A tudomány jelenlegi állása szerint a Föld növényvilágának nagy része az állatokéval összevethető bonyolultsággal reagál a környezetére. Az állati viselkedést vizsgáló etológia analógiájára alig három évtizede kezdődtek olyan növénykutatások, amelyek célirányosan vizsgálják ezeket a reakciókat. A kutatói közösség és az ismeretterjesztő sajtó már jócskán túllépett a növényi érzékelés korai kutatására jellemző féltudományos módszereken és gondolatokon, amelyeket annak idején hevesen támadott az akadémikus tudomány, ám a „növényi neurobiológia” a mai napig számos vita kereszttüzében áll.

Az egyik legújabb és legvitatottabb tudományág, a növényi idegtudomány célja, hogy felfedje a növényi szervezeteken belül működő kommunikációs hálózat szerkezetét. A folyamatosan változó környezetben helyhez kötötten élő, fotoszintetizáló növények természetesen nem rendelkeznek olyan bonyolult, az információtovábbításra specializálódott hálózattal, mint az állati idegrendszer. A növényi szervezet különböző részei azonban szorosan összekapcsolódnak, s a fény, a levegőben jelen lévő vegyületek és a hőmérséklet adatai folyamatosan áramlanak a gyökerek és a levelek, a szár és a virág között, hogy a növények a lehető legtökéletesebben alkalmazkodhassanak a környezetükhöz. „A növények nagyon is tisztában vannak környezetükkel. Érzékelik a látható világot, különbséget tesznek vörös, kék, infravörös és ibolyántúli fény között, és a tapasztaltaknak megfelelően reagálnak. Érzékelik az illatokat, és felismerik a levegőben egészen parányi mennyiségben sodródó vegyületeket is. Tudomásuk van arról, ha valami hozzájuk ér, és megkülönböztetik a különböző fajta érintéseket. Érzik a gravitációt, és úgy irányítják növekedésüket, hogy a gyökereik lefelé, a hajtásaik pedig felfelé törekedjenek. Mindezeken felül pedig tisztában vannak a múlttal, emlékeznek a régen átélt fertőzésekre és más megpróbáltatásokra, és emlékeik alapján irányítják, módosítják fiziológiai folyamataikat” – állítja Daniel Chamovitz Mit tud a növény? című, magyarul 2018-ban megjelent könyvében. A neves botanikus megítélése szerint a kérdés nem az, hogy intelligensek-e a növények – igen hosszú időnek kell még eltelnie, amíg egyetértésre jutunk abban, hogy mit is jelent valójában ez a kifejezés –, hanem az, hogy érző lények-e – a válasz pedig az, hogy igen, azok. Ha pedig a növények valamilyen módon látnak, szagolnak, ízlelnek, tudják, hogy hol vannak és emlékeznek – azaz képesek tárolni és előhívni az élettanilag fontos információkat –, akkor talán az értelem egyfajta formájával is rendelkeznek.

Különleges érzékelés

A növényeknek az életben maradáshoz érzékelniük kell látható környezetüket. Ismerniük kell a fény irányát, mennyiségét és színét, valamint a világosság időtartamát, a látható és láthatatlan elektromágneses hullámokat. Eddig közel 700 mechanikai, kémiai, fény- és hőérzékelő növényi receptort fedeztek fel. Ezek az állatokénál többnyire jóval érzékenyebbek, a fényt például olyan ultraibolya és infravörös hullámhosszokon és olyan gyenge intenzitástartományokban is érzékelik, amiket az ember el sem tud képzelni. A növényeknek nincs központi idegrendszerük, amely összefüggő látvánnyá összegezné a beérkező jelzéseket; ehelyett a növekedést befolyásoló jelzésekként értelmezik a fény okozta ingerületeket. A legtöbb növény levelében – és egyes baktériumokban, gombákban is – megtalálható fitokróm a látható színkép vörös tartományaira érzékeny fotoreceptor, amely a nappal és az éjszaka hosszának függvényében szabályozza a virágzás idejét, valamint befolyásolja a „napi biológiai órának” is nevezett, az életműködést, a levelek mozgását és a fotoszintézist szabályozó cirkadián ritmust.

Vajon honnan tudják a növények, hogy merre van a fel, és merre a le? Kézenfekvőnek tűnik arra gondolni, hogy a napfény a kulcs, ez a felfelé irány legbiztosabb mutatója, csakhogy akkor miért növekszik a növény felfelé éjszaka is? És miért növekszik felfelé az épphogy kikelt csíra a föld alatt? Ha egy növényt fejjel lefelé fordítanak, lassú mozgással „újratájolja” magát oly módon, hogy a gyökerei ismét lefelé, a hajtásai pedig felfelé növekszenek. Ráadásul a növények nemcsak azt tudják, hogy merre van a le- és felfelé, hanem azt is, hogy hol vannak az ágaik, hogy a talajra merőlegesen vagy azzal valamilyen szöget bezárva növekszenek, az indák és a kacsok pedig mindig tudomást szereznek arról, hogy hol kínálkozik a legközelebbi kapaszkodó – a gyökerek és szárak „újratájolódása” tehát nem feltétlenül a nehézkedési erőhöz kötött. Vajon a gyökerekben és a hajtásokban két különböző gravitációérzékelő mechanizmus működik?

Mivel a növények képtelenek a menekülésre, helyváltoztatás nélkül kell reagálniuk. Éppen ezért különböző molekuláris válaszok fejlődtek ki bennük, amelyek a támadó megmérgezését, a társak figyelmeztetését vagy éppen a hasznos rovarok csalogatását szolgálják. Köztudott, hogy a növények illatokat bocsátanak ki, amelyek vonzzák az állatokat és az embereket, az azonban kevésbé ismert, hogy érzik a saját illatukat meg a közeli növényekét. A növényi neurobiológia kutatását Peter Tompkins újságíró és Christopher Bird kertész 1973-ban írt, a növények „titkos életéről” szóló könyve alapozta meg, míg az egyik legnagyobb hatású tanulmányt 1983-ban publikálta Ian Thomas Baldwin ökológus és Jack Schultz biológus a növények viselkedéséről és egymás közti kommunikációjáról. Az azóta a Max Planck Intézet, illetve a Missouri Egyetem növénykutató intézeteit vezető Baldwin és Schultz arra figyelt fel, hogy ha a nyárfák leveleit vagy törzseit megsértik, illékony fenolvegyületet termelnek. A mérgező anyagról eleinte azt gondolták, hogy a kártevők elleni védekezésben játszik szerepet, csakhogy kiderült: egy idő után a sértetlen szomszédok testében is megjelenik. Feltevésüket, hogy a vegyület nem más, mint veszélyt jelző szignál, kísérletileg bizonyították. Bár kezdetben még a heves közérdeklődés sem tudta rávenni a tudományos világot arra, hogy elfogadja a növények kémiai alapú információközlésének elméletét, az elmúlt évtizedekben ismételten és számos növényfaj esetében kimutatták az illatok, azaz vegyületek útján történő kommunikációt.

Morfogenetikus memória

Mindmáig tudományos viták tárgya az a kérdés, hogy a gravitáció ellenére miként juttathatják fel a fák gyakran több tízméteres magasságba a vizet a gyökerektől a levelekig. Egy magyar vezetésű nemzetközi kutatócsoport 2017-ben végzett kísérlete kimutatta, hogy a fákban ritmikusan, néhány órás időközönként változik a víz nyomása. Az eredmények a vízszállítás eddig ismeretlen mechanizmusát sejtetik: a fák „pumpálják” a vizet. A korábbi elképzelésnek gyökeresen ellentmondó eredmények alapján feltételezhető, hogy a vízszállításban a perisztaltikához hasonló, aktív összehúzódási folyamatok is szerepet játszanak. Természetesen további kísérleteket kell végezni ahhoz, hogy a pulzálás okát és pontos mechanizmusát feltárják, de annyi bizonyos, hogy a fák éjszaka is mozognak.

A növények gyökerei átkutatják a talajt, felszívják a vizet és a növény fejlődéséhez szükséges anyagokat; érzékelik a szomszédos növények és a talajban élő mikroorganizmusok kémiai üzeneteit. A növények képesek megkülönböztetni egymástól az oldható vegyületeket, folyamatosan szabályozzák, hogy milyen ásványi anyagból mennyit vegyenek fel, észlelik a talajban lévő ásványi anyagokat, és eldöntik, melyikből mennyire van szükségük. Ha a talaj nedvességtartalma csökken, a növény megváltoztatja a gyökér szerkezetét, arrafelé növekszik, ahol a legnagyobb valószínűséggel talál nedvességet. Chamovitz elképzelhetőnek tartja, hogy azok a gyökerek, amelyek először tapasztalnak szárazságot, kémiai jelzésekkel figyelmeztetik a „gyanútlanokat”, hogy az egész növény felkészüljön a megpróbáltatásra.

Bár a növények természetesen nem a szó általuk használt értelmében „éreznek”, tudják, hogy megérintjük őket. Nem csak azt érzik, hogy mikor nyúlunk hozzájuk; meg tudják különböztetni a hideget a melegtől, és érzik, hogy mikor cibálja az ágaikat a szél. Érzik a közvetlen érintést; a kúszónövények indái azonnal gyors növekedésnek indulnak, ha például egy kerítéshez érnek hozzá, amire rá lehet kapaszkodni, a Vénusz légycsapója pedig egy rovar érintésére sebesen összecsapja az „állkapcsait”. A növények életük folyamán sokféle mechanikus ingernek vannak kitéve: cibálja őket a szél, veri az eső meg a hó, és az állatok is gyakran kerülnek érintkezésbe velük – így aztán nem meglepő, hogy az érintés hatására visszafogják növekedésüket. A növekedés mechanikus inger hatására történő lassítása olyan alkalmazkodás, ami a sokszoros, olykor kíméletlen fizikai hatások ellenére is növeli a növény életben maradásának esélyeit. Rudolf Dostál cseh botanikus a 20. század elején tanulmányozta a növények alakjának és megjelenésének változásait, amit ő morfogenetikus memóriának nevezett. Megfigyelései alapján bizonyítást nyert, hogy ha a növény valamely pontján érzékel egy ingert – például az egyik levelén esett sérülést vagy egy gallyának elpattanását –, eleinte nincs rá különösebb hatással, amikor azonban a környezeti körülmények megváltoznak, visszaemlékszik a korábbi tapasztalatra, és annak megfelelően módosítja a növekedését.

Helyhez kötött, gyökereikkel a földbe kapaszkodó szervezetekként a növények nem tudnak elhúzódni vagy elmenekülni, de meg tudják változtatni anyagcseréjüket, hogy a lehető legjobban alkalmazkodjanak a változó körülményekhez. A magas hegygerinceken növekvő fákat gyakran tépázzák viharos szelek, ezért rövidebb ágakat és kurtább, vaskosabb törzset növesztenek. Ugyanennek a fafajnak védett völgyekben élő példányai ugyanakkor magasabbak, sudárabbak lesznek, és lombkoronájuk is terebélyesebb.

A „koronafélénkség” névre hallgató természeti jelenség lényege, hogy néhány fafajta egyedei egyáltalán nem szeretnek érintkezni a másikkal. A furcsa viselkedésmódot az 1920-as években fedezték fel, és azóta számtalan magyarázat született az okára, de tudományosan egyiket sem sikerült még bizonyítani. Egyes tudósok úgy vélik, hogy a fák így próbálják meg csökkenteni a számukra káros rovarok mozgásterét. Mások szerint a fák egymást védik, hogy az erős szél ne törje le könnyedén ágaikat, de az sem elképzelhetetlen, hogy így optimalizálják a fénykibocsátást, ezáltal maximalizálva a fotoszintézis folyamatát.

Kellemes és kellemetlen hatások

Tanulmányok sora foglalkozott azzal az utóbbi évtizedekben, hogy a zene milyen hatást gyakorol a növényekre, amelyek nem rendelkeznek kifejezetten a hangok érzékelésére alkalmas szervvel, de a hanghullámokat tökéletesen érzékelik. A hanghullámok rezgései pedig felgyorsítják az úgynevezett protoplazmatikus mozgást, amely fokozza a növények sejtalkotását és növeli az ásványi anyagok tartalmát, ezáltal a „zenehallgató” növény erősebb és nagyobb lesz. A különböző stílusú zenék eltérő frekvenciákat bocsátanak ki, így más-más hatást gyakorolnak: a nagyobb hangnyomást eredményező rockzene hatására a növények eltávolodnak a hangszóróktól, a klasszikus muzsika „hallatán” pedig közelebb húzódnak a hangfalhoz és összefonódnak egymással, jobb terméssel és egészséges külsővel hálálják meg ezt a sajátos törődést.

Bár a növények képesek komplex reakciókat adni a környezeti hatásokra, annak megválaszolása nem könnyű, hogy vajon érzik-e a fájdalmat. A frissen nyírt fű jellegzetes illata sokak számára elengedhetetlen a nyári hangulathoz, a növények számára azonban nem éppen kellemes. A szag valójában egy kémiai jelzés, amivel a sérült fűszálak a környező társaik figyelmét hívják fel a veszélyre. A Bonni Egyetem csapatának 2002-es tanulmánya szerint a növények bizonyos gázkibocsátásait az emberi sírásnak lehet megfeleltetni. A kutatók lézermikroszkópokkal vizsgálták a növényeket, miközben megsebesítették őket, és arra jutottak, hogy a gázok előállításakor az emberi fül számára érzékelhetetlen hanghullámok is keletkeznek. A Missouri Egyetem szakértői 2014-ben felfedték, hogy a növények a rágás hangjára is adnak válaszokat. A kutatók táplálkozó lepkék zajának tették ki a növényeket, aminek hatására védelmi mechanizmusok indultak be náluk. Egyelőre nem tudni, hogy a „segélykiáltást” meghalló növények miként fogják fel a feléjük áradó információt, a kutatók sejtése szerint a sejtmembránjaikkal lép valahogy kölcsönhatásba a másik növény által kibocsátott kémiai jel.

A Nyugat-ausztráliai Egyetem és a svéd Lundi Egyetem kutatóinak 2019-ben publikált tanulmánya szerint a növények az esőre reagálva egy összetett vegyületláncot engednek ki magukból, ami több ezer gént, több száz fehérjét, valamint rengeteg növekedési hormont érint. Miután az első vízcseppek elérik a növény levelét, tíz percen belül elindul a reakció, majd a hatás folyamatosan erősödik, nagyjából 25 percen keresztül. De miért reagál „pánikszerűen” a növény az esőre? Attól függetlenül, hogy szüksége van vízre a fotoszintézishez, az esővíz különböző vírusos, bakteriális és gombás fertőzéseket is hozhat. Sőt, a betegségek növényről növényre is terjedhetnek, ezért jelzik a többieknek, hogy vonják fel védelmi rendszerüket az esővel szemben.

A fák titkos élete

Peter Wohlleben német erdész 2018-ban magyarul is megjelent bestsellerében a fák titkos életébe enged betekintést, eddig nem is sejtett képességeikből nyújt ízelítőt. Wohlleben a közelmúltban Suzanne Simarddal, a kanadai University of British Columbia ökológusával Intelligens fák címmel dokumentumfilmet is készített felfedezéseiről, fő állítása pedig önmagában is meglepő: a fák beszélgetnek egymással az erdők alatt húzódó, gyökerekből és gombafonalakból álló hálózaton keresztül. De a fák antropomorfizálása nem áll meg itt, az erdész szerint a fák szülőként törődnek az utódaikkal, barátságokat, szövetségeket kötnek, harcolnak a számukra nem kívánatos fajokkal szemben, fájdalmat éreznek, emlékeznek, és tudnak számolni is. A fák viselkedésének bemutatása és már-már megszemélyesítésbe hajló leírásuk követhetőbbé teszi a fajták közötti különbségtételt is. A mindig összetartó bükkök például csak erdőben, a fajtársaik közt érzik igazán jól magukat, ezzel szemben a tölgyek kisebb csoportokban vagy akár egyedül is megbirkóznak a kihívásokkal. A tölgyeknél sokkal jobban kedvelik az egyedüllétet a fűzfák és a nyárfák, amelyek az erdő védelme nélkül is képesek a túlélésre.

Wohlleben szerint a fák nem csupán jól alkalmazkodnak, tanulni is képesek: ha például egy fának egész életében sok víz áll rendelkezésére, de egy aszályos nyáron hirtelen elfogy a víz, a fa ezt megjegyzi, és később minden évben sokkal takarékosabb lesz a vízzel, mint korábban. Az erdész bemutatja azt is, hogyan gondoskodnak a fák az utódaikról. A korai évtizedekben az öreg fák a föld alatti hálózaton keresztül látják el táplálékkal az utódaikat, amelyek így olyan szilárd és tartós törzset növesztenek, mintha akadály nélkül jutna hozzájuk a napfény. Wohlleben úgy véli, a mai erdőgazdálkodással éppen az a probléma, hogy figyelmen kívül hagyja, milyen is egy igazi erdő. Mivel a fákat egymástól távolra telepítik, nem tudnak kapcsolatba lépni egymással, s bár nagyon gyorsan nőnek, a törzsük nem lesz eléggé ellenálló. Nem véletlen, hogy a komoly viharkárok szinte mindig telepített erdőkben keletkeznek. Ráadásul a telepített erdők fáit általában már – a számukra „gyerekkornak” tekinthető – 80 éves korukban kivágják. Egy évszázadok óta érintetlen erdőben egy 80 éves fa gyakran alig magasabb két-három méternél, a telepített erdők 80 éves fái ehhez képest viszont már kitermelhető szálfák. Wohlleben éppen ezért hasonlítja ezeket a fákat a húsukért tenyésztett állatokhoz. A mesterségesen telepített, fiatalabb erdőkben gyakran a fák sem érzik magukat túl jól, és kényelmetlenségüket jelzik is egymásnak. A könyvben idézett kutatások szerint ezt az ember is érezheti: minél öregebb és minél egészségesebb egy erdő, annál jobb benne az emberek közérzete, és annál nyugodtabbak a túrázók: a pulzusuk kiegyenlítődik, a vérnyomásuk lecsökken. Wohlleben szerint az emberi civilizáció alapja, hogy más élőlényeket használunk a túlélésünk és fejlődésünk érdekében, és ezzel semmi probléma nincsen. Elvárható viszont, hogy minél többet tudjunk ezekről az élőlényekről, minél tisztességesebben bánjunk velük, és ne pazaroljuk a tőlük kapott erőforrásokat. Az egyre fogyatkozó erdők fennmaradásáért vívott küzdelemben ugyanis egy igen ritka és rengeteg titkot rejtő, pótolhatatlan ökoszisztémát fenntartó lényt, a Föld leghatalmasabb élő organizmusát védjük.

PRUSINSZKI ISTVÁN

EREDETILEG MEGJELENT
A KÖRMENDI FIGYELŐ XXVII/20. SZÁMÁBAN,
2019 DECEMBERÉBEN