Planten communiceren in stilte met elkaar. Ze kunnen hun omgeving waarschuwen voor naderend gevaar door bepaalde stoffen uit te stoten, bijvoorbeeld als ze door insecten gewond zijn geraakt. Planten om hen heen pikken deze luchtdeeltjes op en komen in actie om zichzelf te beschermen. Tamelijk briljant dus.
Het gaat om zogenoemde vluchtige organische stoffen, oftewel VOS. Die activeren de verdedigingsmechanismen van planten en zorgen ervoor dat ze voorbereid zijn op dreigend gevaar. Sinds 1983 is deze vorm van communicatie tussen planten al bij dertig verschillende plantensoorten aangetroffen, maar de moleculaire mechanismen die hierachter schuilgaan, waren tot voor kort onduidelijk. Japanse wetenschappers hebben de communicatie tussen planten daarom in real-time gevisualiseerd en ontdekt hoe VOS worden opgenomen door planten. Kort gezegd, werkt het als volgt: bepaalde groenebladgeuren reizen van plant naar plant, waarna Ca2+-deeltjes, oftewel calciumionen, vrijkomen binnenin de ontvangende plant, die als reactie daarop de verdediging opschroeft.
Uitbarstingen van fluorescerende groentinten
Hoofdonderzoeker professor Masatsugu Toyota van de Japanse Saitama University legt uit hoe de bijzondere ontdekking tot stand kwam. “We hebben speciale apparatuur in ons lab opgezet, waarmee we VOS van door rupsen beschadigde planten konden uitstoten richting onbeschadigde buurplanten. Dit combineerden we met een groots opgezet, real-time fluorescerend beeldvormingssysteem”, legt Toyota uit. De innovatieve setup toonde allerlei uitbarstingen van fluorescerende groentinten in de bladeren van een mosterdplant, nadat de plant blootgesteld werd aan de ‘alarmerende’ luchtdeeltjes van de door insecten beschadigde planten. De ontvangende planten maken fluorescerende eiwitsensoren aan door de stroom intercellulair Ca2+ die vrijkomt. Door de veranderingen in groen licht te observeren, is het mogelijk om de fluctuerende Ca2+-concentraties te monitoren.
Groenebladgeuren
“We hebben niet alleen rupsen op de planten losgelaten, maar ook VOS in de atmosfeer gebracht door de blaadjes met de hand fijn te knijpen en te verpulveren. Hierdoor zagen we dat er Ca2+-signalen in de onbeschadigde buurplanten ontstonden”, zegt Toyota (zie bovenstaande video). Het onderzoeksteam onderzocht verschillende VOS-soorten, waarvan bekend is dat planten ze uitstoten als verdedigingsmechanisme, om uit te zoeken welke specifieke stof er verantwoordelijk is voor het Ca2+-signaal. Ze kwamen erachter dat twee VOS, namelijk Z-3-HAL en E-2-HAL, beide 6-koolstof-aldehyden, het Ca2+-signaal veroorzaken bij de mosterdplant (zie onderstaande video). Deze Z-3-HAL en E-2-HAL zijn luchtdeeltjes die naar vers gemaaid gras ruiken. Het zijn zogenaamde groenebladgeuren, die erom bekendstaan dat ze uitgestoten worden als planten mechanisch of door een planteneter worden beschadigd.
Huidmondjes happen de stoffen op
Wanneer de aldehydes door de huidmondjes van de mosterdplant naar binnen gaan, worden verdedigingsgerelateerde genen in het blad actiever. De wetenschappers wilden precies weten hoe dit proces in zijn werk gaat en hebben daarom chemische stoffen aan de mosterdplant toegediend die de Ca2+-signalen binnenin de bladeren onderdrukken en zo de verdedigingsgenen remmen. Uiteindelijk konden ze op deze manier de invloed van de groenebladgeuren en de daaropvolgende werking van het Ca2+-systeem in de ontvangende plant bewijzen.
Genetische mutanten
Ook identificeerden ze de specifieke cellen die het Ca2+-signaal uitzenden. “Planten hebben geen neus, maar zijn wél uitgerust met stomata (huidmondjes) die als doorgeefluik fungeren voor de plant. Zo worden de groenebladgeuren snel opgenomen in het weefsel van de bladeren”, vertelt Toyota. De onderzoekers kwamen erachter dat de Ca2+-signalen een stuk minder vaak voorkwamen als ze de bladeren van de mosterdplant insmeerden met het fytohormoon ABA, dat bekendstaat om zijn vermogen om huidmondjes dicht te plakken. Genetische mutanten waarbij ABA minder goed aanslaat, lieten hogere Ca2+-concentraties zien in de testen. Allemaal aanvullend bewijs dat de wetenschappers op het juiste spoor zaten.
Het mysterie is ontrafeld
“We hebben eindelijk het mysterie ontrafeld achter het fascinerende verhaal van de stille communicatie tussen planten: de waarschuwingssignalen die door de lucht reizen, onzichtbaar voor mens en dier”, zegt Toyota. “Dit prachtige communicatienetwerk speelt een cruciale rol in het beschermen van planten in de directe omgeving. De buren worden snel en doeltreffend gewaarschuwd door een minder gelukkige plant voor biologische gevaren die eraan zitten te komen.”
Deze prachtige studie laat zien waar planten allemaal toe in staat zijn. De natuur heeft ze op wonderbaarlijke manieren uitgerust, zodat ze zich kunnen aanpassen en beschermen in tijden van nood. De grootse implicaties van deze bevindingen hebben niet alleen betrekking op het plantenrijk, maar laten een glimp zien van het magistrale wonder van het leven op Aarde.
