米国ユタ州南西部のグレートベースン砂漠は「寒い」砂漠です。それにもかかわらず、イエナの研究者たちは、キャラバンキャンプから不毛の乾いた草原に大きな黒い輸送箱を引きずりながら、汗を流している。それにもかかわらず、彼らは雲や影を望んでいません。彼らがフィールドに持ち込む高感度ガスクロマトグラフは太陽エネルギーによって駆動されています。
イエナ・マックス・プランク化学生態研究所の植物研究者イアン・ボールドウィン率いるチームは、前日にすでにここに出ていた。荷物の中には、太った薄緑色の毛虫が野生のタバコの葉を食べ、やがて蝶、つまりタバコガに変態します。ここグレートベースンの乾燥した草原で繁栄する数少ない植物の 1 つです。
はらぺこあおむしは、丸一日かけてお腹を満たしました。そして食べられたタバコの木は？ 「彼らには同盟国に助けを求める十分な時間があった」とボールドウィンは言う。助けを求めるこうした叫びを聞くために、イエナの人々はユタ州へ向かいました。
ドイツ人の 3 分の 1 が自分の鉢植えに話しかけていると言われていますが、答えが得られると真剣に期待している人はいません。イエナの研究者たちは違います。彼らは植物の言語を理解しようとしているのです。彼らの語彙は何千もの異なる香りです。植物の言語は純粋な化学であるため、長い間人間から隠されてきました。しかし、たとえ微量であっても揮発性化学物質を検出して識別できる測定装置であるガスクロマトグラフを使えば、それを認識することができます。
世界には約50万種の植物が存在します。彼らは草食昆虫の強大な力に立ち向かう。 「その場で成長する植物は、進化の過程で効果的に自分自身を守る方法を学ばなければなりませんでした」とボールドウィンは説明します。 「でも、他人にやってもらったほうがずっと安くて簡単なのに、なぜ自分と戦う必要があるのでしょうか？」たとえば、草食昆虫を食べる寄生昆虫。
これらの寄生虫の多くは、害虫が侵入した直後に植物から発せられる魅惑的な香りのカクテルに引き寄せられます。咬傷に唾液が入ると、蚊に刺されたときの人間の免疫系の反応と同様の一連の防御反応が引き起こされます。
「唾液が噛み傷からタバコの葉に浸透し、傷ホルモンであるジャスモン酸が葉全体に急増するまでに5～10分かかります」とボールドウィン氏は言う。 「30分後、傷ホルモンはすでに植物全体を根まで流れています。」このホルモンは植物の内部警報信号であり、一連の緊急化学反応を引き起こします。
まず、いわゆる青葉の香りが傷口から流れ始めます。これらは風に乗って何キロも運ばれる揮発性物質です。これは攻撃された植物の助けを求める第一声です。彼はすでにヘルパーを呼び出すことができます。
1 時間後、タバコ植物は個々の遺伝子を切り替え始めます。 5時間後には有毒な抗体が生成されるようになります。通常の攻撃者の場合、タバコはほとんどの害虫を殺す神経毒であるニコチンを生成します。しかし、植物が唾液によって認識するタバコのツノムシはそうではありません。タバコはニコチンがこの毛虫に害を及ぼすことができないことを知っています。したがって、植物は消化を妨げるタンパク質を生成し、その仲間に頼るしかありません。しかし、これを行うには、まず追加のシグナル伝達物質を生成する必要があります。
攻撃から10時間後、その時が来た。今、タバコ工場は最大の音量で助けを求めて叫んでいる。特定の種類のスズメバチをたまらなく惹きつける香りのカクテルを発します。
研究者たちがチューリンゲン州のイエナからユタ州の砂漠まで長い旅をしたのには十分な理由があります。野生タバコは植物界全体の中で最もコミュニケーション能力が高い代表の 1 つであるため、特に生産性の高い研究対象となります。
タバコの種は、乾いた砂漠の土壌で100年以上、雷が落ちて乾いた地表が燃え上がるまで待つことができます。火を発芽させる種子は、発芽するために厚い煙の雲を必要とします。眠れる森の美女が何十年も過ごした後、若い植物には当然、どの敵が繊細な葉に襲いかかるのを待っているかを知る方法がありません。そのため、この工場は柔軟な防御システムを開発しました。
これには、さまざまな仲間を召喚する能力など、彼らの強力なコミュニケーション能力も含まれます。これは高度なシステムであり、防御の際にタバコ植物に多大なエネルギーを費やします。そのエネルギーはもはや成長と繁殖に利用できなくなります。エネルギーの無駄遣いで時間の経過とともに枯れてしまわないように、植物には強い神経が必要です。雹が葉を突き破ったり、コヨーテが小枝を折ったりするたびに警報を鳴らすことは許されません。タバコは攻撃者を認識し、その危険性を評価することを学ばなければなりませんでした。
ボールドウィンの生物有機化学部門のイエナ・マックス・プランクの同僚は、彼がこれをいかにうまく行うことができるかを発見したところです。ウィルヘルム・ボーランドと彼のチームは、植物が害虫をどのように認識するかを研究しました。これを行うために、研究者らはまず実験室で植物に悲鳴を上げさせようとした。かみそりの刃で植物を引っ掻いたり、ピンセットで葉を押しつぶしたり、ハサミで切り刻んだりした。何も助けにはならず、植物は沈黙したままでした。イエナの研究者がキャタピラの攻撃をシミュレートする試みをさらに一歩進めるまで、人工キャタピラ MecWorm を構築しました。 「MecWorm は昆虫の摂食プロセスを何時間も模倣します」とボーランド氏は説明します。そして、機械のキャタピラになりすました者は、実際に、攻撃されている植物から助けを求める産声を引き出すことに成功しました。もちろん、本物の毛虫が放つものとは異なります。何よりも、助けを求める偽の叫び声が味方を誘うことができないことが明らかになりました。これは、科学者たちが植物に利用できる別の情報、つまり毛虫の唾液を提供したときにのみ可能になりました。 MecWormは最近、本物の毛虫がするのと同じように、噛むと傷口にそれを放出します。
タバコ植物は 2 つの情報を使用します。つまり、噛みのプロセスにより、有害な昆虫が活動していることがわかります。唾液中の物質が食傷に入り込むと、それがどのような種類の害虫であるかがわかります。 「これは、SOS コールをある程度具体的に送信できることを意味します」とボーランド氏は説明します。 「しかし、植物は特定の仲間に電話をかけたり、どの害虫が攻撃しているかを正確に伝えることはできません。」
急いで助けに行く価値があるかどうかは、潜在的な救助者である寄生バチのメスによって決定されます。彼らは他の昆虫の毛虫の中に卵を産みます。ここから孵化した幼虫は毛虫を内側から食べて成虫となり、毛虫の皮膚に穴を開けます。母親スズメバチは、自分の「小さな子たち」に最善のことだけを望んでいます。すべての毛虫に卵を産むわけではありません。非常に特定の毛虫に卵を産む必要があります。そして彼らは通常、非常に特定の宿主植物をかじります。 「若いメスのスズメバチは、この適切な宿主植物が「どのような音」であるかをすぐに学習します、とボールドウィンは説明します。 「彼らにとっては、毛虫に一度遭遇し、宿主植物の SOS の香りに偶然気づくだけで十分です。その後、彼らはそのつながりを思い出すでしょう。」
この知識は、産卵が成功するたびに強化されます。一部の昆虫では、嗅覚器官の感度が時々増加し、適切な宿主植物の香りを何キロメートルも離れた場所からでもよりよく検出できるようになることがすでに証明されています。この希釈液の香りを嗅ぎ分けるために、昆虫は人間の鼻よりも 100 倍敏感な嗅覚器官を必要とします。 「これらの香りの受容体は体全体に分布しています」とボールドウィンは説明します。動物は個々の分子を認識することさえできます。ボールドウィン氏の同僚で、マックス・プランク研究所で昆虫の嗅覚を研究しているビル・ハンソン氏は、これについて次のように説明している。「バルト海に1ポンドの砂糖を注いだようなもので、その味がわかるのです。」
残念ながら、このような優れた「鼻」を持っているのは、役に立つ同盟者だけではありません。 「助けを求めて叫ぶことで、この植物は敵に気づかれることにもなります」とボーランド氏は言う。他のはらぺこあおむしは、どこにおいしいものがあるかを正確に知って、向かっています。したがって、助けを求めるときは、常にリスクと利益の微妙な評価が必要になります。つまり、最初に助けに行くのは誰でしょうか – 友人か敵でしょうか?
リスクを負うのは助けを求める植物だけではありません。近隣住民も危険にさらされています。彼らは常に耳を傾ける、つまり仲間の信号分子を傍受して解読する以外に選択肢がありません。なぜなら、周囲に尋ねたり、近所を偵察したりする植物だけが、危険が差し迫っているときにすぐに気づくからです。
警戒すると、彼らは防御に重要な遺伝子をオンにする準備をします。このように武装しているので、貪欲な毛虫が現れた場合でも素早く反応できます。そして、彼らは他の動物の助けとなるアリを呼ぶことができます。 「多くの植物はアリを引き寄せる甘い蜜を分泌します。そして、彼らはあらゆる攻撃者から食料源を粘り強く守ります」とボーランド氏は言います。
イエナの研究者らは、植物言語を理解する遺伝子を持たないタバコ植物を栽培した際に、隣人をスパイすることがいかに重要であるかを発見した。彼らがこの聴覚障害のある植物をユタ州の野生の植物の中に植えたところ、文字通り数日以内に害虫に襲われました。遺伝子組み換えされた「物言わぬ」植物も同様で、もはや助けを求めることができなくなりました。
今日、トウモロコシ、トマト、綿花など、多くの作物も遺伝子組み換えを全くせず、沈黙を守っています。彼らは、友好的な昆虫とできるだけうまくコミュニケーションできないように、できるだけ多くの収量を生み出すために品種改良されました。たとえば、野生の綿植物は、栽培された近縁種よりも 10 倍多くの香りを放出します。昆虫は栽培植物の自然の護衛としてもはや必要とされないため、人間が農薬を使ってこの仕事を引き受けなければなりません。
ボールドウィンは、いつかこの状況から抜け出す方法を見つけたいと考えている。研究者が植物の言語を理解すれば、作物に再び話すように教えることができるかもしれない。 ■
ナディーン・エッカートは生物学者の資格を持っています。彼女はイエナ MPI でのインターンシップ中に、話すタバコの植物について自ら知りました。
ナディーン・エッカート
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毛虫の攻撃の後、タバコの木 (左下) は害虫を倒すために 2 つのことを行います。 寄生蜂を呼んで香りを助けてもらいます (上の信号経路)。同時に、防御物質（下位シグナル伝達経路）も生成します。つまり、消化を妨害するタンパク質がタバコツノ虫の毛虫に対して作用します。
コミュニティ インターネット
イアン・ボールドウィンとウィルヘルム・ボーランドが研究を行っているイエナ・マックス・プランク研究所（MecWormも本拠地）：
www.ice.mpg.de/main/home/home_de.htm
植物二次物質に関する Stiftung Warentest 情報ページ:
www.stiftung-warentest.de/online/essen_trinken/special/1132610/1132610/1132631.html
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· 動物が鳴き声でコミュニケーションできるのと同じように、植物も香りでコミュニケーションできます。
· 役に立つ昆虫は植物のメッセンジャー物質を解釈します – 1 つの分子で十分です。
· 植物は危険を早期に認識するために互いに「盗聴」します。
