Biologija i fizika: Neobični pioniri elektriciteta dobijenog iz biljnog sveta

Velike su šanse da vam je poznat slučaj Frankenštajnovog monstruma, ali da li ste čuli za njegovu baštu?

Otprilike u vreme kada je naučnik koji je inspirisao roman Frankenštajn Meri Šeli bio zauzet ubijanjem životinja i osuđenika na smrt električnim šokovima, nekolicina njegovih savremenika je primenjivala sličan princip na višegodišnjim biljkama i korenastom povrću.

I dok su se u 18. veku odvijali ti ataci električnom stimulacijom kojom su, navodno, želeli da ljudsko telo učine otpornijim (oslobađajući ga od bolesti kao što su paraliza i depresija, ali i dijareja i venerične bolesti), naučnici su u isto vreme radili i na unapređenju biljnog života.

Eksperimenti sa elektrificiranim baštama su navodno pružali veliki broj poboljšanja - od raskošnijih cvetova do ukusnijeg voća.

Nije prošlo mnogo vremena, a ova potraga je ustupila mesto svom rođaku, medicinskom elektro-nadrilekarstvu, a do kraja 19. veka nauka je uglavnom zbrisala sve te ranije pokušaje.

Više od stotinu godina kasnije, bolji alati i nova saznanja su obnovili izučavanje efekata elektriciteta u biologiji.

• Darvinova „gnusna misterija" - novi delići slagalice
• Zašto je dobro živeti sa biljkama i negovati ih
• Biljke nestaju dva puta brže od životinja

Rani životinjski eksperimenti koji su potrajali nekih 200 godina počeli su da dobijaju obrise prave nauke, što je dovelo do obećavajuće elektroterapije.

Slično tome i stari eksperimenti na biljkama su ponovo postali popularni ne bi li se istražilo šta moderniji pristup može da donese.

Čini se da je novo učenje unapredilo i bašte 21. veka.

Prvi nagoveštaji da bi električni šokovi mogli da imaju dramatičan uticaj na useve nisu došli kao proizvod ljudske intervencije, već kao rezultat uticaja same prirode.

Posle električnih oluja, prema starom japanskom farmerskom učenju, pečurke bi naglo počele da se umnožavaju.

Ali čovek nije mogao baš da prizove munje da bi se ovo potvrdilo eksperimentalnim putem.

Sve do 1740-ih godina kada su se pojavili različiti novi uređaji koji su naučnicima po prvi put dozvolili da uskladište i primene ovaj i dalje misteriozni fenomen ,,elektriciteta".

Uskoro je primena elektriciteta u navodnjavanju postala vruća tema.

Pjer Bertolon de Sen-Lazar, francuski fizičar i filozof, koji je naveliko eksperimentisao sa ovim nerazjašnjenim misterijama elektriciteta, sabrao je mnoge opite na biljkama njegovih savremenika u zbirku pod imenom O elektricitetu biljaka.

Pored sjajnijeg izgleda, cveće je navodno ranije cvetalo posle elektrifikacije, a slično tome, elektrifikovano voće je ubrzano sazrevalo što je bilo primetno po njihovom ukusu i mirisu.

Ali se Bertolon pre svega usredsredio na novi uređaj koji je osmislio - umesto da cilja pojedinačne voćke i povrće, on je uz pomoć ogromne naprave bio u stanju da ubrizga elektricitet u čitave bašte.

On je elektrifikovao tlo i vazduh koji su hranili uzgajane biljke kao da se radi o električnom ,,đubrivu".

Elektro-biljno-metar

Uzdignuti sistem stubova sa žicama koje je Bertolon postavio, sakupljao je elektricitet iz atmosfere, sprovodio ga ka tlu i raspoređivao po usevima.

Prema njemu, sistem je imitirao stimulaciju koju u prirodi proizvode munje.

Jedino što je efekat bio bolji od prirodnog jer je emitovao manje, kontinuirane količine elektriciteta umesto što je isporučivao jedinstvenu, razarajuću udarnu dozu.

Ovakav elektro-biljno-metar, zaključio je on, poboljšao je rast biljaka koje su se nalazile ispod električnog luka, ubrzavajući time ,,klijanje, rast i proizvodnju listova, cvetova, voća, kao i porast prinosa".

Bertolon je elektricitet koristio u velikoj meri i u drugim oblicima, pa je tako raspršivao i insekticide koristeći osnovno oruđe da nacilja zaražene stabljike.

Njegovi savremenici su elektricitet u baštama koristili i na druge, kreativne načine.

Jedan od njih je, recimo, sopstvenu baštu zalivao specijalnom vodom koja je, kako je sam pomalo sumnjičavo tvrdio, bila ,,obogaćena električnom tečnošću" u cilju zamene tradicionalnih načina fertilizacije.

Nisu svi bili ubeđeni u ove metode.

Stvari su se pogoršale kada je Jan Ingenhauz, holandsko-britanski fiziolog koji je otkrio fotosintezu, sopstvenu baštu podvrgao elektro-biljno-metrom koji je sam napravio i koji je momentalno smežurao sve biljke.

On je zaključio da je Bertlonovo električno đubrivo bilo - đubre.

Pogledajte i ovu priču

Interes za elektrokulturama je splasnuo.

Nekolicina privatnih proizvođača, zaljubljenika u nauku, nastavili su da izvode male eksperimente.

Tokom 1830-ih godina, jedan od njih je tvrdio da su njegovi eksperimenti pokazali da su biljke izuzetni provodnici, što je podrazumevalo da je elektricitet predstavljao fundamentalni aspekt njihovih bioloških svojstava.

Ali ni nauka, kao ni oruđe, nisu bili dovoljno napredni da bi potvrdili njegove navode.

Posle toga, ukoliko izuzmemo nekoliko usamljenih primera, ideja elektrokulture brzo je izgubila podršku među onima koji su je zagovarali.

,,Ne možemo a da se ne zapitamo", napisala su dvojica ožalošćenih kritičara u radu iz 1918. godine, osvrćući se na te događaje, ,,kako je moguće da je u vreme kada je proučavanje elektriciteta bilo od ogromnog značaja, elektrokultura ostala u zapećku više od 150 godina".

,,Odgovor verovatno leži u stagnaciji nauke o životu biljaka", zaključili su rad ovim rečima.

Drugim rečima, da biste unapredili elektroklulturu, prvo ste morali da razumete električne okvire biologije biljaka.

Srećom, u vreme kada je ovaj naučnički tandem izrekao zamerke, prvi skromni zameci takvih napora su počeli da se pomaljaju.

Zanimanje za vegetaciju i elektricitet je nanovo animirao niko drugi do Čarls Darvin.

Darvinove biljke mesožderi

Njegov deda je bio ubeđen da bi elektricitet mogao da ubrza rast biljaka, ali argument Čarlsa Darvina je bio zasnovan da mnogo naučnijem principu.

On je verovao da je elektricitet osnovni aspekt fiziologije biljaka, na isti način na koji su neurofiziolozi 19. veka počinjali da otkrivaju kako su električni signali bili temelj humanog nervnog sistema koji nam je omogućavao da osećamo i da se krećemo.

Prvobitna Darvinova opsesija je započeta skromno, uz pomoć jedne biljke mesožderke iz roda Drosera, poznatije pod imenom muholovka.

Jedva godinu dana posle publikacije Porekla vrste, on se samo time i bavio.

,,U ovom trenutku, više se bavim muholovkom nego poreklom svih vrsta na svetu", napisao je Darvin 1860. godine.

To nimalo nije bilo iznenađujuće.

Muholovka je radila sve ono što biljke inače ne bi smele da rade - jela je meso i lovila ga je.

Njeni dugački, lepljivi kraci su uz pomoć sekreta poput lepka, bili prava zamka za zarobljene, nesrećne muve oko kojih bi se potom ti kraci neizbežno obavijali, baš kao u nekom jezivom, slatkom rolatu.

Kako je to bilo moguće?

,,Biljke mesožderke" su predstavljale oksimoron! Ali muholovka nije bila sama.

Dionaea muscipula (poznata i kao venerina muholovka) bila je još efikasnija.

Darvin ju je sa ushićenjem opisao kao biljku čiji ,,listovi hvataju insekte brzinom čelične mišolovke".

Njeni refleksi su bili poput životinjskih.

Jedan njegov prijatelj, fiziolog i botaničar čija je ekspertiza obuhvatala i biljke i životinjski svet, predložio je da se ove neobične biljke podvrgnu ispitivanju u potrazi za istim onim ,,nervnim" električnim promenama koje su fiziolozi u to vreme identifikovali u animiranim životinjskim mišićima.

Pronašli su ih.

Objavljeni rezultati pokazuju da se zatvaranje muholovkine mišolovke odvija u skladu sa aktivnošću koja neodoljivo podseća na akcioni potencijal koji definiše animalni elektricitet.

Ovakvi signali nisu bili rezervisani samo za životinjsko carstvo.

Ali i ove ideje su biljni fiziolozi uglavnom odbacili.

Jasno je i zbog čega: biljke mesožderi se kreću brzo i love kao životinje pa su stoga nervni impulsi logičan ishod.

Ali druge biljke se ne miču i ne love, one samo sede i upijaju sunčeve zrake.

Za njih nije smisleno da sistematizuju unikatne atribute mesoždera za ostatak biljnog carstva.

Pogledajte kako je jedan biolog razbio mit da su kornjače ćutljive

Nekoliko decenija kasnije indijski inženjer i matematičar Jagadis Čandra Bous je ponovo počeo da se bavi Darvinovim pitanjem.

On se naročito zanimao za Mimosa pudica, sićušnu višegodišnju paprat.

Ona ne jede meso, ali se pomera.

Kada se iznenadi skuplja male papratste listove zapanjujući tik koji je s godinama stekao veliki broj nadimaka, među njima i nazive poput,'osetljive biljke' ili 'ne-diraj-me' paprati.

Bous je smatrao da je i ovakve hitre pokrete trebalo podvesti pod nervne aktivnosti, kao što su i one životinjske.

Istina, elektrometar je otkrio akcioni potencijal za kojim je i tragao u šiljcima koji su se kostrešili neposredno pre savijanja listova, baš kao i u slučaju venerine muholovke i njeno hitro zatvaranje.

Bousova znatiželja je postajala sve jača - koje su još biljke posedovale električne signale?

On je 1901. godine izvestio o snažnim električnim signalima kod velikog broja biljaka koje se nisu ni micale, niti su jele meso, a među njima su bili i ren i rabarbara.

Tokom sledećih nekoliko decenija, ova otkrića su obuhvatila i luk, drveće i praktično svakog člana biljnog carstva koje je bilo podvrgnuto istraživanju.

• „Neverovatno otkriće": Najstarije srce na svetu pronađeno u praistorijskoj ribi
• Povratak istrebljenog dabra: Harizmatični zubonja se vratio i raširio po Srbiji
• Biljni i životinjski svet skriven u močvarama Srbije

Biljke su električne

Sve do početka 20.veka, ovo je ostalo uglavnom neobjašnjivo, dok neuronaučne alatke nisu otkrile da biljne ćelije koriste električna punjenja ne bi li regulisale internu komunikaciju, baš kao što to čine i životinjske ćelije.

Sve žive ćelije imaju pore u spoljnom omotaču i one osiguravaju opstanak različitih jona na različitim stranama membrane.

Ćelije sisara imaju običaj da jone kalijuma zadržavaju na unutrašnjoj, a jone natrijuma na spoljašnjoj strani.

Rezultat ovakvog balansiranja je negativna naelektrisanost unutrašnjosti ćelija.

Nervni sistem koristi ove male baterije radi slanja svih poruka koje se tiču osećaja u telu i ostvaruju komunikaciju sa mozgom.

I biljne ćelije imaju unutrašnju voltažu i koriste je na isti način - za razmenu informacija o životnoj sredini.

Jedno istraživanje sprovedeno kasnih 1990-ih godina pokazalo je da biljke na različite poticaje, svetlosne, temperaturne, taktilne, oštećujuće, odgovaraju električnim impulsima.

Ovakvo shvatanje je u skladu sa hemijskom komunikacijom kod biljaka, što nas navodi na to da i biljke mogu da osete opasnost i da komunikacijom sa drugim biljkama i životinjama traže pomoć.

Tako je, na primer, kukuruz u stanju da okupi ose koje napadaju gusenice koje ugrožavaju kukuruz.

Tokom narednih decenija, oni koncepti koji su do tada bili povezivani sa neuronaukom, sve više su počeli da se bave i biljnom fiziologijom.

Ovakva otkrića ponovo su oživela staru raspravu o inteligenciji biljaka, koja je u nekim krugovima biljne elektrofiziologije označena besmislenom.

Da li su biljke inteligentne?

Ako je tako, šta nam to onda govori o našoj definiciji 'inteligentnog'?

Debata o tome je i dalje u toku, ali to nije jedini način na koji možemo da se bavimo biljnim električnim impulsima.

Nekim botaničarima nije strana ideja o tome da i biljke koriste komplikovane signale u međusobnoj komunikaciji, kao i u vezi sa prirodom.

Oni jednostavno nisu isti kao naši.

Kod životinja električna komunikacija radi otprilike ovako: nervne ćelije čuvaju kalijum unutra, a natrijum spolja, a električne razlike koje stvaraju razdvojeni joni temeljno uspostavljaju sposobnost jona za akcionim potencijalom.

U svakom slučaju, kalijum ne igra nikakvu ulogu u biljnom akcionom potencijalu jer je otrovan za biljke.

U njihovim telima uloge natrijuma i kalijuma preuzimaju kalijum, hloridi i kalcijum.

Električni impulsi koji ovo omogućuju izgledaju drugačije kada ih malo bliže osmotrimo.

Jedno je sigurno - snažniji su.

Zatim, imaju i nešto širi repertoar mogućnosti.

Pogledajte kako je Darvin došao do teorije evolucije pre više od 160 godina

Na stranu standardni akcioni potencijal, ali biljke imaju i dva dodatna impulsa - 'varijacioni' i 'sistemski'.

Ovi impulsi regulišu različite sisteme.

Akcioni potencijal praktično je sličan kao i kod životinja.

Komunikacija je brza na daljinu i na zanimljive poticaje, kao što je na primer dodirivanje ili osetna promena temperature.

Varijacioni potencijal baš kao što mu i ime kaže promenljiv, aktivira se na poticaje kao što su sečenje, paljenje ili druge vrste povreda, a jačina signala zavisi od stepena oštećenja.

Površinski je spor i lokalnog karaktera i verovatno je povezan sa stanjem hranljivih materija.

Ali biljke ne koriste ove impulse da bi same sa sobom razgovarale o unutrašnjem stanju, a mogle bi i međusobno da komuniciraju.

Neki veruju da impulsi mogu da putuju kroz mrežu sveprisutnih gljivičnih vlakana u tlu i funkcionišu kao neka vrsta strujnog kola.

Ovo otvara i nova pitanja.

Da li bismo mogli da prisluškujemo biljke i da dešifrujemo njihove električne impulse?

Da saznamo da li im je udobno, vruće ili hladno?

Da li im je potrebno još hranljivih materija iz zemlje? Ili bi možda mogli da nas na vreme upozore da ih napadaju različiti patogeni?

A tu je i taj kobno primamljiv aspekt - možda saznamo i o čemu to naše biljke 'razmišljaju'.

Pratite nas na Fejsbuku,Tviteru i Vajberu. Ako imate predlog teme za nas, javite se na [email protected]