ショック！植物は傷つくと実際に「叫び声」をあげ、その「声」は人間よりもさらに大きいのでしょうか？

書類を整理していたら、A4サイズの紙が手を切りました。うっかり転んで膝を地面にぶつけて傷を負ってしまったのですが、大丈夫、消毒すれば傷は数日でかさぶたになって治ります。軽い怪我を負った動物の多くは、傷をなめたり日光浴をしたりして、数日後には元気を取り戻します。

動物はこのようなことができますが、植物が傷ついたらどうするか考えたことがありますか?

植物は本質的にダメージを受けやすい

結局のところ、ほとんどの植物は土に根を張り、固定して成長します。動物のように積極的に危険から逃げることはできません。植物は、成長位置と形態学的特徴を通じて、外部の脅威に受動的にしか対応できません。柔軟性の高い動物と比較すると、植物は「受動的に反応」することしかできません。

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例えば、強風や暴風雨などのますます深刻化する極端な気候、さまざまな新しい病気の侵入、草食昆虫や動物の噛みつきなどの機械的損傷など、これらすべてが植物に深刻な被害を引き起こす可能性があります。植物が傷つくと、露出した傷口から外部の病原菌や害虫が侵入し、水分や栄養分が失われて植物が弱り、成長や発育に影響を及ぼします。重症の場合は死に至ることもあります。したがって、植物の傷を放置するのは決して良い考えではありません。

しかし、ほとんどの植物は人間や動物のように傷を治す簡単な処置さえできないどころか、自力で動くこともできません。したがって、環境からの圧力を受けて、植物は独特で効率的な傷の修復メカニズムを進化させてきました。植物は動くことはできませんが、自身の構造と生化学反応を頼りに、傷を素早く修復し、外部からの脅威の侵入を防ぐことができます。では、植物は自分が傷ついたことをどうやって「知る」のでしょうか。そしてどうやって自らを治癒するのでしょうか。次にそれについて話しましょう。

植物は傷つけられると痛みを感じますか？

怪我をしたとき、私たちの最初の反応は「痛み」であり、多くの動物でも同じことが言えます。しかし、植物はセルロース細胞壁を持つ多細胞真核生物であるため、基本的な構造は動物とは大きく異なります。植物は動物のような特殊な神経系を持たず、傷つけられても叫んだり、避けたり、攻撃したりするなど、明らかなストレス反応を示しません。

そのため、植物には神経系がないので、傷つけられても何も感じないはずだと考える人も多いかもしれません。実際のところ、この声明は包括的ではありません。なぜなら、植物は人間や多くの動物のように「痛み」を感じないにもかかわらず、どこが傷ついているかを「知る」ことができ、それに応じた対策を講じることができるからです。

植物は一連の複雑な生化学的メカニズムを通じて外部刺激を感知できることが判明しました。植物は、被害を受けると、電気的および化学的信号やホルモン調節を通じて分子レベルで素早く反応し、自らの防御および修復機構を活性化するなど、巧妙な対抗策を講じます。

例えば、植物の葉の多くが人間に摘まれたり動物に食べられたりして傷つけられると、傷ついた部分からグルタミン酸という物質が放出され、植物の傷んだ部分にカルシウム信号が生成され、短期間で植物体全体に伝達されます。すると植物は体内の防御機構を活性化し、危険が近づいていること、防御策を講じる必要があることを植物の他の部分に警告します。彼らの防御には通常、植物を襲う昆虫を食べる寄生蜂を引き寄せる臭いホルモンなどの防御ホルモンの放出や、昆虫の食欲を失わせる悪臭化学物質の放出を促すなど、自分自身を守るための手段が含まれています。

シロイヌナズナの損傷に対する反応。白い矢印は損傷した部分を示し、点滅はカルシウム信号の伝達を示します。

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さらに、植物が害を受けると、人間には聞こえない音を発することもあります。科学者たちは多数の実験を行い、トマトを搾ったりタバコの茎を切ったりすると、これらの植物が実際に超音波を発することを発見しました。統計によると、トマトを絞ったときには1時間以内に25種類の超音波が発せられ、タバコの茎を切ったときには15種類の超音波が発せられたそうです。切られたり圧迫されたりしていない植物は、時折音を発するだけで、平均すると 1 時間に 1 回未満でした。これは、植物がダメージに反応しているが、それを私たちが通常認識するのは難しいことを示しています。

つまり、植物には神経系がなく、おそらく私たちのように「痛み」を感じることはできないが、複雑で独特な知覚と反応のメカニズムも持っており、私たちがまだ完全に理解していない方法で植物自身の傷害を知覚し、反応するのだ。

植物の傷はどのように治るのでしょうか？

そこで疑問なのは、植物は傷ついた場所を「感じる」ことはできても、動物のように舐めたり、包帯を巻いたり、周囲の環境を利用して傷を素早く修復するといった行動をとることはできない、ということです。では、植物はどのようにして「治癒」するのでしょうか?

実際、植物は動物のように治癒のための特殊なカルス組織を持っていませんが、細胞の再生、傷の閉鎖、物質の分泌を通じて損傷に素早く対応するための一連の効率的な修復メカニズムを進化させてきました。植物が損傷後に素早く治癒し、環境ストレスや外部からの脅威の下で生き残り続けることができるのは、これらの独自の生物学的メカニズムのおかげです。

植物は傷つけられると、傷口からすぐに樹脂、ラテックス、その他の化学物質を分泌します。これらの分泌物は傷口を塞いで水分の損失を防ぐだけでなく、病原体のさらなる侵入を防ぐバリアとしても機能します。例えば、松の木が傷つけられると、傷口を保護するために傷口から樹脂が分泌されます。同時に、傷ついた植物の傷口はジャスモン酸シグナルを素早く活性化し、傷口にリグニンがゆっくりと蓄積することを誘発し、傷ついた組織の細胞壁を強化し、傷口を密閉して「かさぶた」を形成します。

傷口の「かさぶた形成」の過程では、時間が長いため、急速に活性化されたジャスモン酸シグナルが継続的に反応することができません。このとき、植物はジャスモン酸シグナルの代わりにアブシシン酸シグナルも生成し、RAP2.6と呼ばれる重要なタンパク質を活性化します。これにより、傷口でのリグニンの継続的な合成と蓄積が完了し、「かさぶた」が治癒して成長が続くまで、植物の傷口の継続的な修復が保証されます。

植物が成長中に遭遇するさまざまな損傷による傷を素早く修復し、生理的および害虫による損傷を軽減し、それによって正常な成長と繁殖を確実にできるのは、まさにこれらの独自の生理学的メカニズムに依存しているからです。この効率的な自己治癒能力は、生物が環境に適応する素晴らしい方法であると私たちに感心させてくれます。

植物の「治癒」が人間にとってどのような意味を持つのでしょうか?

これを見ると、植物は傷害を感知できるだけでなく、強力な治癒能力を使って自らの生命を維持できることがすでにわかっています。この時点で、誰かがこう尋ねるかもしれません。「植物による人間への傷の治癒に関する科学者の研究はどのような意味を持つのでしょうか?」

実際、植物はダメージを受けた後、自らを修復できるだけでなく、自らを置き換える（さまざまな器官を再生する）こともできるものもあります。これが植物の再生です。人々は植物の再生現象を非常に早く発見し、それを組織培養、挿し木、接ぎ木などの実際の生産に応用して、親の優れた形質を素早く再現し継続させました。科学者たちは現在、植物損傷の分子メカニズムを研究しており、これにより人類は植物再生についてさらに理解を深め、再生方法をさらに改善し、農業技術を強化し、植物の繁殖を加速し、植物の品質を向上させることができるようになるでしょう。

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さらに、園芸の剪定は庭の苗木の手入れの重要な部分です。適切に剪定された苗はより健康で美しくなります。しかし、剪定中に植物にダメージを与えることは当然であり、避けられません。園芸家が園芸剪定の際に植物の傷の治癒メカニズムを科学的かつ合理的に利用し、最適な剪定時期、道具、方法を選択できれば、剪定による病気の感染リスクを効果的に減らし、植物が速やかに成長を再開できるようにし、観賞用植物の美観と経済作物の収穫量を向上させることができます。

したがって、植物の傷の治癒は植物自体に有益であるだけでなく、人間にも有益です。植物の治癒メカニズムを研究することは、植物の生存戦略をより深く理解するのに役立つだけでなく、農業などの多くの分野に幅広い応用価値をもたらし、人類に利益をもたらします。

参考文献

[1]豊田正嗣他グルタミン酸は長距離のカルシウムベースの植物防御シグナル伝達を誘発する。Science361,1112-1115(2018).DOI:10.1126/science.aat7744

企画・制作

著者: 李婷、中国農業科学院農業ゲノム研究所

レビュー丨Gu Lei, Ph.D.中国科学院植物学博士、首都師範大学准教授

企画丨Ding Zong

編集者: ディン・ゾン

校正：Xu Lai、Lin Lin

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