Rośliny to nie zwierzęta. Oczywista owa oczywistość regularnie pozwala nam zadeptywać trawniki, ciąć drzewa, ścinać kwiaty i wręczać je okazyjnie innym członkom naszego gatunku. Oraz masowo i bez mrugnięcia okiem jeść rośliny. Tak w całości, rozrywane zębami, jak i porcjowane na części, siekane, smażone w gorącym tłuszczu, wrzucone na osolony wrzątek… Wszystko żywcem. Bezdusznie pozbawiane są twardych, łykowatych bądź niesmacznych dla nas fragmentów, patroszone czy obdzierane ze skóry.

Ze zwierzętami sami tak swobodnie sobie nie poczynamy, wyręczając się profesjonalnym rzeźnikiem czy oprawiaczem ryb, których pracy nad produkcją naszego pożywienia nie chcemy doglądać, bo większość z nas zostałaby weganami lub frutarianami. A to niekoniecznie zdrowe i niekoniecznie smaczne. Człowiek jest bowiem z natury wszystkożerny, jak jego najbliżsi ewolucyjni krewni.

Jednak już ponad 10 lat temu kanadyjska botanik Susan Dudley wprowadziła w dyskurs naukowy ideę, która – gdy przyjrzeć się jej uważniej – zaburza naszą spokojną i sytą brutalność opisaną w pierwszym akapicie. Hipotezę dla pozostałych botaników obrazoburczą. Że mianowicie rośliny wyczuwają swoich najbliższych im genetycznie krewnych i wspomagają ich, jak mogą. Krótko mówiąc: czują i to wzajemnie, a w dodatku wykazują altruizm.

Susan Dudley zaproponowała tę hipotezę na podstawie obserwacji i analiz, posiadając solidny uniwersytecki adres do korespondencji (McMaster University w Hamilton – to jest jakieś 70 kilometrów od Toronto), ze swoim oficjalnym tytułem doktora ekologii ewolucyjnej roślin przed (czy po anglosasku – za) nazwiskiem. Nie dało się jej zatem tak po prostu zlekceważyć, dało się jednak określić jej ideę jako nieziemską.

Samotność wśród ryżu

A streszczono ją prosto: „Nadszedł czas, by zobaczyć, że rośliny nie tylko reagują na światło i ciemność, czy gdy ktoś je dotknie, ale czują z czym wchodzą w interakcję”. Susan Dudley przyszło czekać dekadę, aż chińscy naukowcy na poważnie zmierzą to, co ona zauważyła. Ich obserwacjami zaś kierował czysty merkantylizm.

No ale jak się ma do wykarmienia miliard ludzi, to nie mam pretensji o takie motywacje uprawiania nauki. Okazało się im bowiem, że ryż rosnący wśród ryżu najbliższego mu genetycznie jest bardziej plenny, niż posadzony samotnie, wśród ryżu genetycznie odmiennego lub w ogóle pomiędzy konkurencją z innych gatunków. Zatem wzięcie pod uwagę sytuacji rodzinnej ryżu i zapewnienie mu wzrostu wśród najbliższych krewnych może zwiększyć plony.

Czy zatem świat roślin jest podobny do zwierzęcego, gdzie dobór krewniaczy – czyli wszelkie sposoby na zachowanie przy życiu i zapewnienie rozmnażania własnemu genomowi lub chociaż jak najbliżej spokrewnionemu – jest obserwowany dość powszechnie? U organizmów tak różnych, jak człowiek i pszczoły czy termity. Pelikan rozrywający swe piersi, by nakarmić osierocone młode, to legenda. Ale mrówki biegnące z daleka, by wspomóc ranne siostry, to fakt. Podobnie jak szczury pomagające bratu wydostać się z pułapki. Ostatecznie chodzi o to, że osobnik – uważany przecież powszechnie za obiekt doboru naturalnego, który albo będzie najlepiej przystosowany i przeżyje, wydając płodne potomstwo, albo nie będzie i wymrze ostatecznie, a z nim jego unikatowy DNA – jest gotów położyć na szali swój własny fitness (nawet ryzykując śmierć), by podnieść fitness krewnego. I im bliższy ten krewny, tym zwierzę chętniej to zrobi.

Oczywiście altruizm wobec krewnych konfrontuje się w świecie zwierząt z przeciwnym ewolucyjnym prądem – egoizmem. Bo na co dzień rządzi brutalna walka o byt i konkurencja. I oczywistym jest, że im bardziej ktoś jest do nas podobny genetycznie, tym chętniej będzie się odżywiał tym, na co my mamy ochotę i zamieszkiwał niszę, która nam się wydaje wprost idealna dla nas samych. Ponadto, według badań, zwierzęcy altruiści nie lubią pomagać swoim krewnym, kiedy czują się oszukiwani i manipulowani – okazuje się, że mają wyjątkowo mocno rozbudowane poczucie sprawiedliwości.

Jednak altruizm jest biologicznie nie tylko udokumentowany w królestwie zwierząt, ale i racjonalny, choć oczywiście, poza hordą ludzką zwaną społeczeństwem, nieumotywowany psychologicznie. Czyli nie musi być świadomy. Instynktowny? To słowo-wytrych po prostu wszędzie tam, gdzie nie do końca wiemy, jakie realnie jest podłoże zachowań. Bo skoro nie wiemy, to wydaje nam się, że to musi być instynktowne.

Wróćmy jednak ze świata zwierząt do badań dr Susan Dudley nad altruizmem roślin. Na początku naszego milenium naukowcy ustalili, że rośliny są zdolne odróżnić korzenie własne od cudzych. Jej eksperymenty poszły dalej. Posadziła ona w donicach powszechnie występującą na amerykańskim wybrzeżu dziką, daleką krewną kapusty – Cakile edentula. Posadziła tak, by w tej samej donicy były albo rośliny spokrewnione, albo niespokrewnione z tej samej populacji.

Obcy w doniczce

Okazało się, że gdy razem rosły rośliny dla siebie obce, systemy korzeniowe były bujne, poprzerastane i toczyła się realna walka o zasoby – wszak ograniczone w donicy. Tam, gdzie Dudley wsadziła razem bliskich krewnych, każdy z nich trochę się ograniczył w strefie korzeniowej, dając szansę rodzeństwu na stabilny rozwój i dostęp do połowy zasobów.

Specjaliści – czyli koledzy po fachu – mocno ją wtedy skrytykowali, czepiając się w tej pracy wszystkiego: od statystyki po złe zaplanowanie eksperymentów. Jednak na łamach prestiżowego „Nature Communications” z maja 2018 grupa szwajcarskich i hiszpańskich uczonych zademonstrowała współdziałanie spokrewnionych roślin podczas kwitnienia.

Jako model wybrali znowu przedstawiciela dzikich kapustowatych, powszechną na hiszpańskich terenach pustynnych Moricandia moricandioides. Obserwacja wzrostu 770 roślin, utrzymywanych w donicach osobno bądź z trzema lub sześcioma sąsiadkami, w różnych wariantach wzajemnego pokrewieństwa, pozwoliła wykazać, że rosnąc razem rośliny blisko spokrewnione miały więcej kwiatów. A zatem znacznie zwiększyły sobie wzajemnie szanse na zapylenie. Co ciekawe, im większy był tłum krewnych w donicy, tym więcej kwiatów.

Dlaczego to altruizm? Autorzy wyjaśniają, że każda z roślin poświęca sporą dawkę energii na obfite kwitnienie, zamiast zmagazynować ją na czas produkcji nasienia. W ten jednak sposób w donicy „rodzinnej” powstanie średnio więcej nasion – przenoszących do następnego pokolenia rodzinny genom – niż w donicach, gdzie rósł obcy sobie i konkurujący usilnie tłum.

Czy istnieją już wprost dowody, że rośliny rzeczywiście rozpoznają krewniaka, czy też wyczuwają jedynie, że sąsiad jest do nich bardzo podobny? Moim zdaniem to nieco akademickie pytanie. Oczywiście u ludzi to WIEDZA, że ktoś jest naszym krewnym, ułatwia nam podjęcie decyzji o udzieleniu mu pomocy, bo np. węch mamy szalenie przytępiony w porównaniu z innymi zwierzętami i nie wyczujemy raczej brata w tłumie, jeśli go nigdy wcześniej nie widzieliśmy. Zatem to świadomość odgrywa rolę w procesie podejmowania decyzji. Na ogół nie jest też oczywiste u zwierząt, na czym opiera się rozpoznawanie – na jakim sygnale, prawdopodobnie chemicznym.
Pod kątem doboru krewniaczego przetestowano zatem zjawiska wzrostu system korzeniowego, kwitnienia i wydawania nasion, a także ostrzegania o niebezpieczeństwie. To ostatnie, na ogół reakcja na bycie podgryzanym, to u roślin normalka. Jest to reakcja chemiczna.

Co więcej, jak odkryto w ubiegłym roku na Uniwersytecie Stanu Wisconsin w Madison, rozchodzi się ona od miejsca zranienia (np. ugryzienia przez gąsienicę). Następnie rozprzestrzenia się w zranionej roślinie z szybkością milimetr na sekundę (100 tys. razy wolniej niż w naszym układzie nerwowym), wzdłuż systemu „nerwowego”, czyli wiązek przewodzących, tzw. łyka. Zaczyna się tak jak u nas: od impulsu elektrycznego i prądu wapniowego, a potem wydzielany jest glutaminian, czyli sól popularnego aminokwasu, dalekowschodnia przyprawa, konserwant żywności E621 i… neuroprzekaźnik ZWIERZĘCY. Związany np. z przekazem informacji o silnym bólu i z zapamiętywaniem.

Ten „neuroprzekaz” roślinny nie jest bezcelowy i nie jest bezowocny. Na przykładzie wielu roślin, takiej chociażby krzewiastej bylicy (Artemisia tridentata) pokazano, że zraniona przez roślinożercę nie tylko sama syntetyzuje substancje szkodliwe dla podżerającej ja gąsienicy, ale uwalnia jeszcze inne związki, mające za zadanie poinformować sąsiednie bylice, aby zawczasu podjęły produkcję substancji służących do obrony przed wspólnym przecież wrogiem.

Chroń i nie zacieniaj brata

Wziął tę reakcję na celownik Richard Karban z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis. I zadał proste w świetle naszych poprzednich rozważań pytanie: czy rośliny informują o zagrożeniu swoich najbliższych krewnych w sposób uprzywilejowany?

Naukowcy najpierw podzielili te bylice ze względu na chemiczny charakter ich podstawowego zapachu, pojawiającego się podczas zranienia liści: jedne wydzielają głównie kamforę, drugie wonny terpen zwany tujonem. Okazało się, że cecha ta dziedziczy się stabilnie w kolejnych pokoleniach. Jak również, że gdy stymulować rośliny kamforowe kamforą, to wytwarzają bardzo silną reakcję obronną i znacznie skuteczniej przeciwstawiają się roślinożercom, niż gdy wykorzystać tu tujon. I vice versa. Bylica zatem ostrzega o zagrożeniu – jak można to interpretować – bardziej krewnych niż obcych.

Botanika ma swój ulubiony od lat model, coś jakby mysz laboratoryjną – rzodkiewnika (Arabidopsis thaliana). Także i ta roślinka (znamy ją z łąk i jako chwast ogrodowy), o w pełni od dawna poznanym genomie i dająca się genetycznie manipulować, zdaje się potwierdzać, iż w hipotezie Susan Dudley jest coś na rzeczy.

Już 8 lat temu botanicy z Uniwersytetu w Buenos Aires zauważyli, że rzodkiewnik, gdy rośnie obok najbliższych krewnych, to stara się czynić wszystko, aby ich broń Boże nie zacieniać. A gdy rośnie obok rzodkiewników z nim niespokrewnionych, ani mu w głowie (czy raczej – liściach) się im usuwać.

Jak i inne rośliny, rzodkiewnik ma molekularne czujniki światła (specjalne białkowe receptory), więc rearanżacje układu liści dawało się naukowcom nie tylko monitorować, ale i w kontrolowany sposób inicjować. Unikanie wzajemnego zacieniania się przynosiło korzyść netto (przyrost biomasy) całej krewniaczej grupy, ale nie każdemu z jej członków z osobna. To znaczy, gdyby podjęły ze sobą realne współzawodnictwo o światło, jak to czynią w grupie niekrewniaczej, to szansa każdego z nich na sukces by drastycznie zmalała, ale sukces ów, jeśli osiągnięty, byłby znacznie większy. Bo niejako cudzym kosztem osiągnięty.

Wyniki badań botaników ujrzały światło dzienne w 2015 roku. Dwa lata później ci sami Argentyńczycy odkryli efekt doboru krewniaczego u słonecznika. Okazało się, że jeśli posadzić słoneczniki blisko spokrewnione horrendalnie gęsto (kilkanaście roślin na metrze kwadratowym), to pojawi się mechanizm „nie zacieniaj brata swego”. Polega on na tym, że słoneczniki wychylą się w rzędzie naprzemiennie na dwie strony, niczym panny kłaniające się w figurach poloneza – prawa-lewa-prawa etc.

Badacze uzyskali aż 47 proc. oleju więcej z roślin, którym podczas wzrostu pozwolono na wzajemne poświęcanie się dla krewniaczej grupy. A doświadczenie miało super kontrolę, bo wystarczyło specjalnymi palikami uniemożliwić odchylanie się słoneczników. Tu już metodologii ani statystyce nawet puryści nic nie mogli zarzucić. Wyniki pojawiły się zatem w prestiżowym czasopiśmie PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), wydawanym przez amerykańską Narodową Akademię Nauk. I tu zauważyli je Chińczycy, którzy muszą zwiększyć produktywność ryżu, a o których badaniach z 2018 roku wspomniałam na początku.

Ponad dwa lata temu, dzięki wysiłkom uczonych z Australii, dowiedzieliśmy się również, że rośliny czują (znowu – nie chodzi tu o uczucia, tylko odczucia), że są dotykane. Rozróżniają dotyk delikatny od brutalnego i reagują na nie odmiennie. „Słyszą”, że twarde szczęki gąsienic wgryzają się w ich delikatne ciała. Czują bowiem wibrację przez te szczęki wywołaną. Czyli dokładnie to co my, gdy słyszymy – dźwięk bowiem jest falą.

Ich sensoryczna wrażliwość zaskakuje, a zdolność do komunikacji – także z wykorzystaniem podziemnej sieci grzybowych strzępek, z którymi korzenie roślin żyją w przyjaźni – po prostu zwala nas z nóg, gdy ją sobie uświadomić. Rośliny absolutnie utrzymują oparty o wrażenia „zmysłowe” kontakt ze światem zewnętrznym.

Zbierzmy to: rośliny czują ból. Nie psychicznie, bo istotnie nie mają mózgu, ani mieszkającej w nim świadomości, ale biochemicznie z pewnością – bo niemal dokładnie tak samo jak my przekazują sygnał, że zostały zranione. Rośliny informują się nawzajem, że „boli”, aby zmobilizować do walki te pozostałe, jeszcze niezaatakowane przez roślinożercę. Odczuwają dotyk i rozróżniają jego rodzaje. „Słyszą” wibracje wynikłe z tego, że ktoś je obgryza, i szykują się do obrony. Rośliny chętniej dbają o krewnych, niż o całą resztę. Zresztą nie tylko w sytuacji zagrożenia. Także w czasie spokojnym rośliny wykazują wzajemną o siebie dbałość – aby wszyscy najbliżsi krewni mieli tyle samo wody, słońca i innych zasobów. Wykazują zatem klasyczną zdolność do samoograniczenia, zachowań altruistycznych i wręcz poświęcenia dla grupy krewniaczej.

A według australijskiej ekolog ewolucyjnej Monici Gagliano, choć nie mają mózgu, to uczą się, a przynajmniej da się na nich przeprowadzić klasyczne eksperymenty Pawłowa z dobrym skutkiem. I cechuje je inteligencja. Albo coś takiego, na co jeszcze, w naszym zantropomorfizowanym świecie, po prostu brakuje nam nazewnictwa.

To jak, zamawiamy na lunch świeżo wyciskany sok wieloowocowy, sałatkę i warzywa na parze polane oliwą z pierwszego tłoczenia?

– Magdalena Kawalec-Segond,
doktor nauk medycznych, biolog molekularny, mikrobiolog, współautorka „Słownika bakterii”

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Przy pisaniu korzystałam z artykułu w „Science” pt. „Uważany kiedyś za dziwaczny pomysł, że rośliny pomagają swym krewnym, zaczyna się zakorzeniać”.