«Я знал, что мне нужно многому научиться, но я был к этому готов», — говорит 18-летний парень из Уилмингтона, штат Делавэр.Спустя два года и десятки экспериментов Суини, ныне старший преподаватель Чартерной школы Уилмингтона, является первым автором исследовательской статьи, опубликованной в ведущем научном журнале Frontiers in Plant Science — редкое достижение для старшеклассника.То, что Суини и профессор Бейс открыли в Университете Делавэра, может заставить вас думать иначе, когда вы косите лужайку или кошка начинает клевать ваши комнатные растения.В исследованиях Arabidopsis thaliana, также известного как горчичный сорняк, команда обнаружила, что при надрезании листа травмированное растение посылало сигнал тревоги соседним растениям, которые начинали усиливать их защиту.
«Раненое растение предупредит своих соседей об опасности», — говорит Байс, доцент кафедры растениеводства и почвоведения Колледжа сельского хозяйства и природных ресурсов Университета штата Вашингтон. «Он не кричит и не пишет, но передает сообщение. Коммуникационные сигналы представляют собой переносимые по воздуху химические вещества, выделяемые в основном листьями».
Суини погрузился в работу в лаборатории Байса в Биотехнологическом институте Делавэра после школы, по выходным и во время летних каникул, выращивая около тысячи растений арабидопсиса для экспериментов. Семена помещали в чашки Петри и пробирки, содержащие агар, гелеобразную среду для выращивания.
Каждая партия семян прорастает примерно через шесть дней, превращаясь в трехдюймовые растения с тонким стеблем и ярко-зелеными листьями.Однажды в лаборатории Суини поместил два растения на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга на той же чашке Петри и сделал два небольших надреза на листе одного, чтобы имитировать нападение насекомого.
То, что произошло потом, как говорит Суини, было «неожиданным сюрпризом». На следующий день корни неповрежденного соседнего растения стали заметно длиннее и крепче — из основного корня выступало больше боковых корней.
«Это было безумие — я сначала не поверил, — говорит Байс. «Я ожидал, что травмированное растение вложит больше ресурсов в укоренение. Но мы этого не заметили».Байс попросил Суини повторить эксперимент несколько раз, разделив растения на части, чтобы исключить связь между корневыми системами. В предыдущем исследовании Байс показал, как почвенные бактерии, живущие среди корней, могут сигнализировать о том, что поры листа, называемые устьицами, закрываются, чтобы не допустить проникновения инвазивных патогенов.
«Причина, по которой неповрежденное растение выпускает больше корней, заключается в том, чтобы собирать корм и получать больше питательных веществ для укрепления своей защиты», — говорит Байс. «Поэтому мы начали искать соединения, которые вызывают рост корней».Суини измерил ауксин, ключевой гормон роста растений, и обнаружил, что больше этого гена экспрессируется в соседних растениях, когда поблизости находится травмированное растение.
Он также подтвердил, что соседние растения поврежденных растений экспрессируют ген, который соответствует переносчику малата (ALMT-1). Малат привлекает полезных почвенных микробов, в том числе Bacillus subtilis, который Байс и его коллеги обнаружили несколько лет назад. По-видимому, неповрежденные растения, находящиеся в непосредственной близости от поврежденных и имеющие повышенный переносчик малата, больше ассоциируются с этими микробами. Эти полезные вещества связываются с корнями неповрежденных растений, чтобы повысить их защиту.
Ориентация на химические сигналы«Таким образом, травмированное растение посылает сигналы по воздуху.
Оно выделяет эти химические вещества не для того, чтобы помочь себе, а для того, чтобы предупредить своих соседей по заводу», — сказал Байс.Что это за загадочные смеси, известные в науке как летучие органические соединения, и как долго они сохраняются в атмосфере или в почве, если на то пошло — это как струя духов или стойкий аромат свежеприготовленного попкорна?«Мы еще не знаем», — говорит Байс, который уже приступил к следующему этапу исследования. «Но если вы пройдете через травяное поле после того, как его скашивают, или через поле после уборки урожая, вы почувствуете запах этих соединений».Байс благодарит Суини за открытие, высоко оценивая его упорный труд и готовность учиться, помимо других занятий в старшей школе и плавания более 22 часов в неделю.
«Вы должны подойти к этой работе с преданностью и полнотой. Нельзя просто сделать это на полпути», — говорит Байс. «В Конноре у вас есть материал для аспирантов. Куда бы он ни пошел, он будет сиять».«Работать с доктором Байсом было здорово, — говорит Суини. «Большинство детей не работают в лаборатории.
Я фактически выполнил весь проект и написал статью. Это очень интересно».Суини также считает, что плавание помогло ему в науке.
«Плавание требует определенного уровня умственной стойкости — для этого нужно смотреть на дно бассейна», — говорит он. «Кривая обучения здесь была для меня очень крутой. Когда у меня было заражение в лабораторном образце, когда я дышал на что-то, мне приходилось начинать все сначала. Но терпение и усердие, которым я научился, сделали меня лучшим ученым».Сын выпускников Университета штата Вашингтон, Суини впервые посетил Биотехнологический институт Делавэра в восьмикласснике, где прошел учебный лагерь по основным лабораторным процедурам, что пробудило его интерес к исследованиям.
С тех пор он выиграл конкурс BioGENEius Challenge 2016 в Делавэре, был финалистом международного конкурса BioGENEius Challenge 2016 года и был назван полуфиналистом конкурса Regeneron Science Talent Search 2017 года. Этой осенью он отправится в Массачусетский технологический институт, получив двойную специализацию в области экономики и биологической инженерии.
«Мне интересно взглянуть на сельскохозяйственную сторону науки», — говорит он. «Это может показаться некрасивым, но всем нужно есть. Так что, если вы можете использовать передовые технологии в геномике, которые кормят больше людей, уменьшая при этом воздействие на окружающую среду, я хочу быть именно там».