Сигнальные системы животных и растений.

[василий андреевич]

можно прогуляться вдоль геохронологической шкалы,

Водоросль, можно сказать, изначально-всегда, а высшее растение геологически вчера.

[Шаройко Лилия]

Водоросль, можно сказать, изначально-всегда, а высшее растение геологически вчера.

С точки зрения начала биосферы можно так сказать, особенно в отношении одноклеточных водорослей, многоклеточные растения появились примерно около 1,2 млрд лет назад

Для продолжения мысли сравнения сигнальных систем растений и животных, я думаю, важным моментом будет разобраться с локализацией и точностью отражения конкретными клетками и веществами, воспринимающими и передающими сигнал и равновесием обрабатывающих и запускающих каскад реакций.

Даже в человеке нет какого-то однозначного места принимающего решения о запуске всех реакций. Лобная доля в качестве кандидата на такой уровень при подробном рассмотрении не тянет, так как многие реакции неосознаваемых сложных действий под влиянием гормональных и медиаторных потоков запускаются или вопреки принимаемым решениям или в обход, с ложной мотивацией самообмана, с иллюзорными представлениями общей картины мира.

Например под влиянием гнева, желаний материальных и нематериальных благ, периодически на пути их достижения совершаются постоянно каскады действий вопреки здоровью и долгосрочному душевному равновесию и даже благосостоянию ради которого они якобы совершаются, неосознаваемые привязанности к таким путям происходят за пределами волевых решений,
Часто осознаваемые мотивации стоят на таком фундаменте неосознаваемых, которые занимают 90% сигнального потока биологического тела, отражающего давление внутренней и внешней ситуации.

К путям распространения сигнала, мне кажется, надо переходить после того, как более менее станет понятно разнообразие самих передающих молекул и веществ из групп молекул.

И думаю можно чередовать описание растений и животных, чтобы возникала постепенно общая картина сходств и различий. Например, думаю важным моментом является понимание действий гормонов и медиаторов, часто одни и те же вещества у сложных животных работают и как гормоны и как медиаторы.

Я попробую лекции разбавлять более адаптированными текстами, созданными их авторами для читателей, у которых немного терминологического запаса:

В статье ниже все это корреспондентам РБК рассказала  кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Лаборатории клеточной нейрофизиологии человека ФИЦ ХФ РАН Елена Белова. Возможно они что-то исказили в попытке упростить, на мой взгляд в основном вроде все нейрофизиологии соответствует

https://trends.rbc.ru/trends/social/625803d19a7947aa3a546eda?from=copy
Нейромедиаторы — всему голова: что заставляет нас смеяться и плакать

Есть вещества, которые одновременно работают и как нейромедиаторы, и как гормоны. Например, если норадреналин и адреналин выделяются в мозге, то работают как нейромедиаторы. Если они выделяются корой надпочечников, то работают как гормоны. Между нейромедиаторами и гормонами тонкая грань. Не так-то просто провести разграничительную черту между ними.

Гормон — вещество, выделяемое в железах внутренней секреции, воздействующее на ткани (клетки) организма.
Нейромедиатор — вещество, выделяемое нейроном, чтобы передать сигнал, чаще всего другому нейрону.
«Когда все только начинали изучать, казалось, что это разные вещи. Но чем глубже мы исследуем, тем больше обнаруживаем веществ, передающих сигналы между нейронами, и все чаще находим в других клетках (например, иммунных) рецепторы к соединениям, которые считали классическими нейромедиаторами. Оказывается, что эти две системы гораздо плотнее связаны друг с другом, это две тонко переплетенные системы», — добавляет Елена Белова.

 В этой же статье дан короткий обзор и по синапсам и по химическому составу сигнальных молекул, и по группе областей за которые отвечают основные такие сигнальные вещества  человека ( у сложных животных почти все совпадает кроме ранних уровней развития в геохронологической шкале, например у амфибий и возможно пресмыкающихся тоже окситоцин кроме привязанности играет роль в увлажнении кожи на поверхности без воды)почти каждый термин объяснен на русско-человеческом

https://trends.rbc.ru/trends/social/625803d19a7947aa3a546eda?from=copy

Типы нейромедиаторов

Самые распространенные медиаторы относятся к одному из двух типов — возбуждающие и тормозные. Первый тип — те, которые возбуждают следующий нейрон (если один нейрон в цепочке активен, следующий тоже будет таким). Второй тип тормозит соседние нейроны. Еще бывают нейромодуляторы — они не просто передают возбуждающий или тормозный сигнал, а меняют восприимчивость нейрона к таким сигналам.

Также нейромедиаторы группируют по химической структуре. Среди них выделяют: аминокислоты, моноамины, пептиды. Расскажем об особенностях каждого на примерах нейромедиаторов.

Аминокислоты

Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) — это главный тормозный нейромедиатор мозга. Например, некоторые психоактивные вещества, которые направлены на лечение тревоги, воздействуют именно на рецепторы ГАМК.
Глутамат — это главный возбуждающий нейромедиатор мозга. Он играет важную роль в когнитивных функциях: запоминании и обучении. Избыток глутамата губителен для нервных клеток и может способствовать появлению некоторых болезней (эпилепсия, болезнь Альцгеймера).


Пептиды

Окситоцин. Это и гормон, и нейромедиатор. В теле женщины он стимулирует роды и появление молока, в мозге отвечает за чувство привязанности между родителями и детьми. Однако это не молекула всеобщей любви. Чувство влюбленности — сложный коктейль, прежде всего связанный с работой гипоталамуса, образованием привязанности и сексуальным возбуждением. «Когда мы находим подходящего человека, это вызывает выработку окситоцина и формирование привязанности, выработку половых гормонов и сексуальное возбуждение. Дальше если люди друг другу подошли и окситоциновая связка сформировалась, у них появляются долгосрочные отношения. «Любовь живет три года» (а на самом деле несколько месяцев) — это первичный этап отношений, где окситоциновые связки только формируются», — пояснила Белова.

Эндорфины. Они ослабляют сигналы боли и вызывают ощущение эйфории.

Моноамины

Адреналин и норадреналин. Их можно отнести не только нейромедиаторам, но и к гормонам. Наша реакция на стресс, внешние угрозы, а также режим собранности или расслабления осуществляется через симпатическую и парасимпатическую ветви периферической нервной системы. Мозг видит опасность, но чтобы на нее отреагировать, нужно активировать мышцы. Симпатическая система — это система передачи сигнала «бей и беги», когда усиливается работа скелетной мускулатуры, сердечных сокращений и так далее. Надпочечники выделяют адреналин, норадреналин и кортизол, которые действуют на тело. При этом норадреналин и адреналин вырабатываются и внутри мозга, и это сигнал о том, что мы в возбужденном состоянии. Когда мы выходим из «острого» режима, парасимпатическая система становится активнее, и мы переходим в режим «лежи и переваривай»: работают органы пищеварения и запускается процесс запасания жиров.

Дофамин связан с ожиданием награды. И если награда от наших действий соответствует прогнозу, а еще лучше — больше, чем ожидалось, это повод повторять действия еще и еще. Так формируются привычки. Но все не так просто. Например, когда человек хочет похудеть, в нем борется желание быть стройным, отказавшись от калорийной пищи, с биологической потребностью в еде, контролируемой гипоталамусом. «Это древняя система. Люди только недавно попали в условия, когда доступ к еде почти не ограничен. Отучить себя от привычки проверять соцсети в сто раз легче, чем заставить соблюдать дефицит калорий, потому что есть внутренняя система, которая говорит, что похудеть — это очень плохо», — отмечает Белова. Некоторые опасные запрещенные наркотические вещества имитируют именно действие дофамина, вызывая у человека приподнятое состояние, предвкушение чего-то приятного, чувство азарта.

Серотонин регулирует сон, тревогу, аппетит и сексуальность.

Есть нейромедиаторы, которые не относятся к этим типам, и чем дольше ученые изучают эту тему, тем больше разных типов находят. Но и самый первый открытый нейромедиатор — ацетилхолин тоже относится к группе «другие». К его функциям относят регуляцию памяти, процессов пробуждения и засыпания. Например, у пациентов с болезнью Альцгеймера уровень ацетилхолина снижен.

Это я все к тому, что когда лобная доля как бы "решает" запуск какой поведенческой программы она попытается активировать, то к ней в этот момент уже пришли сигналы из многих систем.
Врожденных и приобретенных программ может быть задействовано одновременно несколько, часть из них запускаются помимо воли (привязанность, защитные реакции , расслабление, лень), значительная часть может вообще не осознаваться или маскироваться другими мотивами для сознания.
Еще несколько комментариев к разным участкам статьи:

1. Долгосрочные отношения после описанного "этапа окситоцина" формируются на человеческой привязанности, но у животных также есть такой тип привязанности и к людям и друг другу.

2. Еще я там не совсем согласна с обязательностью действовать как норме, думаю так как РБК бизнес канал, то там общая система координат смещена в сторону действия. В моей системе представлений о ЦНС   тормозящие реакции типа лени если не носят характера постоянного тренда эволюционно сформировались не просто так, а как сохраняющие энергию, эта тенденция такой же атрибут адаптации как действие.

Думаю дальше можно будет посмотреть как растения в режиме меньших активных действий чем животные создают свое равновесие в адаптации к окружающему на пути самосохранения.

[василий андреевич]

многоклеточные растения появились примерно около 1,2 млрд лет назад

Только, как замечание. Имел ввиду не многоклеточные водоросли (это низшие растения), а высшие растения, появившиеся как бы ниоткуда, вероятно, в силуре.
  Можно даже так, что ЛЮКа был водорослью    с сигнальной системой. Фитохром - интересный белок, "работающий в двух взаимоисключающих формах". Но желательно что-то попроще фитохрома, дабы высветился принцип скачкообразного переключения между состояниями активности на разных уровнях рецепции.
  В слоевище водорослей наблюдается как общее движение цитоплазмы, так и диффузионное движение "сигнальных молекул", сквозь общее. Навскидку, если общее движение может остановиться, то диффузия сигнальных молекул продолжится.
 

[Шаройко Лилия]

Про 1,2 миллиарда - это было замечание к фразе

Водоросль, можно сказать, изначально-всегда, а высшее растение геологически вчера.

К первой ее части, как я понимаю противопоставленной второй, о высших растениях, действительно по сравнению с простейшими водорослями, появившимися в самой изначальной стадии формирования биосферы практически по геологическим меркам вчера.

Но в целом за комментарий спасибо и вообще за поддержку, я понимаю, что сама постановка вопросов в теме очень трудна для восприятия и я, как вижу, не самым лучшим образом ее строю, и знаний не хватает(с одной стороны биосфера это мой основной мир на форуме, с другой генетические механизмы не совсем то поле, в котором я чувствую себя уверенно, а для полноценного развертывания картины происходящего здесь избежать их не получится) и оптимального соотношения простоты и точности отражения научной картины по работе сигнальных веществ.

Их, если брать что сейчас уже довольно давно преподается в ВУЗах, больше чем, персонажей у Толстого в Войне и мире.


И распределить их так, чтобы картина была точной, ясной и понятной для сравнения ее у животных и растений пока у меня явно не получается.

Уже готового сравнения сигнальных систем в сети не нашла и то, что при поиске эта моя тема в Яндексе стоит на первом месте с списке найденного говорит или о том, что это что-то новое или о том, что я терминологию выбираю пока неудачно.

В такой терминологии попалась довольно старая статья 2007 года

Растения и животные имеют много общего в сигнальных системах

Сигналы, передаваемые через эндосомы, возникают не только у животных. Это открытие может в конечном итоге изменить представления о том, когда возникла эта система
https://www.the-scientist.com/plants-animals-share-signaling-system-46371
Грасиэла Флорес

Впервые учёные предоставили конкретные доказательства того, что опосредованная эндосомами передача сигналов происходит не только у животных, но и у растений, согласно новому отчёту, опубликованному в Genes and Development. «Тот факт, что и [растения, и животные] имеют некоторые сходства в эндосомальной системе передачи сигналов, означает, что эта система либо намного старше, чем мы могли предположить, либо что растения независимо друг от друга выработали одно и то же решение одной и той же проблемы. Я склоняюсь к последнему сценарию», — сказал The Scientist автор исследования Нико Гелднер из Института Солка в Ла-Хойе, Калифорния. С момента своего разделения более миллиарда лет назад растения и животные выработали совершенно разные наборы рецепторов. В прошлом исследователи рассматривали эндоцитоз рецепторов исключительно как механизм инактивации и подавления сигнала. Однако исследования на животных в последнее десятилетие показали, что некоторые рецепторы, связанные с лигандами, на самом деле должны быть интериоризированы и перемещаться в эндосомах.

думаю нужно искать более поздние работы такого направления, сейчас представления о том что все рецепторы разные после нахождения глутамата и других медиаторов животных в растениях должны измениться, и можно проследить изменения таких представлений в связи с вновь открывшимися обстоятельствами.

И хочу все таки несколько замечаний сделать к статье журналистов по мотивам высказываний Елены Беловой. По серотонину и дофамину как специфическим медиаторам, сопровождающим не только предвкушение награды(дофамин) и снижение боли(серотонин) но и в силу таких качеств постоянно сопровождающих мотивацию любого обучения, включающую самое простейшее бытовое до самых сложных абстрактных конструкций ассоциативной теменной коры.

Есть короткая 15 минутная лекция Дубынина по серотонину на Постнауке

https://postnauka.org/video/69513
там же ниже текст, который я приведу после ссылок

Кто не смотрит Ютуб в випиене,  -  есть в Яндексе копии с Вконтакте
https://yandex.ru/video/preview/15591595217748775037
и в на самом сайте Вконтакте (бывает, что там видео исчезает, а в Яндексе сохраняется поэтому делаю запас ссылок на разные ресурсы)
https://vk.com/video-204003851_456278177

Текст с сайта Постнауки, та часть, которая посвящена именно функциям серотонина:

Если говорить о функциях серотонина в головном мозге, то они в основном носят подтормаживающий, успокаивающий знак. Надо сказать, что нейроны ядер шва очень широко расходятся по всей центральной нервной системе, мы обнаруживаем их отростки от коры больших полушарий до спинного мозга. Выделение серотонина в самых разных структурах, например, приводит к падению общего уровня активности. В этом смысле серотонин — важный компонент центров сна и баланса между сном и бодрствованием. У нас в мозге существует довольно большое количество ядер, которые обеспечивают общий тонус, бодрствование и сонное состояние. И все время идет конкуренция, результатом которой является наше общее состояние. Серотонин играет на стороне центров сна.

Еще одна важная функция серотонина — это контроль общего уровня болевой чувствительности. Каждый из нас по-разному чувствителен к боли: для кого-то уколоться — это уже трагедия, а кто-то идет к дантисту, сверлит зубы и никаких особо отрицательных эмоций не испытывает. Люди, которые легко переносят боль, — это люди, у которых активная серотониновая система, много серотонина и рецепторов к нему. Серотонин важен для того, чтобы вообще блокировать слабые сенсорные потоки. Эта его функция проявляется в основном в коре больших полушарий, здесь серотонин помогает гамма-аминомасляной кислоте, убирает лишние сигналы и позволяет лучше сконцентрироваться на главной задаче. Об этой функции я еще скажу.

Наиболее известная функция серотонина связана с контролем отрицательных эмоций. Деятельность нашего мозга построена так, что все время идет конкуренция между центрами положительных и отрицательных эмоций. По-хорошему должен быть довольно точный баланс, паритет, потому что слишком эйфорический мозг — это тоже нехорошо, а мозг, в котором преобладают отрицательные эмоции, имеет депрессивные симптомы. Два важнейших медиатора — дофамин и норадреналин — усиливают активность центров положительных эмоций, а серотонин в основном подавляет центры отрицательных эмоций, которые расположены в заднем гипоталамусе, связаны с миндалиной (есть такая зона у нас в глубине височных долей) или с островковой корой (центр на дне боковой борозды). Там серотонин способен контролировать отрицательные эмоции и не давать нам уходить в депрессивный статус.

При этом, если мы начинаем анализировать нейрохимию серотонина, мы видим, что к нему существует неожиданно большое количество рецепторов. Выделено семь основных типов и большое количество подтипов, которые присутствуют на разных нервных клетках и с разной скоростью и интенсивностью проводят информацию. Между прочим, оказывается, что часть из этих синапсов работает со знаком минус, но часть работает и со знаком плюс. Например, наиболее распространенные серотониновые рецепторы первого типа — тормозные, а серотониновые рецепторы второго типа — активационные. Мы видим в синапсах специальные конструкции, которые ограничивают основное тормозное влияние серотонина. Серотониновые рецепторы второго типа не позволяют серотониновому торможению перейти через какую-то разумную грань. Отсюда возникают интересные, порой противоположные эффекты поведения агонистов серотонинового рецептора первого типа и агонистов серотонинового рецептора второго типа, в том числе в тот момент, когда фармакологи начинают разрабатывать антидепрессанты.

Про работу с информацией и это связано с обучением:

Серотонин играет важную роль еще в коре больших полушарий, где он гасит лишние сенсорные сигналы. Это позволяет нам сконцентрироваться на по-настоящему важных событиях, потому что в нашем мозге постоянно идет огромное количество сенсорных и эмоциональных потоков, информационных потоков, связанных с запуском движений. Убрать лишние потоки и оставить только главное — это одна из задач серотонина. Если мешать ему выполнять эту задачу, то начинается «перепутывание» информации в коре больших полушарий, и подобным механизмом обладают токсины, являющиеся галлюциногенами.

Довольно много места в лекции посвящено патологиям связанным с дисбалансом серотонина и с сопровождающими такую патологию депрессиями, но я не хочу отвлекаться, да и эта тема мне не близка, в нормальном балансе.

Совместная работа серотонина и дофамина при обучении есть в лекциях Физиологии ЦНС
https://shar.k156.ru/cns/8_DA_5NT.pdf
слайд 11

Дофамин в ядрах вентральной покрышки:
аксоны идут в кору больших полушарий,
регулируя скорость обработки сенсорной
информации, скорость мышления, положительные эмоции, связанные с получением
новых знаний, творчеством.

и в лекциях курса "Нейрофизиологии поведения", в разделах  про исследовательское поведение, любопытство и зеркальные нейроны подражательных реакций, позже развернуто  приведу. Здесь и так слишком много.

"Обучение" растений, точнее их адаптация в течении жизни к нестандартным условиям предполагаю, будет следующим моим текстом, в основном это гормональные стрессовые реакции растений. В лекциях Чуба как я уже приводила выше

Лекция 10. Рост и развитие III. Стрессовые гормоны растений.

им посвящен целый раздел.
Но и в фоторецепторах и фотопериодизме есть фрагменты подстраивания реакций при изменения и сохранение таких реакций уже после прекращения действия этих внешних изменений, там мы подойдем к механизмам условной "памяти", это думаю очень важный момент.

[Шаройко Лилия]

Чтобы разбавить сложности - перед новым фрагментом лекций Чуба, которые будут не сегодня, опять немного СМИ, статья 2018 года, вероятно всплеск интереса к теме после нахождения глутамата
 
https://ria.ru/20181012/1530472405.html

08:00 12.10.2018(обновлено: 12:42 03.03.2020) Татьяна Пичугина. У растений нет мозга и нервных клеток, по сравнению с животными они кажутся бесчувственными. Однако биологам известно, что представители этой группы многоклеточных организмов получают информацию извне и обрабатывают ее, могут общаться друг с другом с помощью химических сигналов. Стоит ли говорить об "интеллекте" растений?


Что заменит нервы и мозг

Нежные белые цветки ветреницы дубравной — украшение лесов средней полосы. Нередко можно видеть, как ее лепестки складываются, хотя солнечный день в разгаре. Значит, жди дождя. Убирая цветки, маленькое растение предохраняет их от воды и порывов ветра.

В мире флоры есть множество подобных механизмов, чтобы не сходя с места приспособиться к меняющимся погодным условиям, защититься от вредителей, залечить раны, получить питательные вещества.

Органами восприятия у растений служат особые клетки-рецепторы, ионные каналы в клеточных мембранах, пропускающие электрические сигналы, особые тельца, обладающие некоторыми свойствами нейронов. Для обмена информацией между разными частями организма вырабатываются различные соединения-медиаторы: гормоны, химические соединения, малые некодирующие РНК. Все эти механизмы успешно заменяют растениям органы чувств и нервную систему.

Сенсорное восприятие растений активно изучалось до 1970-х годов, а затем плавно сошло на нет. В 2005 году Стефано Мансуко из Университета Флоренции (Италия) и Франтишек Балушка из Университета Бонна (Германия) решили, что накоплено много данных "об интеллекте" растений и пора активизировать это направление.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18998182/
Они назвали его "растительной нейробиологией". Конечно, это метафора — речь идет об изучении реакций и ответов на внешние стимулы.

Последователи нейробиологии растений полагают, что применительно к флоре можно говорить о памяти, системе накопления, хранения и обработки информации, а также механизме принятия решений. По мнению некоторых ученых, для этого не нужны мозг и нервная система, как у животных.

Научное сообщество в целом критически относится к этому направлению. Вместе с тем работы в области коммуникации и сигнальных систем растений сейчас — на переднем крае науки.

Луговая коммуналка
Одно из крупных открытий последних лет — растения умеют распознавать своих соседей. Для этого они используют дальний красный свет, химические сигналы, вторичные метаболиты. Знания об окружающих видах помогают растению выживать: избегать тени, защищаться от врагов, выбирать лучшее питание.



Растения воспринимают химические соединения — то, что мы называем запахами, исходящими от соседних видов. Они передаются по воздуху и под землей с помощью корней. Китайские ученые в журнале Nature Communications
https://www.nature.com/articles/s41467-018-06429-1#ref-CR1
приводят результаты опытов с пшеницей. Исследования показали, что это растение различает запахи порядка сотни разных видов, растущих рядом, через корни. В ответ выделяет собственные вещества, чтобы отрегулировать взаимоотношения, — например, нечто вроде антибиотиков, если рядом появились конкуренты. В результате пшеница подавляет их рост.

Разумеется, такой способ химической коммуникации не аналогичен обонянию у животных, но растения определенно могут не только выделять, но и воспринимать запахи. Например, паразитический вьюнок повилика находит растение-хозяина по летучим элементам и вытягивается в его направлении.

Раненная вредителями полынь предупреждает сородичей об опасности усиленным запахом.

Многолетняя трава золотарник способна сама воспринимать химические соединения (феромоны), выделяемые самцами мухи-пестрокрылки, приманивающими самку. Личинка мухи, отложенная на растении, вызывает заболевание в виде галла — крупного шара.
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1218606110#ref-9
Ученые предположили, что золотарник чует запах мух и усиливает иммунную систему, чтобы дать отпор неизбежной болезни. Для этого в листьях травы повышается содержание жасмоновой кислоты, которая отпугивает вредителей и помогает заживить повреждения тканей.


Галл, в котором развивается личинка мухи-пестрокрыли
CC BY 2.0 / Judy Gallagher / Judy Gallagher Follow Goldenrod Gall Fly - Eurosta solidaginis, Merrimac Farm Wildlife Management Area, Aden, Virginia

Хороший слух
В 1970 году в США вышла книга Питера Томпкинса и Кристофера Берда "Тайная жизнь растений". В ней без опоры на научные факты приводилось множество фантастических сведений о цветах и деревьях. Например, говорилось, что растения испытывают стресс, если в их присутствии разбить яйцо, тыква отклоняется от динамиков, если из них звучит рок.

Сейчас накоплено много фактов восприятия растениями звуков. В 2014 году ученые из Университета Миссури (США) воздействовали на небольшое травяное растение арабидопсис (резуховидка Таля) с помощью звука, который издает жующая его гусеница. Оказалось, что при этом в листьях растения повышается содержание антоцианов (фиолетовых красителей) и глюкозинолатов (горечи). Опыт продемонстрировал, что резуховидка по-разному реагирует на вибрации воздуха, вызванные жеванием листьев, ветром и стрекотанием насекомых.

Ученые из Университета Миссисипи недавно провели опыты с соей и живущими на ней насекомыми — божьими коровками и соевой тлей. На них воздействовали разными видами звуков, включая шум города, трактора, рок-н-ролл. Через две недели биомасса растений уменьшилась по сравнению с контролем. Однако ученые не склонны считать, что рок напрямую угнетал растения. Скорее он как-то повлиял на вредителей, которые активизировали свою деятельность.

Думаю последний опыт говорит именно о том, что нужно смотреть физиологические тканевые и генные механизмы самих растений, чтобы не приписывать им  лишних свойств.