Растения демонстрируют, что не являются полностью инертными; они растут и корректируют направление этого развития в ответ на различные стимулы, процесс, известный как тропизм. Некоторые виды направляют свои побеги к Солнцу (гелиотропизм), в то время как другие следуют или сопротивляются силе гравитации (гравитропизм), а многие склонны направлять свои корни в области почвы с большей доступностью воды (гидротропизм).
Кроме того, растения используют это ограниченное движение для защиты от вредных веществ. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science, китайские и австрийские ученые обнаружили новый тип тропизма: растения изгибают свои корни, чтобы отдалиться от мертвой или гниющей материи. Это явление было названо «сапротропизмом», используя префикс сапро, производный от греческого слова «гнилой» или «разложившийся».
Это движение позволяет растениям избегать поглощения токсинов, высвобождаемых микробами во время разложения в загрязненных частях почвы. Биолог Ючжоу Чжан, соавтор и инициатор исследования, отметил, что «животные инстинктивно избегают испорченной пищи, потому что она часто содержит вредные микроорганизмы», задаваясь вопросом, могли ли растения, несмотря на отсутствие подвижности, разработать аналогичную тактику под землей.
Исследование началось с неудачного эксперимента, проведенного Чжаном в лаборатории в Австрии. Пытаясь понять реакцию растений на гравитацию, он заметил, что чашка Петри с агаром была заражена микробами, присутствующими в воздухе. Этот случай привел к наблюдению того, что все корни образцов изгибались в сторону от загрязненных участков, что побудило к более детальному анализу.
В тестах исследователи посадили саженцы вида Arabidopsis thaliana в емкости, содержащие различные разлагающиеся органические материалы, такие как древесная стружка, листья или ломтики яблок. Как и ожидалось, корни отклонялись от «зон разложения», где гнилой материал загрязнял окружающую почву. Примечательно, что корни демонстрировали разное поведение, когда органический материал был животного происхождения, например, кусочки куриного мяса.
Тот же эффект был наблюдаем и в других культурах, включая пшеницу, помидоры и рапс, что предполагает, что эта реакция может быть общим признаком растительного царства. Ключевым фактором, отличающим это явление от других тропизмов, является то, что, в то время как большинство предыдущих тропизмов было связано с небиологическими (абиотическими) стимулами — такими как свет, вода или гравитация, — в случае сапротропизма рост подвергается влиянию живых микроорганизмов почвы.
Механизм, лежащий в основе этой реакции, также отличается от других тропизмов. В то время как при фототропизме растение использует перераспределение ауксина, гормона роста, для ориентации к свету, при сапротропизме направление определяется абсцизовой кислотой (АБК) — растительным гормоном, чувствительным к pH почвы. Грибы действуют как сигнализаторы: разлагая мертвые растительные ткани, они высвобождают кислые метаболиты (такие как органические и фенольные кислоты) в почву, создавая зоны повышенной кислотности. Растения обнаруживают это повышение кислотности и концентрируют абсцизовую кислоту на стороне корня, ближайшей к разлагающемуся материалу, вынуждая рост в противоположном направлении и тем самым отклоняясь от загрязненной области.
Эксперименты показали, что когда органический материал полностью разлагается и интегрируется в почву, растение возвращается к нормальному росту. Чжан заявил, что «когда растительный материал почти полностью разложился, сигнал тревоги в виде кислоты исчез, и корни перестали отклоняться».