Substancje lotne - a porozumiewanie się roślin Dr Anna Szakiel Zakład Biochemii Roślin Instytut Biochemii

Rośliny syntetyzują i uwalniają do otoczenia bardzo różnorodne lotne substancje organiczne.. Pod względem budowy chemicznej związki te możemy zaliczyć do kilku głównych grup, wśród których dominują terpenoidy i pochodne kwasów tłuszczowych, występują także węglowodory alifatyczne, aldehydy, ketony, alkohole, fenole, laktony i estry.

Najczęściej rośliny wytwarzają związki lotne w postaci olejków eterycznych - są to lotne ciecze, nierozpuszczalne w wodzie, wytwarzane i magazynowane w różnych tworach tkanki wydzielniczej (włoskach gruczołowych, komórkach wydzielniczych, zbiorniczkach lub przewodach olejkowych).

Powierzchniowe włoski gruczołowe na liściach (a) dzikiego pomidora (Lycopersicon hirsutum) i (b) bazylii (Ocimum basilicum).

Olejki eteryczne mogą występować w różnych częściach rośliny : kwiatach, liściach, łodygach, korze, owocach, nasionach, korzeniach. W różnych częściach tej samej rośliny mogą występować olejki o odmiennym składzie. Klasycznym przykładem jest pomarańcza, która wytwarza olejek o innym składzie w skórce owoców, inny w liściach, a jeszcze inny w kwiatach.

Tajemnica różnorodności zapachów roślinnych nie polega na złożoności ich struktur chemicznych, ale na urozmaiconym składzie mieszanin tych substancji. Swoistymi rekordzistami są w tej dziedzinie aromaty kwiatowe. Nowoczesne analizy wykazują, że najprostsze zapachy kwiatowe to mieszaniny co najmniej kilkunastu, a najczęściej kilkudziesięciu składników. Są i takie, które zawierają 300 różnych substancji...

Struktury niektórych składników kwiatowych olejków eterycznych

Niektóre substancje zapachowe występują dość powszechnie, wydaje się jednak, że zapachy są w dużym stopniu charakterystyczne dla gatunku. Żadne dwa gatunki roślin nie wytwarzają identycznych mieszanin zapachowych Nawet w obrębie gatunku istnieją różnice w zapachach wytwarzanych przez różne odmiany. Dobrym przykładem jest róża – wiele odmian pachnie słabo lub wcale, a między tymi, które pachną, istnieją zauważalne różnice w typie zapachu.

Przykłady reakcji O-metylacji w szlakach biosyntezy substancji zapachowych.

Przykłady reakcji acylacji (a) i przekształceń terpenoidów (b) prowadzących do wytwarzania substancji zapachowych.

Rośliny pachną, by przywabić owady zapylające, odstraszyć szkodniki i porozumieć się między sobą. Wydzielanie lotnych związków do otoczenia daje możliwość komunikowania się z innymi organizmami nawet na znaczące odległości. W naturalnym siedlisku istnieje sieć wymiany informacji, której istnienia my, ludzie, nie jesteśmy nawet do końca świadomi.

Substancje lotne wydzielane z kwiatów służą jako atraktanty dla zwierząt zapylających, substancje wydzielane z części wegetatywnych służą odstraszaniu roślinożerców, przywabianiu wrogów tych roślinożerców oraz zaalarmowaniu sąsiednich roślin.

Zapach kwiatów wabi zwierzęta zapylające na różne sposoby – najczęściej jest po prostu zaproszeniem na ucztę lub na gody.

Owady szybko uczą się rozpoznawać zapachy poszczególnych kwiatów – i często wybierają ulubione – ograniczając zainteresowanie do kilku lub tylko jednego gatunku roślin.

Rośliny podejmują próby uzależnienia od siebie owadów. W zapachu i nektarze niektórych kwiatów znajdują się substancje narkotyczne lub halucynogenne. Aby zwiększyć prawdopodobieństwo i efektywność zapylenia, wiele roślin do wydzielanego przez kwiaty zapachu dodaje środki usypiające i lekko odurzające, co znacznie przedłuża pobyt owadów na kwiatach.

Kwiaty niektórych storczyków zwabiają samce różnych gatunków owadów imitując kształtem, barwą – i zapachem samice tych gatunków. Na zdjęciu – Ophrys sphegodes zapylany przez samca Andrena nigroaenea. Po zapyleniu kwiaty zmieniają zapach – i wydzielają feromon informujący o niechęci samicy do godów. Zmiana emitowanego sygnału ma zapobiec uszkodzeniu rozwijającego się nasienia i skierować zainteresowanie samców na kwiaty jeszcze nie zapylone.

Innym celom służą substancje lotne wydzielane nie z kwiatów, a z wegetatywnych części roślin, najczęściej pędów i liści. Większość tych substancji jest uwalnianych nie w sposób ciągły, ale dopiero po uszkodzeniu rośliny.

Młode liście drzewa Leonardoxa africana wydzielają substancje przywabiające mrówki. Mrówki „patrolują” gałęzie drzewa broniąc go zawzięcie przed różnymi roślinożercami.

W odpowiedzi na atak niektóre rośliny uwalniają związki lotne, które przywabiają wrogów żerującego roślinożercy – drapieżniki albo pasożyty. Jest to takie swoiste „wołanie o pomoc”.

Mechanizmy tego rodzaju stwierdzono już u wielu roślin, w tym roślin uprawnych – fasoli, ogórka, bawełny, kukurydzy, soi. Rośliny te, atakowane przez owady roślinożerne, przędziorki lub roztocza uwalniają związki będące atraktantami owadów drapieżnych.

Sygnalizowanie niebezpieczeństwa w obrębie zaatakowanej rośliny (wewnątrz- i zewnątrztkankowe), pomiędzy roślinami (wewnątrzgatunkowe i uniwersalne).

Sygnały wysyłane przez rośliny są więc wskazówką: - dla wrogów roślinożerców (informacja, gdzie można znaleźć pokarm), - dla samych roślinożerców (informacja o potencjalnej obecności wroga lub konkurentów, lub o obniżeniu jakości pokarmu wskutek indukcji mechanizmów obronnych rośliny) - dla sąsiednich roślin (informacja, że mogą się spodziewać ataku roślinożerców).

Ostatnio zidentyfikowano geny niektórych kluczowych enzymów szlaków biosyntezy związków lotnych uwalnianych po ataku roślinożerców.

Dla roślin - ukorzenionych w jednym miejscu, nie mających możliwości przemieszczania się, wydzielanie związków lotnych stanowi sposób porozumiewania się z innymi organizmami bytującymi w tym samym środowisku. Różnorodność wydzielanych substancji wskazuje na to, że związki lotne mogą służyć jako precyzyjny język służący do komunikowania się w różnych sytuacjach.