Zwierzęta od roślin różni m.in. wyposażenie w system nerwowy. Zapewnia on kontakt ze światem, jak również homeostazę, czyli utrzymanie względnie stałych warunków wewnętrznych organizmu. Czy rzeczywiście tak jest? Nie mamy żadnych przesłanek, które wskazywałyby, że rośliny faktycznie nim nie dysponują?

Obecny stan wiedzy przeczy temu. W organizmach roślin działa kilka odizolowanych od siebie systemów odbioru i przekazywania wewnętrznego docierających bodźców środowiskowych. Jeden z nich oparty jest na przepływie impulsu elektrycznego. Na tej samej zasadzie działa układ nerwowy zwierząt, w tym ludzi. Prędkość rozchodzenia się impulsu jest jednak u roślin dużo mniejsza. W innym - kluczową r olę odgrywa wapń.

TKANKOWE FUNKCJE WAPNIA

Mówiąc o wapniu, przede wszystkim myślimy o jego oddziaływaniu na glebę, a marginalizujemy jego funkcję jako składnika pokarmowego roślin lub wręcz zapominamy o niej. Na poziomie tkankowym obecność tego pierwiastka warunkuje wysoką wytrzymałość ścian komórkowych oraz utrzymanie integralności i spójności tkanek - 60 proc. wapnia znajduje się w ścianach komórkowych. Pierwiastek ten gwarantuje też przepuszczalność i selektywność błon komórkowych, umożliwiając transport składników odżywczych. Wapń wchodzi w skład blaszki środkowej, czyli cienkiej warstwy nieplazmatycznej zbudowanej z pektyn, znajdującej się pomiędzy pierwotnymi ścianami komórkowymi przylegających komórek roślinnych. Zwiększa to ich wytrzymałość i stabilność mechaniczną. Pektyny składają się z długich łańcuchów kwasu D-galaktouronowego, powiązanych ze sobą za pomocą wapnia. Jeżeli jest go w roślinie wystarczająco dużo, to wiązania te są podwójne, a jeśli mało, to pojedyncze, a więc znacznie słabsze. Ściany komórkowe i oddzielająca je blaszka środkowa tworzą swoisty "układ szkieletowy" rośliny, nadający jej odpowiednią wytrzymałość mechaniczną. Dodatkowo stanowi on zaporę przed penetracją patogenów.

KOMÓRKOWE FUNKCJE WAPNIA

Na poziomie komórkowym jony wapnia są niezbędne przy podziałach komórek - zbyt niski ich poziom blokuje anafazę w mitozie, przez co zahamowany jest wzrost roślin. Niepełne zaziarnienie kolb przypisuje się zazwyczaj niedoborom cynku lub składa na karb wysokich temperatur w okresie kwitnienia. Tymczasem często bywa, że prawdziwa przyczyna tkwi gdzie indziej - brakuje wapnia, przez co wzrost łagiewek pyłkowych jest zaburzony i nie dochodzi do zapłodnienia.

Wapń jest także aktywatorem wielu enzymów - hamuje działanie enzymów zależnych od potasu, a dzięki temu pośrednio wpływa na przemiany energetyczne, zmniejszając w efekcie tempo oddychania. Wreszcie wapń ogranicza skutki stresu poprzez neutralizację reaktywnych form tlenu, powstających w komórkach roślinnych pod wpływem czynników stresowych.

Wapń wywiera duży wpływ na stan koloidów, zwiększa bowiem ich lepkość, zmniejszając hydrofilność cytoplazmy, co wpływa na przepuszczalność błon komórkowych. Jeszcze istotniejsza jest jego obecność w komórkach merystematycznych. Usunięcie go z nawożenia powoduje szybką śmierć tych komórek i zatrzymanie wzrostu roślin.

WAPŃ NOŚNIKIEM INFORMACJI

W ostatnich latach zainteresowanie wapniem bardzo wzrosło w związku z odkryciem jego uczestnictwa w mechanizmach przekazywania sygnałów ze środowiska. Funkcja przekaźnika informacji ze środowiska do wnętrza rośliny polega na bardzo niewielkich zmianach stężenia jonów wapnia w komórkach. Skala zmian jest dla niej informacją o rodzaju i natężeniu bodźca środowiskowego. Ponieważ zmiany tego typu następują w bardzo dużej ilości komórek, możliwa jest reakcja całej rośliny, np. zmiana ustawienia liści, stałe podążanie (ze wschodu na zachód) tarczy słonecznika za słońcem.

W przeciwieństwie do innych przekaźników, których ilość w komórce regulowana jest przez syntezę i rozkład, stężenie jonów wapnia w cytoplazmie jest efektem kontrolowanego ich wypływu z komórkowych magazynów (tę funkcję pełni głównie retikulum endoplazmatyczne) lub napływu ze środowiska zewnętrznego.

Stężenie Ca2+ na zewnątrz komórki jest cztery rzędy wielkości większe niż w cytoplazmie. Utrzymanie tak znacznej różnicy zapewniają błonowe pompy wapniowe, które nieustannie wypompowują Ca2+ z cytoplazmy przy wykorzystaniu energii zmagazynowanej w ATP.

Do kontrolowanego napływu jonów wapnia przez błonę komórkową służą kanały wapniowe. Ostatnim elementem całego układu są białka zapobiegające niekontrolowanemu wzrostowi stężenia jonów Ca2+ w cytoplazmie. Funkcję tę pełnią też mitochondria, które zwykle właśnie w tym celu lokalizują się w bezpośrednim sąsiedztwie retikulum endoplazmatycznego, ułatwiając przepływ Ca2+ do ich wnętrza.

Utrzymanie względnie stałego stężenia jonów wapnia w cytoplazmie komórkowej jest niezbędne przy sprawnym przekazywaniu sygnałów ze środowiska do komórki i prawidłowym przebiegu procesów kontrolowanych przez Ca2+. Jego zachwianie może doprowadzić do uruchomienia mechanizmów apoptozy - naturalnego procesu zaprogramowanej śmierci komórki.

Artykuł został opublikowany w czerwcowym numerze miesięcznika Farmer (Zobacz więcej artykułów: 6/2016)