Znie to bláznivo, ale mnohé nasvedčuje tomu, že rastliny naozaj vidia svoje okolie. Vnímajú, či stojíme vedľa nich, alebo nad nimi. Zároveň si všimnú, či máme na sebe červený, alebo modrý sveter. Ak rastú pred naším domom, zistia, že medzičasom sme premaľovali fasádu. Nuž, a keď ich pestujeme vnútri, neujde im, ak ich presunieme z okenného parapetu do rohu miestnosti.
Samozrejme, rastliny nevidia to, čo my a tak, ako my. Nevedia rozlíšiť, či ich strihá plešivejúci záhradník v montérkach, alebo ich ovoniava kučeravé dievčatko v sukničke. Dokážu však vnímať svetlo nielen rôznymi spôsobmi, ale navyše aj v takom širokom spektre, že nám sa o tom môže len snívať. Popri viditeľnom totiž vidia aj ultrafialové svetlo, ktoré nás opaľuje a taktiež infračervené žiarenie, ktoré nás zohrieva. Rastliny merajú intenzitu svetla a vedia rozlíšiť, či ide o sliepňajúci plamienok malej sviečky, oslepujúcu žiaru na poludnie, alebo mäkké svetlo krátko pred západom slnka. Poznajú nielen smer, z ktorého k nim svetlo prichádza, ale dokonca aj čas, ktorý mu boli vystavené. Ak však toto všetko dokážu, môžeme teda tvrdiť, že vidia...či nie?
.botanické „oči“
Ľudský zrak definujeme ako fyzikálno-chemický zmysel, pri ktorom je svetelný impulz najprv zachytený okom, následne transformovaný na elektrický signál a ten je finálne interpretovaný mozgom ako priestorová reprezentácia videného objektu v zmysle jeho polohy, tvaru, veľkosti a farby. Naša sietnica obsahuje špeciálne fotoreceptory – svetlocitlivé tyčinky a farbocitlivé čapíky – ktoré registrujú svetlo a tmu, ako aj celú paletu farieb viditeľného spektra. Náš mozog spracúva signál z optického nervu cez talamus až po vizuálnu kôru. Rastliny však, na rozdiel od nás, nemajú tyčinky ani čapíky, ktorými by registrovali svetlo a farbu. Taktiež nemajú nervový systém, ktorý by transformoval impulzy na „obrázky“. Namiesto toho však premieňajú svetelné signály na iné výstupy, potrebné pre svoj život. A podobne ako my, aj ony vnímajú nielen smer, trvanie alebo intenzitu svetla, ale dokonca aj jeho vlnovú dĺžku. Akurát v oveľa širšom spektre.
Rastlinnými „očami“ sú botanické fotoreceptory, ktoré sa na základe ich špecifickej citlivosti pre konkrétny typ elektromagnetického vlnenia dajú rozdeliť na tri hlavné skupiny: ultrafialové receptory, modrocitlivé kryptochrómy a fototropíny, a červenocitlivé fytochrómy. Chemicky ide o proteínové molekuly, ktoré sú súčasťou veľkých membránových bielkovín. Každý z receptorov sa zároveň vyznačuje charakteristickým mechanizmom fungovania, založeným na odlišných fotochemických procesoch. S tým súvisia aj ich rôzne funkcie: UV receptory spúšťajú ochranu pri strese, kryptochrómy riadia biologické hodiny, fototropíny napomáhajú pohyb za svetlom a fytochrómy regulujú klíčenie alebo kvitnutie.
Tak, ako my nepotrebujeme pre život (ich) listy, rastliny nepotrebujú pre život (naše) oči. Zjavne oba organizmy dokážu detegovať svetlo, akurát každý z nich evolučne sebe vlastným, na mieru šitým spôsobom. Poriadna definícia zraku však zahŕňa nielen schopnosť organizmu svetlo registrovať, ale taktiež naň aj primerane reagovať. Nuž a podobne, ako si človek zapne v tme baterku, a naopak, prižmúri oči pri pohľade do slnka, aj rastliny vykazujú jednoznačné fyziologické reakcie na svetlo.
.za svetlom
Počas miliónov rokov evolúcie sa u rastlín vyvinulo viacero efektívnych techník, ktoré im umožňujú zachytávať maximum slnečného svetla. Jednou z nich je fototropizmus, inými slovami unikátna schopnosť „ťahať sa“ za aktuálnym zdrojom svetla. Stačí si len všimnúť aromatické bylinky v kvetináči na parapete. Všetky bez výnimky nakláňajú svoje listy a stonky smerom k sklu, a to z evidentného dôvodu: zachytiť čo najviac fotónov, ktoré im slúžia ako životodarná energia a zároveň palivo pre fotosyntézu. Fajn, ale ako sa dokáže pevne zakorenená rastlina hýbať a rásť konkrétnym smerom?
Všetci vedia, že Charles Darwin sa preslávil svojou „živočíšnou“ knihou O pôvode druhov. Menej známa je však skutočnosť, že po jej vydaní uskutočnil spolu so svojím synom Francisom sériu botanických experimentov, ktoré sa medzičasom stali už klasikou výskumu fototropizmu. Dôležitým v tomto kontexte bol objav nemeckého botanika Juliusa von Sachsa z roku 1864, ktorý zistil, že spúšťačom fototropizmu je najmä modré svetlo viditeľného spektra. Pričom dnes už vieme, že tie časti rastliny, ktoré sú osvetlené len z jednej strany, registrujú túto smerovú asymetriu prostredníctvom modrocitlivých fototropínov. Po ich aktivácii dochádza v pletivách vrcholového výhonku k syntéze špeciálnych fytohormónov (auxínov), ktoré sa medzibunkovým prenosom transportujú do neosvetlených častí rastliny. Auxíny v nich následne spôsobia rýchlejší rast a predĺženie buniek, v dôsledku čoho sa zvýši mechanické napätie na jednej strane stonky a rastlina sa definitívne začína nakláňať k zdroju svetla.
.fytohodiny
Schopnosť vnímať svetlo je pre rastliny obzvlášť dôležitá na začiatku ich životného cyklu. Mnohé semená totiž klíčia v pôde a ich jediným zdrojom výživy v tmavom prostredí sú iba obmedzené zásoby škrobu a tukov. Preto výhonok začína rýchlo rásť k povrchu zeme, v smere opačnom ku gravitačnému ťahu, ktorý mu vlastne poskytuje kľúčovú počiatočnú orientáciu. Akonáhle však klíčok vykukne z tmy do svetla a vyraší mu prvý lístoček, dochádza k aktivácii fytochrómov, čím sa následne spúšťa celá kaskáda biochemických reakcií zodpovedných za rast a vývoj rastlinky. Avšak na rozdiel od modrocitlivých fototropínov fytochrómy reagujú iba na červené svetlo viditeľného spektra.
Nuž a práve tieto biomolekuly prepožičiavajú rastlinám ďalšiu unikátnu črtu: schopnosť vnímať čas prostredníctvom svetla. Už v polovici 19. storočia si botanici všimli, že prirodzená distribúcia rastlín na Zemi koreluje s rôznou dĺžkou letných dní v závislosti od zemepisnej šírky. Sofistikovanými experimentmi postupne zistili, že dôležité životné etapy – rast a kvitnutie – sú ovplyvnené časom (nie však intenzitou) osvitu, ktorému boli rastliny vystavené. Dlhodenné rastliny, ako napríklad kosatce, jačmeň alebo šalát, rastú ako o život počas predlžujúcich sa dní koncom jari a kvitnúť začnú hneď, ako sa noci začnú skracovať. Na rozdiel od krátkodennej sóje, tabaku alebo chryzantém, ktoré si veselo rastú až dovtedy, kým sa letné noci nezačnú predlžovať, čo na severnej pologuli nastáva koncom júna, keď už konečne začínajú kvitnúť. Paradoxne, názvy oboch kategórií sú úplne zavádzajúce, pretože rastliny v skutočnosti nereagujú na dĺžku dňa, ale na dĺžku po sebe idúcich nocí. (Dlhodenné rastliny by sa teda mali správne nazývať krátkonočné a krátkodenné, naopak, dlhonočné.) Ale ako sa na to prišlo?
Počas druhej svetovej vojny sa zistilo, že kvitnutie rastlín je možné spoľahlivo regulovať jednoduchým zapínaním a vypínaním svetla počas noci. Keď krátkodennú (dlhonočnú) sóju v noci osvetlíme len na pár minút, nebude kvitnúť, ani keby bolo leto. Naopak, dlhodenné (krátkonočné) kosatce poľahky „prinútime“ rovnakým spôsobom zakvitnúť hoci aj v decembri. Mimochodom, práve vďaka tejto technike sú pestovatelia kvetov schopní dodať kvitnúce chryzantémy na jarný Deň matiek, hoci za normálnych okolností kvitne tento druh až na jeseň. Vedcov však zaujímalo najmä to, aké konkrétne svetlo je tým skutočným spínačom (ne)kvitnutia. Zistenie bolo prekvapujúce: všetky rastliny reagovali výlučne na červenú farbu viditeľného spektra, modré ani zelené svetlo u nich nevyvolali žiadne kvitnutie. Čo ale značí, že rastliny de facto vidia farebne – zatiaľ čo modré svetlo používajú na pohyb za zdrojom fotónov, červeným zase merajú dĺžku noci.
Nasledovali však ďalšie zaujímavé objavy. Po vojne sa prišlo na to, že špeciálny typ červeného (far-red) svetla s vlnovou dĺžkou na hranici viditeľného spektra dokáže úplne zrušiť efekt samotného červeného svetla. Keď napríklad skleníkové kosatce, ktoré normálne nekvitnú v období krátkych dní, v noci osvetlíme na pár sekúnd červeným svetlom, zakvitnú rovnako krásne, ako ich súkmeňovci vo voľnej prírode. Ak však hneď po dávke červeného svetla kosatce ožiarime zábleskom far-red svetla, neudeje sa s nimi vôbec nič. Jednoducho nezakvitnú. Stačí však opäť rozsvietiť červené svetlo a kosatce rozkvitnú, ako keby sa nechumelilo. Za tento fascinujúci jav je zodpovedný už spomínaný fytochróm, ktorý funguje ako svetlom aktivovaný spínač. Červené svetlo ho „zapne“, čím sa stane citlivým na far-red svetlo. To ho následne dezaktivuje a tým pádom môže opäť reagovať na červené svetlo. A takto stále dokola.
Mimochodom, z ekologického hľadiska to vcelku dáva zmysel. V prírode sú na sklonku dňa rastliny vystavené práve far-red svetlu, ktoré sa objavuje krátko pred západom slnka. Rastlina tým dostáva signál, aby sa „vypla“. Na druhý deň ráno ju však pri východe slnka ožiari červené svetlo, ktoré ju opäť „zapne“. Týmto spôsobom rastlina dokáže spoľahlivo zmerať dĺžku predchádzajúcej noci a následne prispôsobiť konkrétnu fázu svojho životného cyklu. Nuž a ktorá časť rastliny to vlastne deteguje červené a far-red svetlo? Z Darwinových botanických štúdií už vieme, že rastlinné „oči“ sa nachádzajú na špičke výhonku, pričom reakcia na detegované (modré) svetlo následne prebieha v stonke. Budú teda aj červenocitlivé „fytohodiny“ sídliť vo výhonku? Prekvapujúco nie. Hodinárom je list. A stačí jeden-jediný, aby celá rastlina vedela, koľkože je vlastne hodín a či už je ten správny čas zakvitnúť.
.autor je chemik.
Samozrejme, rastliny nevidia to, čo my a tak, ako my. Nevedia rozlíšiť, či ich strihá plešivejúci záhradník v montérkach, alebo ich ovoniava kučeravé dievčatko v sukničke. Dokážu však vnímať svetlo nielen rôznymi spôsobmi, ale navyše aj v takom širokom spektre, že nám sa o tom môže len snívať. Popri viditeľnom totiž vidia aj ultrafialové svetlo, ktoré nás opaľuje a taktiež infračervené žiarenie, ktoré nás zohrieva. Rastliny merajú intenzitu svetla a vedia rozlíšiť, či ide o sliepňajúci plamienok malej sviečky, oslepujúcu žiaru na poludnie, alebo mäkké svetlo krátko pred západom slnka. Poznajú nielen smer, z ktorého k nim svetlo prichádza, ale dokonca aj čas, ktorý mu boli vystavené. Ak však toto všetko dokážu, môžeme teda tvrdiť, že vidia...či nie?
.botanické „oči“
Ľudský zrak definujeme ako fyzikálno-chemický zmysel, pri ktorom je svetelný impulz najprv zachytený okom, následne transformovaný na elektrický signál a ten je finálne interpretovaný mozgom ako priestorová reprezentácia videného objektu v zmysle jeho polohy, tvaru, veľkosti a farby. Naša sietnica obsahuje špeciálne fotoreceptory – svetlocitlivé tyčinky a farbocitlivé čapíky – ktoré registrujú svetlo a tmu, ako aj celú paletu farieb viditeľného spektra. Náš mozog spracúva signál z optického nervu cez talamus až po vizuálnu kôru. Rastliny však, na rozdiel od nás, nemajú tyčinky ani čapíky, ktorými by registrovali svetlo a farbu. Taktiež nemajú nervový systém, ktorý by transformoval impulzy na „obrázky“. Namiesto toho však premieňajú svetelné signály na iné výstupy, potrebné pre svoj život. A podobne ako my, aj ony vnímajú nielen smer, trvanie alebo intenzitu svetla, ale dokonca aj jeho vlnovú dĺžku. Akurát v oveľa širšom spektre.
Rastlinnými „očami“ sú botanické fotoreceptory, ktoré sa na základe ich špecifickej citlivosti pre konkrétny typ elektromagnetického vlnenia dajú rozdeliť na tri hlavné skupiny: ultrafialové receptory, modrocitlivé kryptochrómy a fototropíny, a červenocitlivé fytochrómy. Chemicky ide o proteínové molekuly, ktoré sú súčasťou veľkých membránových bielkovín. Každý z receptorov sa zároveň vyznačuje charakteristickým mechanizmom fungovania, založeným na odlišných fotochemických procesoch. S tým súvisia aj ich rôzne funkcie: UV receptory spúšťajú ochranu pri strese, kryptochrómy riadia biologické hodiny, fototropíny napomáhajú pohyb za svetlom a fytochrómy regulujú klíčenie alebo kvitnutie.
Tak, ako my nepotrebujeme pre život (ich) listy, rastliny nepotrebujú pre život (naše) oči. Zjavne oba organizmy dokážu detegovať svetlo, akurát každý z nich evolučne sebe vlastným, na mieru šitým spôsobom. Poriadna definícia zraku však zahŕňa nielen schopnosť organizmu svetlo registrovať, ale taktiež naň aj primerane reagovať. Nuž a podobne, ako si človek zapne v tme baterku, a naopak, prižmúri oči pri pohľade do slnka, aj rastliny vykazujú jednoznačné fyziologické reakcie na svetlo.
.za svetlom
Počas miliónov rokov evolúcie sa u rastlín vyvinulo viacero efektívnych techník, ktoré im umožňujú zachytávať maximum slnečného svetla. Jednou z nich je fototropizmus, inými slovami unikátna schopnosť „ťahať sa“ za aktuálnym zdrojom svetla. Stačí si len všimnúť aromatické bylinky v kvetináči na parapete. Všetky bez výnimky nakláňajú svoje listy a stonky smerom k sklu, a to z evidentného dôvodu: zachytiť čo najviac fotónov, ktoré im slúžia ako životodarná energia a zároveň palivo pre fotosyntézu. Fajn, ale ako sa dokáže pevne zakorenená rastlina hýbať a rásť konkrétnym smerom?
Všetci vedia, že Charles Darwin sa preslávil svojou „živočíšnou“ knihou O pôvode druhov. Menej známa je však skutočnosť, že po jej vydaní uskutočnil spolu so svojím synom Francisom sériu botanických experimentov, ktoré sa medzičasom stali už klasikou výskumu fototropizmu. Dôležitým v tomto kontexte bol objav nemeckého botanika Juliusa von Sachsa z roku 1864, ktorý zistil, že spúšťačom fototropizmu je najmä modré svetlo viditeľného spektra. Pričom dnes už vieme, že tie časti rastliny, ktoré sú osvetlené len z jednej strany, registrujú túto smerovú asymetriu prostredníctvom modrocitlivých fototropínov. Po ich aktivácii dochádza v pletivách vrcholového výhonku k syntéze špeciálnych fytohormónov (auxínov), ktoré sa medzibunkovým prenosom transportujú do neosvetlených častí rastliny. Auxíny v nich následne spôsobia rýchlejší rast a predĺženie buniek, v dôsledku čoho sa zvýši mechanické napätie na jednej strane stonky a rastlina sa definitívne začína nakláňať k zdroju svetla.
.fytohodiny
Schopnosť vnímať svetlo je pre rastliny obzvlášť dôležitá na začiatku ich životného cyklu. Mnohé semená totiž klíčia v pôde a ich jediným zdrojom výživy v tmavom prostredí sú iba obmedzené zásoby škrobu a tukov. Preto výhonok začína rýchlo rásť k povrchu zeme, v smere opačnom ku gravitačnému ťahu, ktorý mu vlastne poskytuje kľúčovú počiatočnú orientáciu. Akonáhle však klíčok vykukne z tmy do svetla a vyraší mu prvý lístoček, dochádza k aktivácii fytochrómov, čím sa následne spúšťa celá kaskáda biochemických reakcií zodpovedných za rast a vývoj rastlinky. Avšak na rozdiel od modrocitlivých fototropínov fytochrómy reagujú iba na červené svetlo viditeľného spektra.
Nuž a práve tieto biomolekuly prepožičiavajú rastlinám ďalšiu unikátnu črtu: schopnosť vnímať čas prostredníctvom svetla. Už v polovici 19. storočia si botanici všimli, že prirodzená distribúcia rastlín na Zemi koreluje s rôznou dĺžkou letných dní v závislosti od zemepisnej šírky. Sofistikovanými experimentmi postupne zistili, že dôležité životné etapy – rast a kvitnutie – sú ovplyvnené časom (nie však intenzitou) osvitu, ktorému boli rastliny vystavené. Dlhodenné rastliny, ako napríklad kosatce, jačmeň alebo šalát, rastú ako o život počas predlžujúcich sa dní koncom jari a kvitnúť začnú hneď, ako sa noci začnú skracovať. Na rozdiel od krátkodennej sóje, tabaku alebo chryzantém, ktoré si veselo rastú až dovtedy, kým sa letné noci nezačnú predlžovať, čo na severnej pologuli nastáva koncom júna, keď už konečne začínajú kvitnúť. Paradoxne, názvy oboch kategórií sú úplne zavádzajúce, pretože rastliny v skutočnosti nereagujú na dĺžku dňa, ale na dĺžku po sebe idúcich nocí. (Dlhodenné rastliny by sa teda mali správne nazývať krátkonočné a krátkodenné, naopak, dlhonočné.) Ale ako sa na to prišlo?
Počas druhej svetovej vojny sa zistilo, že kvitnutie rastlín je možné spoľahlivo regulovať jednoduchým zapínaním a vypínaním svetla počas noci. Keď krátkodennú (dlhonočnú) sóju v noci osvetlíme len na pár minút, nebude kvitnúť, ani keby bolo leto. Naopak, dlhodenné (krátkonočné) kosatce poľahky „prinútime“ rovnakým spôsobom zakvitnúť hoci aj v decembri. Mimochodom, práve vďaka tejto technike sú pestovatelia kvetov schopní dodať kvitnúce chryzantémy na jarný Deň matiek, hoci za normálnych okolností kvitne tento druh až na jeseň. Vedcov však zaujímalo najmä to, aké konkrétne svetlo je tým skutočným spínačom (ne)kvitnutia. Zistenie bolo prekvapujúce: všetky rastliny reagovali výlučne na červenú farbu viditeľného spektra, modré ani zelené svetlo u nich nevyvolali žiadne kvitnutie. Čo ale značí, že rastliny de facto vidia farebne – zatiaľ čo modré svetlo používajú na pohyb za zdrojom fotónov, červeným zase merajú dĺžku noci.
Nasledovali však ďalšie zaujímavé objavy. Po vojne sa prišlo na to, že špeciálny typ červeného (far-red) svetla s vlnovou dĺžkou na hranici viditeľného spektra dokáže úplne zrušiť efekt samotného červeného svetla. Keď napríklad skleníkové kosatce, ktoré normálne nekvitnú v období krátkych dní, v noci osvetlíme na pár sekúnd červeným svetlom, zakvitnú rovnako krásne, ako ich súkmeňovci vo voľnej prírode. Ak však hneď po dávke červeného svetla kosatce ožiarime zábleskom far-red svetla, neudeje sa s nimi vôbec nič. Jednoducho nezakvitnú. Stačí však opäť rozsvietiť červené svetlo a kosatce rozkvitnú, ako keby sa nechumelilo. Za tento fascinujúci jav je zodpovedný už spomínaný fytochróm, ktorý funguje ako svetlom aktivovaný spínač. Červené svetlo ho „zapne“, čím sa stane citlivým na far-red svetlo. To ho následne dezaktivuje a tým pádom môže opäť reagovať na červené svetlo. A takto stále dokola.
Mimochodom, z ekologického hľadiska to vcelku dáva zmysel. V prírode sú na sklonku dňa rastliny vystavené práve far-red svetlu, ktoré sa objavuje krátko pred západom slnka. Rastlina tým dostáva signál, aby sa „vypla“. Na druhý deň ráno ju však pri východe slnka ožiari červené svetlo, ktoré ju opäť „zapne“. Týmto spôsobom rastlina dokáže spoľahlivo zmerať dĺžku predchádzajúcej noci a následne prispôsobiť konkrétnu fázu svojho životného cyklu. Nuž a ktorá časť rastliny to vlastne deteguje červené a far-red svetlo? Z Darwinových botanických štúdií už vieme, že rastlinné „oči“ sa nachádzajú na špičke výhonku, pričom reakcia na detegované (modré) svetlo následne prebieha v stonke. Budú teda aj červenocitlivé „fytohodiny“ sídliť vo výhonku? Prekvapujúco nie. Hodinárom je list. A stačí jeden-jediný, aby celá rastlina vedela, koľkože je vlastne hodín a či už je ten správny čas zakvitnúť.
.autor je chemik.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.