Зачем растениям изопрен?

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Изопрен, ненасыщенный углеводород с формулой С₅Н₈, интересен не только нам с вами. Напомню, что это мономер, из которого природа делает натуральный каучук, а химики — синтетический. Однако изопрен еще и оружие, которым пользуются растения, защищаясь от хищников.

Ученые давно подметили, что растение, впавшее в депрессию из-за засухи, жары или атаки насекомых, начинает выделять различные вещества, в том числе летучий изопрен. Его роль была не очень понятна. Точнее, уже известно, что изопрен защищает от жары, засухи и озона. Поэтому ели, дубы и тополя при высоких температурах выделяют этот углеводород. Однако исследователи из Университета штата Мичиган предположили, что этим роль изопрена не ограничивается. Что этот углеводород, вероятно, работает еще и как химическое оружие. Но эту гипотезу надо было проверить.

Объектом исследования стали растения табака. Природа не наделила их способностью вырабатывать изопрен. Возможно, поэтому табак так нагло жрут насекомые. Контрольной группой стал обычный табак, экспериментальной — генетически модифицированный, который обрел способность выделять летучий изопрен.

Затем исследователи на растениях обеих групп стали выращивать гусениц табачного бражника — злейшего врага табака. Кроме того, они наблюдали еще за одним типом вредителей растений — белокрылками, которые не пропускают вкусные листья табака.

И вот результат. Гусеницы, выращенные на табачных растениях, выделяющих изопрен, росли медленно по сравнению с их сородичами из контрольной группы. Если гусеницам давали возможность выбрать, что есть, они однозначно выбирали табак без изопрена.

Как же работает изопрен? Оказалось, что дело вовсе не в том, каков он на вкус. Детальный анализ ситуации на клеточном уровне показал, что изопрен активирует гены естественных защитных веществ растений. И растения начинают усиленно вырабатывать растительный гормон жасмоновую кислоту, которая, как известно, отпугивает насекомых. Если листья были механически повреждены, то есть надкушены, то растение вырабатывало больше изопрена и, соответственно, больше жасмоновой кислоты.

Интересно, что точно такой же процесс ученые смогли запустить и у обычных растений табака, не подвергшихся стрессу: их просто окуривали изопреном.

Конечно, производство защитных веществ, таких как изопрен и жасмоновая кислота, требует больших затрат энергии. И чем больше ресурсов тратит на это растение, тем меньше оно может вложить в свой рост. Но тут уж не до роста, если речь идет о выживании.

В общем, как всегда, надо найти разумный компромисс между ростом и защитой. И растения его находят! Так что нет сомнения, что и человек сможет воспользоваться этой технологией, чтобы уменьшить применение пестицидов на полях (Science Advances).