Яблочная кислота полезна для здоровья
Призывы о помощи оказались настолько успешной стратегией, что растения стали применять ее и над, и под землей. При нападении на листья зеленые организмы отдают приказания клопам и летающим насекомым, а в случае нападения на корни - нематодам. Растения справляются в обоих мирах - и в атмосфере, и в ризосфере (так ботаники называют верхние слои почвы - мир корней). Однако недавно профессор Харш Бейс из Делавэрского университета обнаружил, что растения могут комбинировать эти защитные системы. Маленькая резуховидка Таля, по-научному называемая "арабидопсис", отражает нападения на листья с помощью защитников из почвы.
Трудно представить, как это происходит. Но у Харша Бейса нашлись точные документальные подтверждения, а также потрясающие "фотодоказательства". Вот краткое изложение событий.
Листья резуховидки Таля заболевают. Возбудители болезни - бактерии псевдомоны. Они вызывают мягкую бактериальную гниль, и уже через несколько дней листья арабидопсиса желтеют. Если, конечно, он бездействует.
Однако чаще всего арабидопсис наказывает обидчиков, посылая сигнальные вещества в корни, которые, в свою очередь, производят яблочную кислоту, а затем переправляют ее в почву. Кислота служит сигналом для почвенных бактерий бациллус субтилис (Bacillus subtilis) - их также называют сенными палочками. Целое войско этих организмов отправляется в путь. Обросшие жгутиками палочки плывут навстречу питательной яблочной кислоте и тонкой пленкой облепляют корни растения. Обычно это незаметно, однако Харш Бейс и его коллеги заставили бактерии светиться и таким образом смогли их сфотографировать.
Бациллус субтилис - почвенная бактерия с хорошей репутацией. Фермеры и садовники часто насыщают этими палочками почву, так как они производят антибиотики и целый ряд веществ, укрепляющих защитную силу растений. Как именно это происходит, до сих пор точно не известно. Однако в случае с резуховидкой Таля действие сенной палочки нельзя не заметить: мягкая гниль остановлена. Вещества, производимые "хорошей" почвенной бактерией, попали в корни, а затем и в листья, победив "плохие" организмы.
Похоже, жизнь в двух мирах - это вовсе не плохо. Из каждого можно взять лучшее. Однако в каждом из миров нужно еще утвердиться, победив не только вражеские организмы, но и растущую конкуренцию среди собратьев.
Размолвка между соседями
Растения не ссорятся. Не влюбляются. Не изгоняют друг друга. И не травят никого из собратьев. На первый взгляд это именно так. Например, деревья мирно растут рядышком, образуя зеленую общину в лесу или на лугу и оставляя место для нежных травок и цветов. Кажется, агрессивная конкуренция присуща только людям и животным.
Однако еще две тысячи лет назад римский писатель-эрудит Плиний Старший подметил, что ореховые деревья не подпускают к себе другие растения. Под крышей из ореховых листьев нет почти никаких других представителей флоры - как будто присутствие чужаков запрещено. Тень деревьев, должно быть, опасна, считал Плиний, и он не так уж сильно ошибался. Все дело в листьях, отбрасывающих эту тень. Они отравляют почву - конечно, после того, как опадут и подвергнутся разложению. При этом возникает вещество под названием "юглон", препятствующее проращиванию и затрудняющее появление других растений.
Ядовитая защита собственного "дома" привычна для многих растений. Под эвкалиптами земля остается на удивление голой, да и хвойные деревья защищают свое место обитания от назойливых выскочек. Но, как это часто случается с ядами, со временем они становятся менее эффективными. Отвергнутые соседи приспосабливаются к ним и вырабатывают противоядие. Конкуренты не спят.
Надземная часть растения следит за своим "карьерным ростом" - чтобы никто не обогнал его по пути наверх. Оно защищается, если сосед стремиться поставить его в тень. Сражается за место под солнцем и даже пытается убрать всех соперников. Растения поочередно стремятся вверх, борясь за свет и пространство.
В принципе, уже известно, что при этом происходит, известно, как соперники воспринимают друг друга и каким образом влияют друг на друга. Однако ключевую роль в гонке роста играет специальный фоторецептор - присутствующий в растительной клетке пигмент фитохром. Он опознает тончайшие оттенки цвета и "понимает", какой солнечный свет попадает на растение - натуральный или тот, что просочился сквозь другие листья. Именно таким образом деревья, изо всех сил стремящиеся вытянуться вверх, узнают об опасности оказаться в тени и, переработав эту информацию, начинают расти более серьезными темпами. Как именно это происходит, какая цепочка сигналов, запущенная фитохромом, приводит к росту растения, пока еще не исследовано. Но, судя по всему, представители флоры из последних сил пытаются не уступать конкурентам.
Оказывается, подземная борьба, разгорающаяся между корнями, еще более драматична, хоть и менее заметна. Получается, что растения часто промахиваются и вредят себе лишь потому, что не желают счастья своим конкурентам. Подобное гипертрофированное соперничество встречается и в мире людей.
Корни заботятся о снабжении растительного организма водой и питательными веществами. Каждому виду необходимо особое соотношение азота, серы, фосфора и многих других минеральных веществ и микроэлементов. В общей сложности потребность в них, конечно же, увеличивается по мере того, как зеленый организм растет, образует новые листья, плоды или семена. При этом под землей корневая система должна подобающим образом вырасти и уплотниться, чтобы освоить новую территорию с новыми ресурсами. Но, как правило, это непросто. Потому что в большинстве случаев у растений есть соседи, оспаривающие "подземные сокровища". И тогда речь уже не совсем о том, сколько на самом деле нужно зеленому организму, а скорее о том, сколько он может завоевать и на что может претендовать. Иными словами, под землей растения только и делают, что ведут бои. Не уделяя особого внимания надземным органам (листьям, цветам и плодам), они занимаются расширением корневой системы. Как можно быстрее, разумеется. Сначала корни осваивают свободное пространство, затем вторгаются на "суверенную территорию" соседнего растения и наконец заполняют промежутки изящным корневым плетением. Тут нужно действовать проворней, поскольку соперники используют ту же стратегию. Оба распознают, какой корень перед ними - собственный или принадлежащий противнику, и оба пытаются отхватить у соседа как можно больше пространства, пока он их не опередил. Захватывающая шахматная партия, протекающая особенно остро, когда противники - растения одного вида с одинаковыми потребностями в питательных веществах. К примеру, конкурирующие соевые бобы образуют в среднем на восемьдесят пять процентов больше корневой массы, чем отдельно стоящие растения, однако при этом количество их плодов и семян сокращается более чем на треть. Конкурентная битва под землей стоит им потомства. Но кто откажется от нее, тот вскоре и вовсе выйдет из игры.
Могут ли растения как-нибудь объединиться, по-братски поделить почву и прекратить изматывающую корневую войну? На самом деле такие случаи бывают. Не так давно Сьюзан Дадли из Макмастерского университета (Канада) удалось сделать, на мой взгляд, сенсационное открытие. Объект ее исследования растет и цветет неподалеку от лаборатории, на песчаных берегах озера Онтарио. Это морская горчица. Понаблюдать за ее корневой конкуренцией нетрудно. Если растения выращивают отдельно в маленьких горшках, они образуют нормальные клубки корней. Если же, напротив, они попадают в общий горшок, подходящий им по размеру, корни распознают конкурентную ситуацию и растут, как и ожидалось, быстрее и гуще, чтобы опередить соседа.
Когда Сьюзан Дадли устроила противостояние брата и сестры, то есть ростков, произошедших от одного материнского растения, ситуация стала развиваться еще интересней. Поведение растений в общем горшке вдруг стало более терпимым, родственники как будто начали обходиться друг с другом великодушнее и миролюбивее: интенсивный корневой рост существенно снизился или вовсе прекратился. Родственники - таковы результаты - уступают друг другу больше пространства и питательных веществ. И это, как предполагает Сьюзан Дадли, бывает не только у морской горчицы.
Итак, на пашне, на клумбе или в цветочной кадке разворачивается безумная борьба. Там происходят подземные поединки и позиционные битвы, растения четко различают свои и чужие корни и даже узнают родственников. Семейные кланы держатся вместе. Пока еще неясно, как именно это удается корням, и здесь ученым открывается огромное поле для исследований. Нам гораздо больше известно об обитателях океанов и морей, чем о растительной жизни, протекающей у нас под ногами, хотя мы год от года кормимся зелеными организмами.
Я бы с огромным удовольствием запечатлел битву корней в своем фильме. Ускорил бы ее, чтобы острота борьбы могла воздействовать на наши эмоции. Стратегия завоевания пространства в ризосфере. Но, к сожалению, мир корней скрыт от глаз и камер. Стоит попробовать понаблюдать за соперничающими растениями из водных культур - в прозрачный резервуар, который не будет создавать преград для камеры с замедленной покадровой съемкой. Сьюзан Дадли работает над этим.
7. Размножение: секс на расстоянии
О невинных цветочках
Без размножения на Земле ничего не происходило бы. Как у животных, так и у растений. Какой смысл тогда в хорошем питании? Или в самой гениальной защите? Чем поможет борьба с конкурентами, если не вложить все силы в потомство? Пусть высокоразвитым мыслящим существам эта мысль не понравится, но в процессе эволюции успешное размножение - единственный критерий успеха. Все уловки и стратегии, как и разнообразные гениальные изобретения, в конце концов - лишь средство достижения этой цели.
Привычный для нас вид размножения предполагает партнеров мужского и женского пола. Они находят друг друга и занимаются сексом. Конечно, перед этим им предстоит перенести многое другое - различные сложности, переживания, неуверенность, волнение, эйфорию, разочарования… Тем проще само событие. Секс сводится к оплодотворению яйцеклетки: сперматозоид мужчины сливается с яйцеклеткой женщины. Оба генетических материала перемешиваются, и обогащенная таким образом яйцеклетка развивается, если все идет как надо, в новое живое существо, которое во многом отличается от своих родителей.
Слияние обеих половых клеток, конечно, предполагает их прямой контакт - что необязательно означает контакт мужской особи с женской. У рыб и прочих водных животных секс проистекает без соприкосновения. Они по очереди выпускают в воду яйцеклетки и сперматозоиды, остальное происходит само собой: сперматозоиды "включают" свой жгутик-двигатель и плывут на зов химических веществ яйцеклетки, навстречу слиянию.
Для наземных животных контакты без соприкосновения, конечно, имеют мало смысла: в воздушной среде сперматозоидам и их жгутикам придется нелегко. Сухопутные животные-партнеры должны вступить в физический контакт. Требуется внутреннее соприкосновение, копуляция. Так сперматозоиды останутся в своей первозданной стихии. Благодаря силе жгутиков во влажной среде они сами преодолеют расстояние до яйцеклетки.
У растений, конечно, о таком виде сексуальных контактов речь не идет. Ведь он предполагает подвижность и способность партнеров найти друг друга. Если растения хотят заниматься сексом, даже произрастая в разных, отдаленных друг от друга местах, они должны придумать что-то другое.
Секс у растений? Уместно ли вообще втягивать их в этот порочный круг сексуальности, совокупления и похоти? Разве они не выше всех этих темных животных инстинктов? На протяжении столетий цветки и соцветия считались символами чистоты и невинности. Непорочные невесты носили девичий венок. А когда теряли свою невинность, происходила дефлорация, что означало: нет девственности - нет цветов.
Образ бесполой невинности цветов, должно быть, лелеял в сердце и тот зритель, который, посмотрев документальный телефильм об орхидеях, упрекнул меня в девяноста шести непристойностях - он просмотрел передачу трижды и все точно сосчитал. Этот человек так и не смог примириться с мыслью, что прекрасные орхидеи способны иметь нечто общее с грязной сексуальностью. И в некотором смысле я могу понять его возмущение. Здесь соприкасаются два совершенно разных мира, которые трудно соединить. В нашем быту цветы означают благодарность, красоту, радость, симпатию. В природе у них совсем иная функция - они используются для того, чтобы как можно привлекательней представить половые органы растения. Более серьезное противоречие трудно себе вообразить.
Понятно, что здесь приходится сталкиваться с внутренним сопротивлением людей, предпочитающих более безобидные интерпретации. Цветы цветут, "чтобы нести людям радость" или "потому что на небесах есть Бог, который дарит нам радость". Так или примерно так отвечало большинство прохожих, которых я спрашивал о смысле цветов на улице Курфюрстендамм в Берлине.
Цветки представляют собой органы размножения растений. Они демонстрируют пыльцевые зерна с мужскими половыми клетками - растительной спермой, если угодно. А в семяпочках цветков их ждут женские яйцеклетки. Как и у животных, мужские и женские половые клетки также должны слиться, чтобы из них могло вырасти новое живое существо, в данном случае - зародыш в семени. Растения тоже занимаются сексом, они тоже заводят потомство путем оплодотворения.
Существенное отличие от животных заключается (вновь!) в том, что растения не могут поменять местоположение. Это их извечная беда. И способ выйти из этой ситуации появился тоже очень давно: еще с каменноугольного периода, наступившего триста шестьдесят миллионов лет назад, существуют семенные растения, доверяющие свои пыльцевые зерна ветру. Если не можешь передать генетический материал лично, стало быть, надо его переслать.
Понятно, что точность попадания в цель при доставке по воздуху достаточно сомнительна. Требуется свыше миллиона пыльцевых зерен сосны, чтобы одно из них приземлилось на цветок и смогло оплодотворить яйцеклетку. Ничтожный процент попадания - впрочем, это вполне понятно, раз столько писем приходит не по адресу. Ранним летом пыльцевые зерна сосны желтым слоем покрывают машины (и особенно после того, как те выехали из автомойки). Улицы и пруды присыпаны пыльцой, а ее остатки, похоже, обосновались на слизистых оболочках аллергиков. Из-за этого ветряного секса столько усилий пропадает напрасно!
Однако примерно сто тридцать миллионов лет назад, в меловой период, растения изобрели потрясающе ловкий ход, связанный с вопросами репродукции. Некоторые из них поменяли "транспорт", доставляющий пыльцу, - перестали доверять ее непредсказуемым потокам ветра. Теперь, решили растения, пыльцу будут переносить крылатые насекомые, которые, жужжа, перелетают с цветка на цветок. Массовая рассылка пыльцы прекратилась, и началась целенаправленная доставка избранным адресатам. Потери уменьшились, и процесс стал более экономичным: производство пыльцы удалось значительно сократить.
Но переход на крылатых курьеров породил совершенно новый тип цветков. До сих пор они были незаметными, скромными созданиями; цветки колыхались на ветру, пытаясь вытряхнуть или поймать пыльцу, - например, безыскусные шишки, которые и сегодня растут на соснах и других хвойных деревьях. Однако теперь следовало обязать живых курьеров разносить пыльцу - это была совершенно новая задача. Цветки должны быть заметны издалека, они должны выделяться и привлекать насекомых.
К тому же необходимы станции по загрузке и принятию пыльцы, рассчитанные на курьеров.
Одним словом, в середине эпохи динозавров новая группа растений изменила облик Земли. Она привнесла в этот мир цвет, сделала его пестрым и ярким. Растения создали красивые, великолепно окрашенные и прекрасно пахнущие цветки, которые очень сильно отличались от тех, что преобладали раньше; эти "новички" в большинстве случаев упрощенно называются "цветковыми растениями".
Новаторский облик цветков возымел успех - похорошевшие зеленые организмы захватили Землю. Сегодня 235 тысяч видов этих повсеместно распространенных представителей флоры составляют самую крупную группу растений. Здесь, несомненно, играет роль и то, что их цветки очень своенравно обходятся с характеристикой пола: они гермафродиты. Уже первый взгляд на тюльпан или лилию все проясняет. Каждый цветок представляет собой венок из мужских пыльников и возвышающегося посередине женского рыльца - органа, принимающего цветочную пыльцу. (Сами яйцеклетки сразу не увидеть: они находятся внизу скрываются в завязи, соединенной с рыльцем.)
Существование в качестве гермафродита, то есть способность обладать двумя полами одновременно, несет сплошные преимущества - по крайней мере, для цветкового растения. Как мужская особь, оно может отдавать пыльцу и опылять своих собратьев; как женская - может принимать пыльцу и само иметь потомство. Шансы на размножение удвоились.
Гениальный ректор Шпренгель
То, что цветки опыляют пчелы, шмели или бабочки, - не такая уж поразительная новость. Об этом известно каждому школьнику. Однако человеку, который первым обратил внимание на партнерство цветов и насекомых, пришлось нелегко. Над ним смеялись и подтрунивали, и он замалчивал свое открытие целых семьдесят лет. Речь идет о ректоре школы в городе Шпандау (сейчас это один из районов Берлина) по имени Христиан Конрад Шпренгель, жившем во времена Гёте. Вероятно, он был достаточно неприятным типом, постоянно пререкавшимся с окружающими. К тому же Шпренгель был холост и угрюм. Но ректор оказался гениальным человеком - одиночкой, сильно опередившим свое время. Даже сегодня, по прошествии двухсот с лишним лет, его книга для любознательного читателя - сплошное удовольствие.
"Раскрытая тайна природы" вышла в 1793 году в издательстве Фивега и содержала двадцать пять прекрасных гравюр на меди, каждая из которых занимала целую страницу. Книга была написана на немецком языке, хотя в те времена научные труды составлялись исключительно на латыни. Текст понятен и доходчив, а временами даже напоминает захватывающий очерк. И все-таки труд Шпренгеля постиг оглушительный провал, весьма досадный как для издательства, так и для автора. Ректор не получил даже авторского экземпляра, на что впоследствии неоднократно жаловался.