Týmito slovami (vo voľnom preklade autora článku) sa známy nobelovský spisovateľ takmer pred storočím vyznal z lásky k prírode pri svojich potulkách švajčiarskym Ticinom. A zároveň tak symbolicky implikoval, hoci neúmyselne, istú formu akustickej fytokomunikácie. Nuž a práve ne/schopnosť rastlín vnímať zvuky a ne/reagovať na ne patrí určite medzi najzaujímavejšie a zároveň najkontroverznejšie oblasti súčasného botanického výskumu.
.audiobotanika
Pravdepodobne ste už počuli niektorú z početných historiek o tom, ako hudba dokáže ovplyvňovať rôzne rastlinné životné pochody. Niektorí ľudia sú skalopevne presvedčení o tom, že ich bylinky najlepšie prosperujú za tónov klasickej hudby. Iní zasa neochvejne veria tomu, že práve heavy metal alebo trebárs rokenrol je tou pravou hudobnou kulisou na pestovanie ich flóry. Paradoxne, napriek totálne rozdielnym štýlom, všetky prípady spája rovnaká črta: sakramentsky podozrivá zhoda rastlinného hudobného vkusu s muzikálnymi preferenciami práve tých osôb, ktoré ho u rastlín „pozorovali“. Jedným z dôvodov takejto nevedeckej zaujatosti je fakt, že hoci má výskum v tejto oblasti pomerne dlhú históriu, až donedávna väčšinou nešlo o striktne rigorózny prístup. Vzhľadom na netriviálnosť problematiky je to ale vcelku pochopiteľné a experimentálne štúdium vplyvu zvuku na rastliny asi muselo byť zo začiatku odsúdené na neúspech. Veď nakoniec ani botanické „videnie“ dnes neskúmame pomocou testu zrakovej ostrosti a fytočuch tiež neposudzujeme na základe toho, či rastliny dokážu rozlíšiť vôňu kolínskej od pitralonu. Rovnako je tomu aj v tomto prípade – až moderné objavy a sofistikované prístroje nám v súčasnosti umožnili sa nezaujato „započúvať“ do sveta audiobotaniky.
Keďže symfonická hudba nie je pre rastliny ekologicky relevantná, bolo by asi logické nepredpokladať, že by ju mohli vnímať a reagovať na ňu. Na druhej strane, schopnosť detegovať jednoduché zvuky by predsa len mohla predstavovať istú evolučnú výhodu. Zoberme si ako príklad vibrácie generované lietajúcim hmyzom. Približne 20 000 rastlinných druhov praktikuje takzvané opelenie „bzukotom“, keď sa peľ z ich tyčiniek mechanicky uvoľní až pri vystavení kvetov zvukovým vlnám so správnou frekvenciou. Nuž a tie produkuje práve opelivý hmyz – najčastejšie čmeliak, nie však včela – intenzívnym kmitaním svojich blanitých krídiel. V tomto prípade však ide skôr o fyzikálnu vlastnosť biologického materiálu a zmenu jeho štruktúry vplyvom tlaku vzduchu. (Podobne, ako keď tínedžerovi stojacemu na koncerte pri reproduktore praskne ušný bubienok). Čiže, prísne vzaté, akokoľvek je fascinujúca, táto interakcia flóry a fauny ešte nie je skutočným dôkazom existencie rastlinného „sluchu“.
.signál či artefakt?
V podobnom duchu sú vnímané aj výsledky švajčiarskych botanikov, ktorí popísali (údajnú) akustickú komunikáciu u niektorých druhov stromov. Podarilo sa im zachytiť nízkodecibelové ultrazvukové vibrácie vyludzované borovicami a dubmi, ktoré boli vystavené dlhodobému smädu. Tieto zvuky sú s najväčšou pravdepodobnosťou prejavom tlakových zmien vznikajúcich pri transporte vody a plynov v rastlinných tkanivách (tzv. kavitácia). Autori však idú vo svojich úvahách ďalej a špekulujú, že by mohlo ísť o akustickú výstrahu botanických susedov pred blížiacim sa suchom. Avšak zďaleka nie všetci zainteresovaní vedci pripisujú týmto zvukom komunikačnú úlohu, skeptickejší botanici hovoria skôr o náhodných artefaktoch. Argumentujú tým, že pokiaľ by kavitačné signály od smädných rastlín boli naozaj varovaním, museli by byť podstatne hlasnejšie, aby ich potenciálni „načúvači“ dokázali spoľahlivo odlíšiť od akustického šumu okolia. Problémom však je, že inkriminované zvuky sme schopní zachytiť len s extrémne citlivými prístrojmi, ktoré sa ešte navyše musia fyzicky dotýkať „kvíliacich“ stromov. (Čo však, samozrejme, ešte nevylučuje možnosť existencie nám doposiaľ neznámeho spôsobu detekcie mimoriadne slabých fytozvukov samotnými rastlinami).
Taktiež vyvstáva aj otázka samotnej povahy signálov, na ktoré zástupcovia flóry (údajne) reagujú. Keďže viaceré štúdie popisujú rôzne formy botanických reakcií na zvuky, kľúčovou v tomto kontexte bude práve definícia zvuku. Japonskí vedci už pred vyše dvoma desaťročiami pozorovali stimuláciu klíčenia ryže a uhorky, ktorých semienka boli uložené na plastovej podložke umiestnenej na „hrajúcom“ reproduktore. Predpokladá sa, že práve mechanické vibrácie boli tým skutočným impulzom, na rozdiel od zvuku v zmysle tlakovej vlny šíriacej sa vzduchom. Analogicky sa interpretujú aj zaujímavé výsledky súčasného výskumu talianskych botanikov. Tí si totiž všimli, že korienky mladej kukurice sa pri svojom vertikálnom raste zakrivujú smerom k zdroju zvuku, ktorý im vložili do pôdy v kvetináči. Aj v tomto prípade je pravdepodobné, že rastlinky asi „počujú“ mechanické vibrácie, konkrétne kmitanie čiastočiek substrátu, v ktorom rastú. (Jedna z hypotéz dokonca odvážne postuluje, že rast korienkov smerom k zdroju „hluku“ je vlastne spôsob hľadania vody v suchom pevnom prostredí). Úplne nečakaným však bolo zistenie, že kukuričné korienky nielenže dokázali „počúvať“, ony ešte navyše produkovali svoj vlastný zvuk. Pričom nielen taký hocijaký, ale s diskrétne ohraničenou frekvenciou. Keď jej ho potom spätne prehrali na playback, rastlina „odpovedala“ sebe samej! A my zatiaľ ani len netušíme, ako to tá kukurica dokáže. Preto je nesmierne dôležitý ďalší výskum, ktorý by definitívne zodpovedal kľúčovú otázku: naozaj si rastliny vymieňajú akustické signály za účelom komunikácie alebo sú botanické zvuky ako šušťanie listov vo vetre: síce jasne počuteľné ľudským uchom, ale úplne irelevantné pre ne samotné? Veď uvidíme. Teda vlastne upočujeme.
.gény „hluchoty“
Apropos, náš sluch. Dodnes bolo identifikovaných vyše 50 humánnych génov, ktorých mutácie vedú k ľudskej hluchote. Pričom aspoň desať z nich sa nachádza aj v jednej konkrétnej rastlinke. Zaujímavé, ale ako to súvisí s fytoakustikou? A načo vôbec sú nejakej rastline ľudské „gény nedoslýchavosti“? Nuž, úplné odpovede ešte zďaleka nemáme, ale ich prvé náznaky už áno.
Arábkovka Thalova (Arabidopsis thaliana) je nenápadná kvitnúca bylinka a podobne ako iní reprezentanti čeľade kapustovité, aj ona jedlá. Napriek tomu v gastronómii veľkú dieru do sveta neurobila. Zato v botanických kruhoch sa stala doslova legendárnou po tom, čo bol v roku 2000 kompletne osekvenovaný jej genóm. Ako modelový organizmus pre genetiku bola táto rastlina vybratá najmä pre jednoduchosť pestovania a krátky životný cyklus. Nuž a detailná analýza jej genetickej informácie odhalila, že arábkovka prekvapujúco obsahuje aj zopár génov, ktoré sú u ľudí asociované s konkrétnymi ochoreniami. Zistilo sa, že rastlina obsahuje napríklad BRCA gény, ktoré zohrávajú úlohu v dedičnej rakovine prsníka, alebo CFTR gény zainteresované v cystickej fibróze. A len pre zaujímavosť: humánny genóm na oplátku obsahuje niekoľko génov, ktoré u rastlín regulujú ich rast a vývoj. (Mimochodom, pomenovania týchto génov nemajú nič spoločné s ich normálnou biologickou funkciou, iba s nešťastným klinickým prejavom v prípade, že patologicky zmutujú). Fajn, ale čo teda robia tieto gény v rastlinách?
Nuž, arábkovka obsahuje okrem BRCA a CFTR aj množstvo ďalších „ľudských“ génov len preto, lebo sú jednoducho nevyhnutné pre elementárne bunkové procesy. Tieto dôležité gény sa totiž vyvinuli už pred vyše miliardou rokov v pôvodných jednobunkových organizmoch, ktoré dnes považujeme za spoločného evolučného predka všetkých rastlín aj živočíchov. Samozrejme, mutácie týchto génov v ich fytoverzii kompromitujú príslušné botanické funkcie. Napríklad mutácia „génov rakoviny prsníka“ spôsobí u arábkovky zvýšené delenie jej kmeňových buniek, dôsledkom čoho sa bylinka stáva oveľa citlivejšiou na radiačné poškodenie. Pričom, ako vieme, oba fenomény sú typickým sprievodným znakom humánnej karcinogenézy.
A už sme sa konečne dostali k inkriminovaným „génom hluchoty“. Fakt, že desiatka z nich sa nachádza aj v genóme arábkovky, samozrejme, neznamená, že rastlina bude mať sluch koncertného majstra. (Rovnako ako prítomnosť BRCA génov neimplikuje existenciu botanických ňadier). Spoločnou črtou je však skutočnosť, že štyri gény z tých desiatich kódujú štruktúrne príbuzné bielkoviny, nazývané myozíny. Ide o akési nanomotory, ktoré v rámci bunky fyzicky presúvajú rôzne organely sem a tam. Pričom jeden z týchto myozínov, vďaka ktorým počujeme, napomáha vznik vláskových buniek v našom vnútornom uchu. Pokiaľ však táto dôležitá bielkovina obsahuje mutáciu vo svojom aminokyselinovom zložení, dochádza k produkcii defektných senzorov, ktoré už nereagujú na zvukové vlny – a my ohluchneme ako peň. Botanickou analógiou našich vnútroušných vláskových buniek sú podzemné koreňové vlásky, prostredníctvom ktorých rastliny absorbujú pôdnu vlahu a minerálne látky. Keď však zmutuje jeden zo štvorice génov kódujúcich myozíny v arábkovke, koreňové vlásky jej nedorastú do potrebnej dĺžky a bylinke sa budú podstatne ťažšie získavať potrebné živiny. Dalo by sa povedať, že v oboch prípadoch značne utrpí kvalita života postihnutého jedinca. Nuž a nám sa tu opäť ponúka ďalší exemplárny príklad toho, ako sa identický molekulárny systém na bunkovej úrovni dokáže prejaviť diametrálne odlišne vo výslednej funkcionalite celého organizmu.
.autor je chemik.
.audiobotanika
Pravdepodobne ste už počuli niektorú z početných historiek o tom, ako hudba dokáže ovplyvňovať rôzne rastlinné životné pochody. Niektorí ľudia sú skalopevne presvedčení o tom, že ich bylinky najlepšie prosperujú za tónov klasickej hudby. Iní zasa neochvejne veria tomu, že práve heavy metal alebo trebárs rokenrol je tou pravou hudobnou kulisou na pestovanie ich flóry. Paradoxne, napriek totálne rozdielnym štýlom, všetky prípady spája rovnaká črta: sakramentsky podozrivá zhoda rastlinného hudobného vkusu s muzikálnymi preferenciami práve tých osôb, ktoré ho u rastlín „pozorovali“. Jedným z dôvodov takejto nevedeckej zaujatosti je fakt, že hoci má výskum v tejto oblasti pomerne dlhú históriu, až donedávna väčšinou nešlo o striktne rigorózny prístup. Vzhľadom na netriviálnosť problematiky je to ale vcelku pochopiteľné a experimentálne štúdium vplyvu zvuku na rastliny asi muselo byť zo začiatku odsúdené na neúspech. Veď nakoniec ani botanické „videnie“ dnes neskúmame pomocou testu zrakovej ostrosti a fytočuch tiež neposudzujeme na základe toho, či rastliny dokážu rozlíšiť vôňu kolínskej od pitralonu. Rovnako je tomu aj v tomto prípade – až moderné objavy a sofistikované prístroje nám v súčasnosti umožnili sa nezaujato „započúvať“ do sveta audiobotaniky.
Keďže symfonická hudba nie je pre rastliny ekologicky relevantná, bolo by asi logické nepredpokladať, že by ju mohli vnímať a reagovať na ňu. Na druhej strane, schopnosť detegovať jednoduché zvuky by predsa len mohla predstavovať istú evolučnú výhodu. Zoberme si ako príklad vibrácie generované lietajúcim hmyzom. Približne 20 000 rastlinných druhov praktikuje takzvané opelenie „bzukotom“, keď sa peľ z ich tyčiniek mechanicky uvoľní až pri vystavení kvetov zvukovým vlnám so správnou frekvenciou. Nuž a tie produkuje práve opelivý hmyz – najčastejšie čmeliak, nie však včela – intenzívnym kmitaním svojich blanitých krídiel. V tomto prípade však ide skôr o fyzikálnu vlastnosť biologického materiálu a zmenu jeho štruktúry vplyvom tlaku vzduchu. (Podobne, ako keď tínedžerovi stojacemu na koncerte pri reproduktore praskne ušný bubienok). Čiže, prísne vzaté, akokoľvek je fascinujúca, táto interakcia flóry a fauny ešte nie je skutočným dôkazom existencie rastlinného „sluchu“.
.signál či artefakt?
V podobnom duchu sú vnímané aj výsledky švajčiarskych botanikov, ktorí popísali (údajnú) akustickú komunikáciu u niektorých druhov stromov. Podarilo sa im zachytiť nízkodecibelové ultrazvukové vibrácie vyludzované borovicami a dubmi, ktoré boli vystavené dlhodobému smädu. Tieto zvuky sú s najväčšou pravdepodobnosťou prejavom tlakových zmien vznikajúcich pri transporte vody a plynov v rastlinných tkanivách (tzv. kavitácia). Autori však idú vo svojich úvahách ďalej a špekulujú, že by mohlo ísť o akustickú výstrahu botanických susedov pred blížiacim sa suchom. Avšak zďaleka nie všetci zainteresovaní vedci pripisujú týmto zvukom komunikačnú úlohu, skeptickejší botanici hovoria skôr o náhodných artefaktoch. Argumentujú tým, že pokiaľ by kavitačné signály od smädných rastlín boli naozaj varovaním, museli by byť podstatne hlasnejšie, aby ich potenciálni „načúvači“ dokázali spoľahlivo odlíšiť od akustického šumu okolia. Problémom však je, že inkriminované zvuky sme schopní zachytiť len s extrémne citlivými prístrojmi, ktoré sa ešte navyše musia fyzicky dotýkať „kvíliacich“ stromov. (Čo však, samozrejme, ešte nevylučuje možnosť existencie nám doposiaľ neznámeho spôsobu detekcie mimoriadne slabých fytozvukov samotnými rastlinami).
Taktiež vyvstáva aj otázka samotnej povahy signálov, na ktoré zástupcovia flóry (údajne) reagujú. Keďže viaceré štúdie popisujú rôzne formy botanických reakcií na zvuky, kľúčovou v tomto kontexte bude práve definícia zvuku. Japonskí vedci už pred vyše dvoma desaťročiami pozorovali stimuláciu klíčenia ryže a uhorky, ktorých semienka boli uložené na plastovej podložke umiestnenej na „hrajúcom“ reproduktore. Predpokladá sa, že práve mechanické vibrácie boli tým skutočným impulzom, na rozdiel od zvuku v zmysle tlakovej vlny šíriacej sa vzduchom. Analogicky sa interpretujú aj zaujímavé výsledky súčasného výskumu talianskych botanikov. Tí si totiž všimli, že korienky mladej kukurice sa pri svojom vertikálnom raste zakrivujú smerom k zdroju zvuku, ktorý im vložili do pôdy v kvetináči. Aj v tomto prípade je pravdepodobné, že rastlinky asi „počujú“ mechanické vibrácie, konkrétne kmitanie čiastočiek substrátu, v ktorom rastú. (Jedna z hypotéz dokonca odvážne postuluje, že rast korienkov smerom k zdroju „hluku“ je vlastne spôsob hľadania vody v suchom pevnom prostredí). Úplne nečakaným však bolo zistenie, že kukuričné korienky nielenže dokázali „počúvať“, ony ešte navyše produkovali svoj vlastný zvuk. Pričom nielen taký hocijaký, ale s diskrétne ohraničenou frekvenciou. Keď jej ho potom spätne prehrali na playback, rastlina „odpovedala“ sebe samej! A my zatiaľ ani len netušíme, ako to tá kukurica dokáže. Preto je nesmierne dôležitý ďalší výskum, ktorý by definitívne zodpovedal kľúčovú otázku: naozaj si rastliny vymieňajú akustické signály za účelom komunikácie alebo sú botanické zvuky ako šušťanie listov vo vetre: síce jasne počuteľné ľudským uchom, ale úplne irelevantné pre ne samotné? Veď uvidíme. Teda vlastne upočujeme.
.gény „hluchoty“
Apropos, náš sluch. Dodnes bolo identifikovaných vyše 50 humánnych génov, ktorých mutácie vedú k ľudskej hluchote. Pričom aspoň desať z nich sa nachádza aj v jednej konkrétnej rastlinke. Zaujímavé, ale ako to súvisí s fytoakustikou? A načo vôbec sú nejakej rastline ľudské „gény nedoslýchavosti“? Nuž, úplné odpovede ešte zďaleka nemáme, ale ich prvé náznaky už áno.
Arábkovka Thalova (Arabidopsis thaliana) je nenápadná kvitnúca bylinka a podobne ako iní reprezentanti čeľade kapustovité, aj ona jedlá. Napriek tomu v gastronómii veľkú dieru do sveta neurobila. Zato v botanických kruhoch sa stala doslova legendárnou po tom, čo bol v roku 2000 kompletne osekvenovaný jej genóm. Ako modelový organizmus pre genetiku bola táto rastlina vybratá najmä pre jednoduchosť pestovania a krátky životný cyklus. Nuž a detailná analýza jej genetickej informácie odhalila, že arábkovka prekvapujúco obsahuje aj zopár génov, ktoré sú u ľudí asociované s konkrétnymi ochoreniami. Zistilo sa, že rastlina obsahuje napríklad BRCA gény, ktoré zohrávajú úlohu v dedičnej rakovine prsníka, alebo CFTR gény zainteresované v cystickej fibróze. A len pre zaujímavosť: humánny genóm na oplátku obsahuje niekoľko génov, ktoré u rastlín regulujú ich rast a vývoj. (Mimochodom, pomenovania týchto génov nemajú nič spoločné s ich normálnou biologickou funkciou, iba s nešťastným klinickým prejavom v prípade, že patologicky zmutujú). Fajn, ale čo teda robia tieto gény v rastlinách?
Nuž, arábkovka obsahuje okrem BRCA a CFTR aj množstvo ďalších „ľudských“ génov len preto, lebo sú jednoducho nevyhnutné pre elementárne bunkové procesy. Tieto dôležité gény sa totiž vyvinuli už pred vyše miliardou rokov v pôvodných jednobunkových organizmoch, ktoré dnes považujeme za spoločného evolučného predka všetkých rastlín aj živočíchov. Samozrejme, mutácie týchto génov v ich fytoverzii kompromitujú príslušné botanické funkcie. Napríklad mutácia „génov rakoviny prsníka“ spôsobí u arábkovky zvýšené delenie jej kmeňových buniek, dôsledkom čoho sa bylinka stáva oveľa citlivejšiou na radiačné poškodenie. Pričom, ako vieme, oba fenomény sú typickým sprievodným znakom humánnej karcinogenézy.
A už sme sa konečne dostali k inkriminovaným „génom hluchoty“. Fakt, že desiatka z nich sa nachádza aj v genóme arábkovky, samozrejme, neznamená, že rastlina bude mať sluch koncertného majstra. (Rovnako ako prítomnosť BRCA génov neimplikuje existenciu botanických ňadier). Spoločnou črtou je však skutočnosť, že štyri gény z tých desiatich kódujú štruktúrne príbuzné bielkoviny, nazývané myozíny. Ide o akési nanomotory, ktoré v rámci bunky fyzicky presúvajú rôzne organely sem a tam. Pričom jeden z týchto myozínov, vďaka ktorým počujeme, napomáha vznik vláskových buniek v našom vnútornom uchu. Pokiaľ však táto dôležitá bielkovina obsahuje mutáciu vo svojom aminokyselinovom zložení, dochádza k produkcii defektných senzorov, ktoré už nereagujú na zvukové vlny – a my ohluchneme ako peň. Botanickou analógiou našich vnútroušných vláskových buniek sú podzemné koreňové vlásky, prostredníctvom ktorých rastliny absorbujú pôdnu vlahu a minerálne látky. Keď však zmutuje jeden zo štvorice génov kódujúcich myozíny v arábkovke, koreňové vlásky jej nedorastú do potrebnej dĺžky a bylinke sa budú podstatne ťažšie získavať potrebné živiny. Dalo by sa povedať, že v oboch prípadoch značne utrpí kvalita života postihnutého jedinca. Nuž a nám sa tu opäť ponúka ďalší exemplárny príklad toho, ako sa identický molekulárny systém na bunkovej úrovni dokáže prejaviť diametrálne odlišne vo výslednej funkcionalite celého organizmu.
.autor je chemik.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.