљке имају и два додатна импулса - 'варијациони' и 'системски'.

Ови импулси регулишу различите системе.

Акциони потенцијал практично је сличан као и код животиња.

Комуникација је брза на даљину и на занимљиве потицаје, као што је на пример додиривање или осетна промена температуре.

Варијациони потенцијал баш као што му и име каже променљив, активира се на потицаје као што су сечење, паљење или друге врсте повреда, а јачина сигнала зависи од степена оштећења.

Површински је спор и локалног карактера и вероватно је повезан са стањем хранљивих материја.

Али биљке не користе ове импулсе да би саме са собом разговарале о унутрашњем стању, а могле би и међусобно да комуницирају.

Неки верују да импулси могу да путују кроз мрежу свеприсутних гљивичних влакана у тлу и функционишу као нека врста струјног кола.

Ово отвара и нова питања.

Да ли бисмо могли да прислушкујемо биљке и да дешифрујемо њихове електричне импулсе?

Да сазнамо да ли им је удобно, вруће или хладно?

Да ли им је потребно још хранљивих материја из земље? Или би можда могли да нас на време упозоре да их нападају различити патогени?

А ту је и тај кобно примамљив аспект - можда сазнамо и о чему то наше биљке 'размишљају'.

Пратите нас на Фејсбуку,Твитеру и Вајберу. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на [email protected]