Weird Science

Wstydliwa roślina

Poniższy arty­kuł został opu­bli­ko­wany pier­wot­nie w cza­so­pi­śmie dla nau­czy­cieli Bio­lo­gia w Szkole (6/2015):

Ilustracja

Ples M., Wsty­dliwa roślina, Bio­lo­gia w Szkole, 6 (2015), Forum Media Pol­ska Sp. z o.o., str. 52-56

Zwie­rzęta i rośliny – czy są aż tak różne?

Nie ulega wąt­pli­wo­ści, że rośliny odgry­wają olbrzy­mią rolę w życiu na Ziemi. Można powie­dzieć, że zna­cze­nie orga­ni­zmów zdol­nych do foto­syn­tezy, w tym roślin, jest wręcz pod­sta­wowe. Pomyślmy, skąd bie­rze się cała ener­gia, którą wyko­rzy­stują orga­ni­zmy żywe? Znana nam z fizyki zasada pozo­staje prze­cież w mocy – ener­gia nie może pow­stać z niczego ani znik­nąć bez­pow­rot­nie. Chwila zasta­no­wie­nia pozwala z łatwo­ścią stwier­dzić, że w zde­cy­do­wa­nej więk­szo­ści pocho­dzi one ze Słońca, z naszej życio­daj­nej gwiazdy. Wyjątek sta­no­wią jedy­nie pewne pry­mi­tywne bak­te­rie che­mo­tro­ficzne, dla których źródłem ener­gii jest utle­nia­nie okre­ślo­nych związ­ków nie­or­ga­nicz­nych lub metanu [1]. Tak więc cała ener­gia z jakiej korzy­stamy my, zwie­rzęta i więk­szość innych orga­ni­zmów pow­stała kie­dyś wew­nątrz Słońca w wyniku pro­ce­sów jądro­wych, dotarła do Ziemi w postaci ener­gii fal elek­tro­ma­gne­tycz­nych o różnej dłu­go­ści i została czę­ściowo prze­ksz­tałc­ona przez rośliny do ener­gii che­micz­nej. Dopiero w tej for­mie jest ona dostępna dla więk­szo­ści orga­ni­zmów poza rośli­nami. Muszę jed­nak zazna­czyć, że w ostat­nich latach udo­wod­niono, iż od tej reguły ist­nieją pewne wyjątki. Jed­nym z nich jest mor­ski śli­mak (Ely­sia chlo­ro­tica), który w pew­nym okre­sie życia może odży­wiać się foto­au­to­tro­ficz­nie, wyko­rzy­stu­jąc chlo­ro­pla­sty pocho­dzące z glo­nów [2].

W prze­wa­ża­jącej mie­rze zwie­rzęta nie posia­dają więc mecha­ni­zmu pozwa­la­jącego na bez­po­śred­nie pobie­ra­nie ener­gii świa­tła sło­necz­nego. Zasta­na­wia­jący jest więc fakt, że według pow­szech­nej w spo­łe­czeńs­twie opi­nii rośliny są uwa­żane za orga­ni­zmy bar­dziej pry­mi­tywne od zwie­rząt. Moim zda­niem ma to pod­łoże w braku zro­zu­mie­nia odmien­no­ści stra­te­gii ewo­lu­cyj­nych, które przy­jęły zwie­rzęta i rośliny.

Zwie­rzęta i rośliny nie­wąt­pli­wie dzieli bar­dzo wiele różnic, zarówno jeśli cho­dzi o meta­bo­lizm, budowę komórek, tka­nek czy całych orga­nów, jak i inte­rak­cje z innymi orga­ni­zmami i śro­do­wi­skiem.

Jedną z bar­dziej rzu­ca­jących się w oczy różnic jest posia­dana przez zwie­rzęta zdol­ność do ruchu, której rośliny wydają się być pozba­wione. Nie jest to jed­nak prawdą. O ile rze­czy­wi­ście rośliny w prze­ci­wieńs­twie do więk­szo­ści zwie­rząt nie są zdolne do loko­mo­cji, tj. auto­no­micz­nego prze­miesz­cze­nia całego orga­ni­zmu, to jak naj­bar­dziej mogą się poru­szać. Roślinne mecha­ni­zmy ruchu są jed­nak zupełnie inne od zwie­rzęcych, opie­ra­jących się głów­nie na wyko­rzy­sta­niu odpo­wied­nich bia­łek, np. mio­zyny. U roślin są to głów­nie ruchy wzro­stowe i tur­go­rowe. Pierw­sze zacho­dzą na sku­tek wzro­stu i podzia­łów komórek, zaś dru­gie dzięki zmia­nie ciśnie­nia tur­go­ro­wego, pociąga­jącej za sobą zmianę objęto­ści komórek.

Ilustracja
ani­ma­cja: doda­tek autora

W zależn­o­ści od mecha­ni­zmu można tu wyróżnić:

Tro­pi­zmy są reak­cjami wzro­sto­wymi roślin wywo­ła­nymi ukie­run­ko­wa­nym bodźcem. Za tro­pi­zmy odpo­wie­dzialny jest nie­rów­no­mierny roz­kład hor­mo­nów roślin­nych (auk­syn) w obrębie tka­nek lub orga­nów roślin­nych. Powo­duje to zróżn­i­co­wany wzrost komórek w różn­ych rejo­nach organu, a co za tym idzie jego wygięcie. Tro­pizm może być dodatni, kiedy organ kie­ruje się do miej­sca o sil­niej­szym dzia­ła­niu bodźca, lub ujemny, kiedy reak­cja zacho­dzi w prze­ciw­nym kie­runku. W zależn­o­ści od rodzaju bodźca możemy wyróżnić foto­tro­pizm, geo­tro­pizm, hydro­tro­pizm, ter­mo­tro­pizm i inne.

Ruchy całych nie­wiel­kich orga­ni­zmów (np. orzęsków) będące reak­cją na ukie­run­ko­wany bodziec nazy­wamy tak­sjami. Ruch w kie­runku bodźca to tak­sja dodat­nia, w kie­runku prze­ciw­nym – ujemna. Ruchy te służą poszu­ki­wa­niu naj­lep­szych dla danego orga­ni­zmu warun­ków śro­do­wi­sko­wych.

O nastiach mówimy w przy­padku ruchów wygięcio­wych nie­za­leżn­ych od kie­runku dzia­ła­nia bodźca. Ruchy te mogą być więc wywo­łane także przez bodźce roz­pro­szone. Nastie różnią się w spo­sób zde­cy­do­wany od tro­pi­zmów, ponie­waż w odróżn­ie­niu od tam­tych są w prze­wa­ża­jącej mie­rze ruchami spo­wo­do­wa­nymi przez zmiany tur­goru odpo­wied­nich komórek.

Tur­go­rem nazy­wamy stan napięcia ściany komór­ko­wej w wyniku dzia­ła­nia na nią ciśnie­nia hydro­sta­tycz­nego panu­jącego wew­nątrz komórki. Tur­gor zapew­nia jędr­ność tka­nek roślin­nych i pełni rolę w zacho­wa­niu ksz­tałtu komórek, a co za tym idzie, także całych orga­nów rośliny.

Ze względu na rodzaj bodźca można wyróżnić tutaj:

Poza wspom­nia­nymi tu przy­kła­dami moto­ryki roślin występują też inne, np. ruchy higro­sko­powe. Pow­stają one na sku­tek nie­rów­no­mier­nego wysy­cha­nia lub nasiąka­nia wodą mar­twych włókien ścian i błon komór­ko­wych.

Możemy więc z całą pew­no­ścią stwier­dzić, że nie­prawdą jest, że rośliny się nie poru­szają. Dla­czego więc pow­szechne mnie­ma­nie jest inne? Odpo­wiedź wydaje się pro­sta: ruchy roślin naj­czę­ściej są bar­dzo powolne – ich pręd­ko­ści są znacz­nie mniej­sze od pręd­ko­ści z jakimi mamy do czy­nie­nia w przy­padku zwie­rząt. Co naj­ważn­iej­sze, poru­sza­nie się z taką pręd­ko­ścią jest nie­zau­wa­żalne gołym okiem. Chcąc zaob­ser­wo­wać zja­wi­sko ruchu roślin trzeba się więc ucie­kać do różn­ych pomy­sło­wych i często uciążl­i­wych roz­wiązań, np. foto­gra­fii poklat­ko­wej w dłu­gich odstępach czasu, co może trwać tygod­niami.

Ist­nieją jed­nak rośliny, których ruch jest możl­iwy do zaob­ser­wo­wa­nia gołym okiem, bez pośred­nic­twa urządzeń tech­nicz­nych. Można tu wymie­nić na przy­kład mucho­łówkę ame­ry­kańską (Dio­naea musci­pula), będącą rośliną mięso­żerną. Jej liście pułap­kowe chwy­ta­jąc ofiarę, np. owada, zamy­kają się zwy­kle w cza­sie poje­dyn­czych sekund.

Hodowla mucho­łówek, podob­nie jak innych roślin mięso­żer­nych może spra­wiać pewne pro­blemy, szcze­gól­nie w warun­kach pra­cowni szkol­nej. Jest to oczy­wi­ście także godne pole­ce­nia, lecz tym razem chciałbym przed­sta­wić Sza­now­nemu Czy­tel­ni­kowi przy­kład innej rośliny, której hodowlę mogę z czy­stym sumie­niem pole­cić każd­emu zain­te­re­so­wa­nemu. Mam tu na myśli bar­dzo inte­re­su­jącą roślinę jaką jest mimoza wsty­dliwa (Mimosa pudica), nazy­wana także czułk­iem wsty­dli­wym. Wyka­zuje ona bar­dzo wyraźne ruchy sej­smo­na­styczne.

Hodowla i obser­wa­cje

Mimoza wsty­dliwa (Mimosa pudica) jest rośliną nale­żącą do rodziny bobo­wa­tych (Faba­ceae) i pod­ro­dziny mimo­zo­wych (Mimo­so­i­deae). Mimo, że jako roślina rude­ralna jest sze­roko roz­pow­szech­niona w całej stre­fie między­zw­rot­ni­ko­wej, to pocho­dzi naj­praw­do­po­dob­niej z Ame­ryki Połu­dnio­wej [4]. W sprzy­ja­jących warun­kach może two­rzyć gęste sku­pie­nia, które utrud­niają roz­wój innych gatun­ków roślin.

Mimoza bywa upra­wiana jako roślina ozdobna. W Pol­sce, ze względu na zbyt chłodny kli­mat nie może być upra­wiana w grun­cie, dobrze jed­nak spra­wia się jako roślina szklar­niowa i poko­jowa. Wyma­ga­nia śro­do­wi­skowe tej rośliny są nieco wygóro­wane, ponie­waż potrze­buje ona wil­got­nego, cie­płego powie­trza (około 25°C), żyznego pod­łoża i dobrze nasło­necz­nio­nego sta­no­wi­ska przez cały rok. Mimoza wymaga częstego pod­le­wa­nia. W cza­sie kwit­nie­nia dobrze jest sto­so­wać nawóz wie­lo­skład­ni­kowy.

Roślina jest zdrew­nia­łym półk­rze­wem lub byliną osiąga­jąca do 1 m wyso­ko­ści. Pędy posia­dają cier­nie, a osa­dze­nie ogon­ków liścio­wych jest naprze­mian­le­głe. Liście mimozy są zło­żone, podwój­nie pie­rza­ste. Każdy z nich jest podzie­lony na 10-26 naprze­ciw­le­głych par list­ków (Fot.1).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.1 – Liście zło­żone mimozy wsty­dli­wej (Mimosa pudica)

Mimozę dosyć łatwo hodo­wać w domu lub szkol­nej pra­cowni bio­lo­gicz­nej. W dobrych warun­kach może dojść nawet do kwit­nie­nia rośliny. Kwia­to­stany mimozy w for­mie główki są nie­zbyt duże, ale mają bar­dzo inte­re­su­jący wygląd. Ich barwa jest różo­wo­fio­le­towa, z korony wystają dłu­gie pręciki (Fot.2). Kwiaty są zapy­lane przez wiatr lub nie­wiel­kie owady. Kwit­nie­nie ma zwy­kle miej­sce w okre­sie od lipca do paździer­nika.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.2 – Kwia­to­stan mimozy wsty­dli­wej (Mimosa pudica)

W warun­kach hodowli poko­jo­wej bywa jed­nak, że mimoza kwit­nie także w zupełnie innym cza­sie. U mnie zda­rzyło się to np. w lutym, co można zaob­ser­wo­wać na Fot.3 – nie­ty­po­wość sytu­a­cji pod­kre­śla śnieg widoczny za oknem.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.3 – Mimoza wsty­dliwa (Mimosa pudica) kwit­nąca w lutym; dwa nie­doj­rzałe kwia­to­stany są widoczne na lewo i ku górze od dwóch w pełni roz­wi­niętych

Po zapy­le­niu każdy kwia­to­stan daje początek dużej licz­bie wie­lo­na­sien­nych strąków (Fot.4).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.4 – Strąki mimozy wsty­dli­wej (Mimosa pudica)

Strąki o dłu­go­ści 15–25mm są szorstko owło­sione na kra­wędziach klap. Poje­dyn­czy strąk można zoba­czyć na Fot.5.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.5 – Strąk mimozy wsty­dli­wej Mimosa pudica

Wysch­nięte strąki roz­sy­pują się na frag­menty (Fot.6A) zawie­ra­jące po jed­nym nasie­niu o owal­nym ksz­tałcie (Fot.6B).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.6 – Nasiona mimozy wsty­dli­wej (Mimosa pudica); A – frag­menty strąka zawie­ra­jące nasiona, B – nasiona

Łuski łatwo pękają uwal­nia­jąc nasiona (Fot.7).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.7 – Otwarta łuska wraz z nasie­niem

W przy­padku mimozy naj­bar­dziej inte­re­su­jące dla nas są liście zdolne do ruchów nastycz­nych. Roślina rea­guje wyraźnie na dotyk, o czym łatwo się prze­ko­nać. Wystar­czy deli­kat­nie dotk­nąć liścia, naj­le­piej w jego api­kal­nym rejo­nie, by wywo­łać odpo­wiedź rośliny (Fot.8A). Listki dru­giego rzędu skła­dają się wtedy do góry i sty­kają ze sobą gór­nymi powierzch­niami (Fot.8B-E). Przy sil­niej­szym pobu­dze­niu całe odcinki liścia zło­żo­nego zbli­żają się do sie­bie, a ogo­nek liściowy zwisa. Po ustąpie­niu czyn­nika pobu­dza­jącego pow­rót do poło­że­nia wyj­ścio­wego zaj­muje zwy­kle 15–20 minut (Fot.8F). Daje się zau­wa­żyć pewna zależn­ość szyb­ko­ści reak­cji rośliny od tem­pe­ra­tury oto­cze­nia – w niższych tem­pe­ra­tu­rach reak­cja jest wyraźnie wol­niej­sza.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.8 – Sej­smo­na­stia u mimozy wsty­dli­wej (Mimosa pudica); A – moment zadzia­ła­nia bodźca mecha­nicz­nego (0s, strzałka wska­zuje miej­sce zadzia­ła­nia bodźca, tj. dotyku meta­lo­wej pęsety), B – 1s, C – 2s, D – 3s, E – 6s, F – 30min

Obser­wo­wane zmiany są spo­wo­do­wane zmianą tur­goru w okre­ślo­nych gru­pach komórek zgi­na­jących i pro­stu­jących. Pierw­sze z nich leżą po gór­nej, dru­gie zaś po dol­nej stro­nie tzw. podu­sze­czek liścio­wych. Są to twory miesz­czące się u pod­stawy ogon­ków liścio­wych oraz list­ków [5].

Bodziec mecha­niczny wywo­łuje w komór­kach czu­cio­wych mimozy poten­cjał czyn­no­ściowy, obja­wia­jący się zmianą poten­cjału elek­trycz­nego błony komór­ko­wej. Jest on prze­wo­dzony wzdłuż błon komór­ko­wych na znaczne odle­gło­ści, podob­nie jak w komór­kach ner­wo­wych zwie­rząt. Pręd­kość prze­no­sze­nia impul­sów może wyno­sić bli­sko 20cm na sekundę. Roz­prze­strze­nia­nie poten­cjału czyn­no­ścio­wego jest związane z trans­bło­no­wym ruchem okre­ślo­nych jonów, co może uru­cha­miać kolejne pro­cesy. W przy­padku zmian tur­goru komórek moto­rycz­nych podu­sze­czek naj­ważn­iej­szym czyn­ni­kiem jest ruch katio­nów potasu K+. Po spod­niej stro­nie podu­sze­czek liścio­wych w wyniku pobu­dze­nia są one inten­syw­nie tran­s­por­to­wane na zew­nątrz komórek, co pociąga za sobą także wypływ wody z pro­to­pla­stów. Tur­gor wspom­nia­nych komórek ulega zmia­nie, co skut­kuje obser­wo­wa­nym ruchem ogon­ków liścio­wych. Pow­rót do stanu wyj­ścio­wego wymaga prze­tran­s­por­to­wa­nia katio­nów pota­so­wych i wody ponow­nie do wnętrza komórek [5][6].

Dzięki szyb­kiemu prze­wo­dze­niu poten­cjału czyn­no­ścio­wego zamk­nięcie całego liścia trwa bar­dzo krótko, jedy­nie kilka sekund.

Czemu wła­ści­wie służą ruchy nastyczne? O ile w przy­padku roślin mięso­żer­nych sprawa wydaje się oczy­wi­sta, to jeśli cho­dzi o mimozę o wiele trud­niej odpo­wie­dzieć na to pyta­nie. Być może w przy­padku oma­wia­nej rośliny skła­da­nie liści w odpo­wie­dzi na bodziec doty­kowy ma na celu och­ronę przed rośli­no­żer­cami.

Jak widzimy, mimoza jest bar­dzo inte­re­su­jącą rośliną pozwa­la­jącą na zapo­zna­nie się z fascy­nu­jącym tema­tem ruchu roślin. Łatwość uprawy pozwala na zasto­so­wa­nie jej w nau­cza­niu bio­lo­gii na wszyst­kich eta­pach ksz­tałc­e­nia. Widok rośliny poru­sza­jącej liśćmi zaw­sze wywo­łuje u obser­wa­to­rów duże zdzi­wie­nie, które można umie­jęt­nie wyko­rzy­stać i prze­ksz­tałcić w zain­te­re­so­wa­nie, a osta­tecz­nie także w zro­zu­mie­nie.

Lite­ra­tura:

W powyższym tek­ście doko­nano nie­wiel­kich zmian edy­tor­skich w sto­sunku do wer­sji opu­bli­ko­wa­nej w  cza­so­pi­śmie, w celu uzu­pełn­ie­nia i lep­szego przy­sto­so­wa­nia do pre­zen­ta­cji na stro­nie inter­ne­to­wej.

Uzu­pełn­ie­nie autora

Ruchy sej­smo­na­styczne mimozy pre­zen­tują się też bar­dzo dobrze na fil­mie:

Marek Ples

Aa