Intymne życie roślin

Niektóre drzewa żyją kilka tysięcy lat. Jeszcze dziś można znaleźć takie, które kiełkowały przed narodzeniem Chrystusa. Jaką mądrość muszą posiadać, aby tego dokonać? Więcej o tym wiemy dzięki rezultatom naszych badań

Bez światła nie ma życia albo jest ono bardzo ograniczone. Rośliny posiadają unikalną cechę w świecie ożywionym: potrafią żyć ze światła i dzięki światłu. Bez światła i fotosyntezy nie byłoby życia tlenowego na naszej planecie i prawdopodobnie życia w kosmosie w ogóle. Dlatego słusznie się uważa, że fotosynteza jest matką życia. To najbardziej elegancki proces, jaki powstał w materii ożywionej. Wykorzystuje on energię fotonów (cząstek światła) i dzięki tej zaabsorbowanej energii przetwarza wodę i dwutlenek węgla na energię chemiczną i tlen, z których korzystają wszystkie inne organizmy niezdolne do fotosyntezy, w tym człowiek. W historii współczesnej nauki przyznano już trzy nagrody Nobla bezpośrednio związane z odkryciami dotyczącymi fotosyntezy i jestem pewien, że w przyszłości zostanie przyznanych ich jeszcze więcej.

Organizmy fotosyntetyzujące naturalnie wykształciły zdolność absorpcji większej ilości energii światła niż potrzeba dla procesu fotosyntezy. Ta zaabsorbowana energia światła w nadmiarze jest określana jako nadmiar energii wzbudzenia (ang. excess excitation energy, EEE) i jako taka musi ulec rozproszeniu. Przez długi czas naukowcy uważali, że nadmiar zaabsorbowanej energii jest niekorzystny, wręcz zabójczy dla życia rośliny. Dlatego rośliny wykształciły molekularno-kwantowe i biochemiczne mechanizmy rozpraszające nadmiar zaabsorbowanego światła. Niefotochemiczne wygaszanie jest natychmiastowym kwantowo-molekularnym mechanizmem, który zamienia nadmiar energii zaabsorbowanych przez liście fotonów na ciepło i uruchamia syntezę odpowiednich hormonów.

Mechanizm ten można porównać do filcowych poduszek umieszczonych pod strunami fortepianu, które po przyciśnięciu pedału tłumią drgania strun instrumentu, wzbudzonych przez wirtuoza – tak jak światło wzbudza drgania elektronów w cząsteczkach chlorofilu (zielonego barwnika absorbującego światło i umożliwiającego fotosyntezę), a niefotochemiczne wygaszanie je tłumi.

Przez długi czas naukowcy nie rozumieli do końca, po co organizmy fotosyntetyzujące wykształciły mechanizm absorpcji nadmiaru światła, i uważali, że mechanizm wygaszania nadmiaru światła jest indukowany tylko tam, gdzie pada silne światło.

Opublikowane przez nas ostatnio badania wywróciły do góry nogami poglądy na temat mechanizmu niefotochemicznego wygaszania, i jego roli.

Roślinna inteligencja i pamięć

W moim zespole od wielu lat badamy, jak rośliny reagują na silne światło. Jedenaście lat temu odkryliśmy (obejmującej cały organizm) mechanizm systemowej odpowiedzi aklimatyzacyjnej do nadmiaru światła, opublikowany w tygodniku „Science” w 1999 r. Wykazaliśmy wówczas, że silnie naświetlane liście generują sygnały chemiczne przekazywane do innych części rośliny i liści będących w cieniu. W koronie drzewa tylko mała część liści jest wystawiona na pełne słońce, większość liści jest w cieniu (w 10-, 20-krotnie słabszym świetle niż bezpośrednie światło słoneczne). Wtedy uważaliśmy, że mechanizm ten jest potrzebny tylko do aklimatyzacji do zmiennych warunków świetlnych. Później odkryliśmy, że światło może indukować mechanizmy odpornościowe na choroby, takie jak np. mechanizm programowanej śmierci komórki, podstawowy mechanizm regulujący odporność na choroby u ludzi, zwierząt i roślin.

Jednakże ostatnie nasze wyniki przeszły najśmielsze oczekiwania. Wykazaliśmy, że mechanizm wygaszania energii nadmiaru zaabsorbowanego światła działa i jest regulowany systemowo (globalnie), a systemowy sygnał jest przekazywany jako impuls elektrochemiczny, tak jak w naszym ludzkim układzie nerwowym. Sygnał ten jest generowany w chloroplastach dzięki zaabsorbowanemu w nadmiarze światłu, regulowany przez mechanizm wygaszania nadmiaru energii światła i przekazywany dalej przez wyspecjalizowane komórki. Są to komórki wiązki okołopochwowej otaczające tzw. „nerwy liści”, które faktycznie przewodzą wodę i substancje odżywcze oraz hormony i inne cząsteczki sygnalne. Natomiast komórki wiązki okołopochwowej propagują sygnał elektrochemiczny od liścia do liścia, tak jak neurony propagują elektrochemiczny sygnał nerwowy z mózgu do organów czy kończyn i vice versa. Sygnał ten u roślin jest około dwustukrotnie wolniejszy, ale rośliny nie posiadają mięśni i nie muszą wykonywać gwałtownych ruchów.

Wróćmy do porównania z fortepianem. Każdy liść, jego sektor lub pojedynczy chloroplast można porównać do fortepianu, który byłby połączony z innymi fortepianami elektrycznymi kablami. Jeśli na jednym fortepianie świetlny wirtuoz zacznie grać melodię z określoną energią (barwą światła), to inne fortepiany zaczną grać bardzo podobną melodię, ale z mniejszą energią. Co więcej, jeśli pedał fortepianu będzie przyciskany z określoną częstotliwością, celem wytłumienia nadmiaru drgań strun, to podłączone fortepiany też będą przyciskać ten pedał z taką samą częstotliwością, pomimo że energia uderzenia w klawisze i energia drgania strun jest znacznie słabsza (liście w cieniu).

To porównanie tylko przybliża stopień skomplikowania systemu, który został przedstawiony na międzynarodowej konferencji Związku Biologów Eksperymentalnych (ang. Society of Experimental Biologists) w Pradze i który opisaliśmy w najnowszym numerze „The Plant Cell”.

Stopień skomplikowania tego systemu jest jeszcze większy, gdyż rośliny do jego funkcjonowania muszą dysponować mechanizmem umożliwiającym przeliczenie energii zaabsorbowanych fotonów (cząstek światła) celem wygenerowania odpowiedniego sygnału elektrochemicznego! Odkryliśmy, że świetlny wirtuoz ubrany w czerwony frak (światło czerwone) gra inaczej niż świetlny wirtuoz ubrany w niebieski frak (światło niebieskie).

Co więcej, rośliny wykształciły specyficzną zdolność zapamiętywania, uczenia się melodii i sposobu gry wirtuoza w niebieskim czy czerwonym fraku. Innymi słowy, rośliny wykształciły zdolność przeliczania energii zaabsorbowanego światła i różnicowego przetwarzania tej informacji na określone procesy fizjologiczne przy pomocy sygnałów elektrochemicznych.

Czyżby rośliny działały jak biologiczny komputer kwantowy? Komputer, którego fizycy kwantowi poszukują od lat jak świętego Graala? Moim zdaniem – tak.

Szczepionka ze światła

Po co tak skomplikowany mechanizm? Rośliny rosną w trudnych i bardzo zmiennych warunkach. Niektóre drzewa żyją przez kilka tysięcy lat w tym samym miejscu. Jeszcze dziś można znaleźć żywe drzewa, które kiełkowały przed narodzeniem Jezusa Chrystusa. Jaką „życiową naturalną mądrość” muszą posiadać, aby tego dokonać?

Dzięki rezultatom naszych badań mniej się dziwię, jak tego dokonują. Rośliny nie tylko zapamiętują barwy światła, ale wykorzystują tę pamięć do walki z chorobami. Innymi słowy, rośliny są zdolne do autoimmunizacji przy pomocy światła. Normalnie, do uodpornienia na choroby potrzebny jest fizyczny i fizjologiczny kontakt bakterii, wirusa czy ich części z organizmem. Rośliny też posiadają ten podstawowy mechanizm odpornościowy. Ale natura wykształciła u nich jeszcze jeden, dodatkowy mechanizm: rośliny mogą się immunizować światłem, co więcej immunizują się na inne patogeny światłem czerwonym i na inne światłem niebieskim.

Ale to nie wszystko. Bowiem starsze, bardziej doświadczone liście są w stanie nauczać młode, naiwne liście. Trenują je z pomocą tego samego systemu nerwowego, który opisaliśmy w „The Plant Cell”. Po co? Na przykład po to, aby młode, naiwne liście, zanim wyjdą z pąków na światło i zewnętrzne warunki atmosferyczne, wiedziały, w jakich warunkach przyjdzie im funkcjonować i wzrastać. W skrajnych warunkach starsze liście obumierają (indukują apoptozę), aby młode dostały bardzo silny sygnał i przystosowały się do ekstremalnych warunków.

Kosmiczne drzewo

Goethe powiedział już ponad dwieście lat temu, że kwiat jest inną formą liścia. I miał rację, bo w 1995 r. i później opisano funkcję genu LFY, który decyduje o tym, czy z niezróżnicowanych komórek roślinnych stożków wzrostu (komórek macierzystych roślin) ma powstać kwiat czy liść. Rośliny i ich natura mogą być modelem do studiowania i poznawania pozornie nieskorelowanych ze sobą zjawisk, takich jak np. ostatnio odkryta fraktalność kosmosu czy natura regulacji rozwoju i wzrostu roślin.

Wyobraźmy sobie rosnące drzewo: korzenie, pień, konary, i osadzone na nich liście i kwiaty. Pęki liści i kwiatów odzwierciedlają gromady oraz supergromady galaktyk, takie jak np. Wielki Mur Sloana, Shapley czy inne. Liść w swoich proporcjach wymiarów (długi i szeroki, ale płaski) jest podobny do proporcji wymiarów kosmosu, który również jest długi i szeroki, ale płaski. Części zdrewniałe mogą reprezentować czarną materię i energię, która jest częścią niewidzialnego wszechświata. Część widzialna to gwiazdy, planety, galaktyki, kwazary, pulsary, gwiazdy neutronowe, białe karły, czarne dziury i wiele innych kosmicznych obiektów – tak jak u roślin cząsteczki związków i metabolitów, cząsteczki białek, kompleksy białkowe, jądro komórkowe, mitochondria i chloroplasty, i inne. Ta część stanowi ok. kilku procent kosmosu, podobnie jak masa liści i kwiatów w stosunku do masy całego drzewa. Reszta jest zbudowana z czarnej materii i energii, która prawdopodobnie reguluje grawitację i antygrawitację. Bez tej czarnej materii i energii nasz widzialny wszechświat zawaliłby się jak domek z kart. Czarna materia i energia utrzymują skupiska galaktyk we fraktalach, tak jak gałązki i gałęzie utrzymują liście i kwiaty w pękach.

Czarnej materii i energii nie możemy zaobserwować bezpośrednio, bo ma inną naturę niż widzialna materia i znajduje się na granicach gromad i supergromad galaktyk (to tak, jakbyśmy byli bardzo małą cząsteczką tlenu w liściu i chcielibyśmy zobaczyć konar lub całe drzewo). Obecnie czarna materia i energia są mapowane we wszechświecie dzięki temu, że możemy obserwować efekty ich działania w widzialnej części kosmosu (np. przyspieszanie rozszerzania się Wszechświata lub tworzenie skupisk i superskupisk galaktyk oraz soczewkowanie grawitacyjne). Tak jak wzrost liści i kwiatów zależny jest od rozwoju części zdrewniałych, tak położenie i ruch galaktyk są zależne od czarnej materii i energii, i innych, nieznanych jeszcze sił. Słońce, nasz układ planetarny, Droga Mleczna i inne galaktyki kiedyś obumrą, jak obumarłe opadające liście i kwiaty (apoptoza), ale na wiosnę zakwitną nowe, tak jak ciągle powstają nowe galaktyki, gwiazdy i układy planetarne w kosmosie oraz wybuchają supernowe. Supernowe są jedynym znanym źródłem wszystkich pierwiastków chemicznych. W kosmosie mniej więcej co minutę wybucha supernowa i tylko te wybuchy dostarczają atomów pierwiastków jak tlen, węgiel, siarka, azot, fosfor itd. podstawowych cegiełek budulcowych materii ożywionej i nieożywionej. Materia ożywiona i nieożywiona jest zbudowana z popiołu gwiazd (supernowych), a wybuch supernowej czy Wielki Wybuch, w wyniku którego powstał cały Wszechświat, można porównać do kiełkowania i obumierania nasion, z których wyrastają ogromne drzewa (wszechświaty) i inne rośliny.

Ile mamy drzew, krzewów, traw i wszystkich roślin na ziemi? A każda roślina to jeden oddzielny kosmos.

Natura jest nieskończona i nieograniczona. Św. Augustyn w „Traktacie o Trójcy Świętej” napisał, że istotę jednego Boga w trzech Osobach można odnaleźć w obserwacji natury, i podał wiele przykładów obecności (odbicia) obrazu Trójcy Świętej w naturze życia i ziemi, włączając w to rośliny. Ale wtedy (w IV i V w.) nie mógł jeszcze wiedzieć, że obraz Trójcy można również odnaleźć w budowie elementarnych cząsteczek, takich jak protony, które utworzyły nasz Wszechświat. Proton (jądro atomu wodoru) zbudowany jest z trzech kwarków połączonych trzema gluonami (analogicznie do trójkąta Oka Opatrzności). Siła wiązania trzech kwarków (które można porównać np. do trzech Osób Boskich) przez gluony (które można porównać np. do miłości między nimi) jest relatywnie zrelaksowana, kiedy trzy kwarki są bardzo blisko siebie i stanowią jeden proton, ale kiedy mają się fizycznie rozdzielić, ich wzajemna siła wiązania rośnie w postępie wykładniczym. Dlatego tak trudno jest rozbić proton – kiedy to się dzieje, wybuchają nowe wszechświaty, a Bóg wciela się w ich naturę.

Proton, elektron i foton są siłami napędowymi fotosyntezy, podstawowego procesu podtrzymującego życie na ziemi.

***

Nie lękajmy się nauki i odkrywania nieznanego. Nie bójmy się, ale bądźmy rozsądni i odpowiedzialni. Jan Paweł II stwierdził w encyklice „Fides et ratio”, że wiara i rozum są jak dwa skrzydła, które mają nas wznieść ku nieskończonemu dobru i kompletnemu poznaniu istoty i natury Wszechświata. Tego odkrytego, odkrywanego, i tego jeszcze nieznanego.

ŹRÓDŁO; http://tygodnik.onet.pl/36,0,50249,1,artykul.html

Skomentuj

Please log in using one of these methods to post your comment:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s