Мелатонин у растений

В июле 2011 г. на полях в английском графстве Уилтшир, появилась пиктограмма, изображающая формулу мелатонина. Кто же – инопланетяне или веселые английские фермеры так интересуются этим загадочным гормоном? (Фото с сайта http://www.lucypringle.co.uk/photos/2011/roundway-hill-cropcircle-2011.shtml)

Сходство растительных и животных организмов на биохимическом уровне постоянно привлекает внимание ученых. Одним из соединений, общим для обоих царств, оказался мелатонин гормон, индольное соединение, долгое время считавшееся присущим только животным и человеку (рис. 1). Мелатонин был открыт у млекопитающих в 1958 г. и только 30 лет спустя его обнаружили в одноклеточной водоросли, и лишь в 1993 г. в высших растениях. C тех пор были проведены исследования количественного содержания мелатонина во многих растениях и в настоящее время известно, что мелатонин присутствует практически во всех организмах, населяющих планету – от прокариот до эукариот, и от животных до растений. Универсальная представленность мелатонина у высших растений и его высокие концентрации в них, в отличие от животных организмов, привели к тому, что в 2004 г. был предложен термин «фитомелатонин». За последние 2-3 года совершен большой прогресс в понимании роли мелатонина у растений. Ученые пытаются выяснить, участвует ли фитомелатонин в циркадной ритмике у растений сходным образом с мелатонином у животных, выполняя функцию хронорегулятора. Также ведутся многочисленные попытки найти специфическую роль, которую мелатонин играет в растениях. По всей видимости, это может быть его роль как регулятора роста. Особенно интересно его участие в процессах старения. Экспериментально доказано, что мелатонин замедляет старение листьев, вызываемое разными факторами, например, затемнением или засухой. Однако, главной функцией, которую мелатонин выполняет в растениях является его антиоксидантное действие, обеспечивающее защиту от окислительного стресса. Это свойство мелатонина проявилось на ранних этапах эволюции и является эволюционно общим у животных и растений. Опыты с растениями, подвергнутыми разным стесс-факторам, а также с трансгенными растениями показали, что мелатонин является эффективным «гасителем» свободных радикалов, выступая в первой линии защиты против окислительного стресса.

Несомненно, присутствие мелатонина с его многочисленными функциями в растениях важно для их успешного роста и развития, но насколько это свойство может быть использовано человеком? Мелатонин обнаружен почти во всех исследованных растениях и продуктах растительного происхождения. Поэтому не удивительно, что он был также обнаружен в напитках, изготовленных из растительных продуктов – кофе, чае, пиве и вине. Однако, неожиданным оказалось довольно высокое содержание мелатонина в этих напитках. Высокая концентрация мелатонина в популярных напитках и его эффект как мощного антиоксиданта, потенциально улучшающего здоровье человека, привлекли внимание врачей. В настоящее время предложено клиническое использование мелатонина в случае различных патологий, включая нейродегенеративные заболевания (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона), заболевания сердца, нарушения обмена веществ, опухоли, радиационное облучение. В целом, одна порция кофе – это примерно 4-5 г обжаренных кофейных зерен, содержит около 40 мкг мелатонина. Уже имеются сообщения об увеличении циркулирующего мелатонина в организме человека после употребления кофе. Для исследования потенциальных полезных эффектов мелатонина была определена его концентрация в красном вине (75 нг/л). Мелатонин, введенный в составе красного вина в сердечные модели, снизил размер инфаркта миокарда с 69% до 25%. Защитный эффект мелатонина против сердечных повреждений был эквивалентен или даже лучше, чем от ресвератрола, который считается главным полезным ингредиентом красного вина. Примечательно, что концентрация ресвератрола в исследовании была в 300 тысяч раз больше, чем концентрация мелатонина.

Рис. 1. Структурная формула мелатонина. (Рисунок из Википедии с изменениями)

Мелатонин обнаружен в широко используемых злаковых культурах, включая кукурузу, рис, пшеницу, ячмень и овес. Удивительно, что даже в различных сортах одного вида существует значительная разница в концентрациях мелатонина. Так, например, в разных сортах кукурузы или риса количество мелатонина может отличаться в несколько сотен раз. Концентрация мелатонина в популярных культурах, таких как рис и кукуруза, довольно высокая, а потребление этих злаков в некоторых развивающихся странах составляет около 500 г на взрослого человека в день. В таком количестве кукурузы или риса содержится более 100 мкг мелатонина. Существует два значимых свойства, связанных с уровнем мелатонина в пищевых продуктах. Во-первых, мелатонин, как антиоксидант, оберегает растительные продукты от перекисного окисления, тем самым улучшая их качество и продлевая их срок годности. Во-вторых, вероятно, что регулярное потребление богатых мелатонином продуктов, таких как кофе, чай, кукуруза, рис и другие, может улучшить здоровье человека.

Результаты работ по изучению влияния мелатонина на урожайность растений показывают весьма отдаленный во времени эффект последействия. Обработка семян экзогенным мелатонином может приводить к стимуляции роста растения в течение жизни и увеличению продуктивности. Так как предпосевная обработка семян мелатонином в крупных масштабах не представляет большой сложности, то практическое применение мелатонина для повышения продуктивности растений видится вполне возможным. К сожалению, на сегодняшний день нет результатов крупномасштабных производственных испытаний, подтверждающих влияние мелатонина на урожайность растений. Если это подтвердится, то будет означать, что мелатонин может быть эффективным средством повышения продуктивности без увеличения площадей. Мелатонин легко синтезировать в чистой форме, и он недорог, поэтому его использование в практике может быть весьма целесообразным.