Израильским ученым удалось зарегистрировать ультразвук, который издают растения томата (Solanum lycopersicum) и табака (Nicotiana tabacum), если их оставить без воды или подрезать стебли. В зависимости от растения и условия частота звуковых колебаний составляла от 49 до 58 килогерц при уровне звукового давления от 60 до 65 децибелов. В состоянии стресса, вызванного отсутствием влаги или механическими повреждениями, растения, таким образом, могут издавать звуки, пишут ученые в препринте, опубликованном на bioRxiv.org.
Обновлено: в марте 2023 года статья опубликована в журнале Cell.
Механические повреждения, нехватка воды или солнечного света вызывают у растений стрессовую реакцию, которая обычно хорошо заметна: например, по изменению цвета и формы листьев и цветков, а также — по изменению химической структуры испускаемых летучих веществ. На состояние стресса растений, в свою очередь, реагируют другие находящиеся рядом растения (за счет чего они могут успеть предпринять необходимые меры для того, чтобы избежать того же самого), а также животные — например, насекомые-опылители.
Ученые под руководством Ицхака Хаита (Itzhak Khait) из Тель-Авивского университета предположили, что зрительными и обонятельными сигналами стрессовая реакция растений не ограничивается, и решили проверить, издают ли они в таком состоянии звуки. Они поместили в прозрачную коробку несколько растений томата и табака и поставили рядом (на расстоянии десяти сантиметров) устройства, записывающие ультразвук: ученые регистрировали только звуки в диапазоне от 20 до 150 килогерц — выше уровня присутствующего в коробке фонового шума.
Состояние стресса у растений вызывали, лишая их воды и высушивая почву, а также подрезая стебель — а затем сравнивали со звуками, которые растения могут издавать в контрольном условии. Всего звуки регистрировали в течение часа.
Оказалось, что и томат, и табак в состоянии стресса (по сравнению с контрольным условием) довольно сильно шумят. Ученым удалось зарегистрировать звуки с частотой в 49,6 килогерца от страдающего от засухи томата и 54,8 килогерца — от табака. С подрезанными стеблями частота издаваемых звуков составляла 57,3 и 57,8 килогерца для томата и табака, соответственно. Уровень звукового давления составлял от 60 до 65 децибелов — в зависимости от условия и растения.
Шум, издаваемый растениями, был не постоянным: скорее это были отдельные «выкрики». Причем томаты издавали их больше, чем табак: 35 против 11 при засухе и 25 против 15, когда стебли были подрезаны. Полученные звуки ученые использовали для обучения алгоритма-классификатора: с помощью него ученым удалось научиться фильтровать звуки растений от шума среды с точностью около 99 процентов, а определять их среди других природных звуков (например, дождя) с точностью в 70 процентов.
Авторы предполагают, что регистрируемый звук образуется при кавитации — формировании и разрушении пузырьков воздуха в ксилеме сосудистых растений. Кавитация, например, предшествует спаду листьев в осеннее время, а распознать ее можно по характерным вибрациям. Разумеется, различить издаваемые растениями звуки человеческое ухо не может, но могут это сделать, например, другие растения или насекомые.
Поведение растений (в том числе реакцию на стресс и звуки, которые они издают) изучается в рамках отдельной научной дисциплины — растительной нейробиологии. Подробнее о ней вы можете прочитать в материале «Если бы деревья могли говорить».
Елизавета Ивтушок
Также на когнитивное снижение повлияли варианты Гена APOE: аллель APOE4 его ускорила, а аллель APOE2 — замедлила
Исследователи из Колумбии и США изучили, как генотип аполипопротеина и годы образования влияют на когнитивные функции при наследственной болезни Альцгеймера. Выяснилось, что у носителей мутации PSEN1 E280A, связанной с семейной болезнью Альцгеймера, когнитивное снижение наступает раньше и развивается быстрее, если у них в то же время есть аллель APOE4, а у таких же носителей, но с аллелью APOE2, это снижение происходит медленнее. Также более медленное снижение когнитивных способностей было характерно для пациентов, которые больше лет жизни потратили на учебу, — и это к тому же ослабляло влияние особенно опасных вариантов APOE. Результаты опубликованы в Nature Communications. При семейной или наследственной болезни Альцгеймера (БА) когнитивный спад наступает рано и за несколько лет прогрессирует до слабоумия. Семейную болезнь Альцгеймера вызывают некоторые мутации, например, мутация E280A в гене мембранного белка пресенелина PSEN1. Еще один ген, влияющий на развитие и течение БА — ген белка аполипопротеина Е (APOE). Разные варианты этого гена связаны с большим или меньшим риском спорадической (ненаследственной) болезни Альцгеймера: аллель APOE4 повышает риск, а аллель APOE2 снижает его. О том, как варианты APOE влияют на развитие семейной БА известно мало. Одно небольшое исследование показало, что деменция у носителей мутации PSEN1 E280A наступает раньше, если у них есть аллель APOE4. Другое исследование не обнаружило влияния APOE4, но выявило, что аллель APOE2 задерживает клиническое начало заболевания примерно на 8 лет. Кроме того, на развитие БА влияют другие факторы: образ жизни, социально-экономические условия и другие показатели здоровья. Стефани Лангелла (Stephanie Langella) из Гарвардской медицинской школы вместе с коллегами из Колумбии и США решила выяснить, как варианты APOE и количество лет учебы влияют на когнитивные показатели пациентов с наследственной БА (исследователи не выделяли отдельно высшее образование или ученую степень, а смотрели именно на число лет, уделенных образованию). Для этого они проанализировали данные 675 носителей мутации E280A и 594 пациентов, у которых этой мутации не было. Носители и неносители мутации были членами одних и тех же семей. Ученые сравнивали баллы пациентов в краткой шкале оценки психического статуса (MMSE), которую используют для диагностики клинических проявлений деменции. Баллы MMSE у носителей и неносителей мутации PSEN1 E280A начинали различаться уже в возрасте 31,5 года — с этого момента когнитивные показатели носителей снижаются намного быстрее. У пациентов с мутацией E280A, у которых также была аллель APOE4 (141 человек), клиническое начало БА было более ранним, а у пациентов с мутацией E280A, но без аллели APOE4 (534 человека) — наоборот, наступало позже. Расхождения начинались в возрасте 44,3 лет — как раз во столько появляются первые признаки болезни Альцгеймера у пациентов с наследственной формой. Другая аллель, APOE2, напротив, была связана с более медленным когнитивным снижением в группе носителей PSEN1 E280A. А вот когнитивные траектории пациентов без мутации E280A были примерно одинаковыми и не зависели в от варианта APOE. Также исследователи обнаружили, что возраст начала клинических проявлений БА у пациентов с мутацией PSEN1 E280A зависел от количества лет, которые они потратили на учебу. Их когнитивные показатели снижались тем медленнее, чем больше они учились, — и это проявлялось особенно сильно у носителей аллели APOE4 и неносителей APOE2. То есть отрицательный эффект аллели APOE4 ослаблялся. Почти то же было и с неносителями мутаций, связанных с БА: более долгая учеба была связана с более высокими баллами MMSE, но здесь варианты APOE роли не играли. Пока не ясно, как именно аллель APOE4, связанная с большим риском, ухудшает течение семейной болезни Альцгеймера, и как другая аллель — APOE2 — от нее защищает. Но, как видно, большая продолжительность учебы снижает дополнительный риск. А иногда от вредного действия мутаций защищают другие мутации. Недавно исследователи обнаружили мутацию, которая отсрочила развитие семейной болезни Альцгеймера у мужчины. Это был редкий вариант гена RELN — H3447R или RELN-COLBOS. Клинические проявления начались у пациента почти на 20 лет позже обычного. Мужчина был не первым счастливчиком: до этого подобный случай был с женщиной, у нее мутация была как раз в гене APOE.