Искра жизни. Электричество в теле человека

Устьица сформированы из двух «замыкающих» клеток, которые образуют пору и управляют ее открыванием и закрыванием, регулируя количество содержащейся в них воды. Когда замыкающие клетки набухают и раздуваются, пора между ними открывается, а когда они теряют воду и становятся дряблыми, пора захлопывается. Перемещение воды, влияющее на объем замыкающих клеток и, следовательно, на состояние устьица, регулируется комбинацией насосов и каналов. Повышение интенсивности света вызывает выкачивание положительно заряженных ионов водорода из клетки, создавая отрицательный потенциал на клеточной мембране. Это изменение мембранного потенциала, в свою очередь, открывает калиевые каналы, позволяя ионам калия входить в замыкающие клетки. Вода следует за ионами калия, так что замыкающие клетки увеличиваются в объеме на 40% и открывают пору устьица. Пока калиевые каналы открыты, пора не закрывается. Когда же уровень освещения падает или растение испытывает недостаток воды, калиевые каналы закрываются. Как следствие, вода уходит, замыкающие клетки сжимаются, и пора устьица закрывается.

В определенном смысле, управляя набуханием замыкающих клеток, калиевые каналы растения регулируют процесс фотосинтеза. Можно утверждать, что они самые важные ионные каналы на Земле. Я даже в каком-то смысле горжусь, что эти калиевые каналы относятся к тому же семейству каналов, к которому принадлежат и мои любимые каналы. У них, наверное, был общий предок, появившийся очень давно, еще до того, как царства животных и растений разделились.

Жизнь на полосе для тихоходов

Удивительно, но некоторые растения не только имеют ионные каналы, но и могут генерировать потенциал действия. Однако электрические импульсы растений отличаются от нервных импульсов: они более продолжительны, распространяются медленнее и передаются другими ионами. Электрический импульс водоросли Nitella, например, инициируется не притоком положительно заряженных ионов натрия, а оттоком из клетки отрицательно заряженных ионов хлора. И это не случайно. В отличие от животных клеток клетки большинства наземных растений не плавают в соленой внеклеточной жидкости. Концентрация ионов очень низка в стенках клеток растений, и поэтому приток ионов натрия не может создать потенциала действия. Растению в результате приходится полагаться на отток ионов хлора.

Растения-хищники генерируют потенциал действия для захватывания добычи. Одним из самых интересных среди них является венерина мухоловка, любимый цветок Чарльза Дарвина. Это растение, как он отмечал в своих заметках, «удивляет быстротой и силой движений». Чтобы выжить на бедных азотом почвах болот, где она обитает, венерина мухоловка дополняет свой рацион мелкими насекомыми. Она завлекает их в «ловушку», образованную видоизмененным листом, которая состоит из двух ярко-красных долей, похожих на створки раковины моллюска, и окаймлена длинными розовато-зелеными волосками. В состоянии покоя ловушка заманчиво открыта. Но стоит неосторожной мухе сесть на ее сладкую, липкую поверхность, как две створки захлопываются, запирая насекомое внутри. Длинные волоски на кромке долей плотно сцепляются, как зубья крысоловки, не давая выбраться насекомым покрупнее. Мелкие насекомые могут протиснуться наружу, скорее всего потому, что с какой-нибудь крошечной мошкой просто энергетически невыгодно возиться, а большие насекомые медленно перевариваются и дают растению азот, так необходимый для синтеза его собственных белков. Примерно через семь дней ловушка открывается, выбрасывая непереварившиеся остатки.

Каждому, кто когда-нибудь пытался прихлопнуть муху, знает, что эти насекомые передвигаются быстро. Таким образом, чтобы поймать муху, венерина мухоловка должна двигаться еще быстрее. Для этого у нее в процессе эволюции сформировалась специальная электрическая сигнальная система. Каждая доля ловушки имеет несколько трехгранных волосков, выступающих над поверхностью и обладающих исключительной чувствительностью к прикосновениям. Если положение более чем двух таких волосков изменяется примерно в один и тот же момент, например в результате движения насекомого, то доли захлопываются так быстро, что и глазом моргнуть не успеешь2. Волоски снабжены механочувствительными ионными каналами, и прикосновение к ним приводит к генерированию потенциала действия, который распространяется по клеткам долей в направлении центра ловушки. В состоянии покоя доли ловушки вогнуты, но когда электрический сигнал достигает центральной части, они резко изменяют форму с вогнутой на выпуклую и образуют карман, запирающий добычу. О том, как именно это происходит, все еще идут споры, но в этом процессе участвуют ионные каналы, инициирующие перемещение ионов и воды, которое приводит к дифференцированному набуханию и сжатию клеток долей и, таким образом, к резкому изменению давления в листе.