Сама по себе скорость - не проблема, речь идет о моменте включения. Когда, скажите на милость, надо нажать на кнопку затвора? Тут всегда либо слишком рано, либо слишком поздно. Зачастую помогает фотоэлемент, который автоматически включает камеру, как только объект съемки пересекает контролируемую зону. Но в случае с крохотной дафнией под микроскопом этот вариант тоже отпадает.
В тот момент мы сдались и отступили, однако ради "Умных растений" без колебаний предприняли новую попытку - с более высокими шансами на успех. Потому что с недавних пор вопрос включения камеры перестал быть проблемой. Современная видеотехника предоставляет почти волшебную возможность вернуть упущенные мгновения. Момент рукопожатия политиков, стартовый рывок на стометровке, молниеносная атака кобры. Или даже нападение пузырчатки. Ключевое слово здесь - режим "Reloop", или "повтор петли". Это нечто вроде короткого путешествия в прошлое. С технической точки зрения все достаточно просто. Видеокамера беспрерывно снимает, а через несколько секунд - скажем, через пять - она в течение следующих пяти секунд проигрывает уже записанный кусок, продолжая снимать то, что происходит в настоящий момент. Как если бы в камере стояла видеопленка с пятисекундным циклом записи. Убедившись в том, что "его событие" произошло, оператор переходит из режима "Reloop" в нормальный режим съемки с полной уверенностью, что камера зафиксировала предыдущий пятисекундный фрагмент. Иными словами, у вас появляется несколько секунд, чтобы отреагировать на запись, - именно на такой короткий период времени можно вернуться в прошлое. И в этом есть нечто пугающее.
Рудольф Дизель, наш специалист по сверхскоростным камерам, перехитрил пузырчатку при помощи режима "Reloop". Руди пришлось ждать аж несколько дней, чтобы несчастная дафния попалась в ловушку прямо под объективом видеокамеры. Зато съемка решающих миллисекунд прошла фактически без проблем. Дафния слегка касается контактного волоска, и он неудержимо протаскивает ее сквозь узкое ротовое отверстие. "Блоха" не в силах сопротивляться - поток воды заталкивает ее внутрь пузырька. Причина тому - давление, которое пузырьки создают после окончания процесса переваривания. Для этого они откачивают жидкость, а их стенки сжимаются - "капкан" снова готов к охоте. Ждет, когда кто-нибудь по неосторожности откроет "дверь".
Принесенные потоком воды организмы снабжают пузырчатку питательными веществами и минералами - и настолько щедро, что она может полностью отказаться от корней. Подобно кораблю-капкану, снабженному сотнями ловушек, она дрейфует по озеру, убивая дафний, личинок насекомых или коловраток. Я бы не удивился, если бы пузырьки также выделяли химические вещества-приманки, чтобы завлечь в ловушку побольше жертв. От пузырчатки можно ожидать всего чего угодно. Вывод: уловки хищных растений на удивление отточены и на первый взгляд даже кажутся проявлениями ума. Но правомерно ли в этом случае говорить об уме?
Повилика ищет томат
Изощренная техники ловли - итог эволюции, длившейся миллионы лет; эта техника не может быть результатом умственной деятельности отдельного живого существа. Каждое хищное растение - несомненно, удивительный, сложный организм, однако он не способен принять собственное решение, как-нибудь изменить стратегию охоты или приспособиться к обстоятельствам. Это исключает основное условие деятельности индивидуального интеллекта - способность выбирать один из нескольких вариантов. Например, с целью добиться преимущества или избежать потерь.
У высших животных, как известно, все иначе. Собаки способны выбирать, послушаться ли хозяина или продолжать обнюхивать дерево, прыгнуть ли в лужу, если туда угодила их палка, или остаться в сухом месте. Животные могут решать, есть ли смысл противостоять противнику или лучше сойти с его пути. В Новой Каледонии птицы семейства вороновых умеют даже выбирать "копательные" инструменты, в зависимости от размера углубления и личинки, которую они хотят достать.
Не стоит забывать и о коте Лео. Я не перестаю удивляться этому животному и тому, как избирательно он подходит к процессу питания. Мой кот всегда тщательно обнюхивает обе миски (в одной лежит сухой корм, а в другой - свежее мясо) и только после этого принимает окончательное решение. Иногда он снова поворачивается к первой миске и принюхивается еще раз, словно хочет убедиться в правильности своего заключения. Конечно, выбор корма - не самое интеллектуальное занятие, оно не требует особых размышлений и сложного анализа, однако подобное поведение невозможно без целого ряда когнитивных действий. Сначала кот Лео должен осознать, что существует два источника корма. Затем решить, какой из них больше удовлетворяет его сиюминутным потребностям, и, наконец, вернуться к выбранной миске, чтобы спокойно поесть.
Разве нечто подобное вообще возможно у растений? Чтобы они делали какой-то выбор? И в соответствии с ним выстраивали свое дальнейшее поведение? Или еще конкретнее: разве растения делают активный выбор в пользу одного источника питания, игнорируя другой? Такое трудно себе представить, ведь у зеленых организмов нет ни глаз, ни носа, ни мышц и прежде всего - отсутствует нервная система. Однако поездка в университет штата Пенсильвания кое-чему меня научила.
Мы вошли через шлюз дезинфекционного отделения и вытерли ноги о стерилизующий коврик. Теперь мы находимся в научной оранжерее университета. На полках выстроились сотни подопытных растений. Некоторые накрыты стеклянными колпаками. Журчит система полива, шумит кондиционер. С потолка свисают огромные тепличные светильники, которые могут сделать день более светлым или продлить его.
Расположение томатных кустов бесспорно притягивает внимание. Высокие, с ярко-красными плодами, они размещены у нас над головой на двух сдвинутых деревянных столах. Маленькие томатные джунгли. И место безмолвной драмы. Уже на первый взгляд ясно, что на кусты напало растение-паразит. Зелень томатов опутана паутиной желтоватых нитей, похожих на волоски, многократно обвившиеся вокруг стебля и отростков. Растительный хищник словно бы перекинулся мостом на соседний зеленый организм и взял в удушающий плен и его. Бесшумно и, казалось бы, не сдвинувшись с места. Но жгуты из желтоватых нитей демонстрируют такую динамику и завоевательный натиск, что я уверен: уже завтра они сделают несколько новых витков и продолжат беспощадно объедать своих "хозяев".
Сомнений нет, мы стали свидетелями разбойного нападения, пусть даже оно обнаруживается лишь на моментальных снимках. Впечатления настолько сильны, что я невольно становлюсь на сторону томатов и вопреки здравому смыслу вынужден бороться с негодованием, желанием назвать растение-паразит жестоким и отвратительным. Теми, кто дал ему такое название, наверняка руководили те же чувства. Некоторые еще пренебрежительно обзывают его "удавкой", "сосуном" и даже "заразихой". За всеми этими обидными прозвищами скрывается ползучее растение повилика (cuscuta), более чем сто пятьдесят видов которого по всему миру успешно демонстрируют, что паразитировать может и представитель растительного мира.
Консуэло ди Мораниш рада, что ее повилика произвела на нас впечатление. Она - профессор биологии, и враждебные чувства по отношению к растениям-паразитам ей чужды. Напротив, когда она описывает типичный жизненный путь кускуты пятиугольной (cuscuta pentagona) - как раз того вида повилики, который взбирается на наши томаты, в ее словах сквозят уважение и восхищение. Каждый побег повилики должен в кратчайшие сроки решить вопрос жизни и смерти. В течение трех-четырех дней он должен найти растение-хозяина (лучше всего томат), иначе он погибнет. Ему приходится иметь дело с такими сжатыми сроками (действительно, что такое три дня для растения?) из-за того, что запасы энергии и питательных веществ в его семенах ограничены. Оно расходует их всего за несколько дней, но, поскольку побег не образует ни одного листочка, вкладывая все силы в рост в длину, даже солнечный свет ему уже ничем не поможет. Единственный шанс для ростка - как можно быстрее добраться до молодого томатного куста и, обхватив стебель, присосаться к нему. Теперь самое сложное уже позади, можно тянуть петли и дальше, обустраивая новые заправочные пункты. Повилика даже обрывает свою связь с поверхностью почвы, потому что корни, как и листья, ей практически не нужны. Пищу она получает только из сока растения-хозяина, однако слишком усердствовать ей нельзя: гибель томата в конце концов обернется ее собственной гибелью.
Оранжерейная повилика, похоже, уже все усвоила и теперь усиленно занимается размножением: маленькие белые цветки целыми пучками распускаются прямо на ее "нитках", будто их кто-то приклеил. Такими же чужеродными кажутся капсулы с семенами, которые при малейшем прикосновении лопаются, рассеивая по земле новое поколение повилик. В целом отличная стратегия. Все портит лишь эта небольшая деталь - угроза смерти, нависающая над молодой повиликой в первые три-четыре дня. Она и есть ахиллесова пята зеленой паразитки. В ранний период побег повилики не длиннее человеческого пальца. В этом случае шанс натолкнуться на томат или другую культуру очень мал. Лотерея с минимальной вероятностью выигрыша. И тем не менее кускута часто становится победителем в этой игре.
Именно победоносность повилики и навела Консуэло на размышления, которым в дальнейшем суждено было стать звездным часом ботанических исследований. Что может предпринять побег, чтобы увеличить вероятность встречи с томатом?
"Поначалу у нас не было ничего, кроме этой безумной идеи, - с улыбкой признается Консуэло. - Мы с Марком однажды проиграли ее за бокалом вина".
Марк Мешер - коллега и муж исследовательницы, а "безумная идея" заключалась в предположении, что побег повилики каким-то образом способен узнать, где находится ближайший к нему томат, и может интенсивно расти в заданном направлении. Таким образом можно не отдаваться на волю случая и существенно увеличить свои шансы на выживание.
Это звучит так, будто мы ведем беседу об иных мирах, где растения наделены сверхъестественными способностями. Однако Марк и Консуэло уже давно исследуют взаимодействие зеленых организмов с окружающей средой и то, как они получают сигналы или же посылают их сами. Об этом еще пойдет речь - в любом случае теперь стало яснее, как ботаникам могла прийти в голову столь безумная идея.
- Самое прекрасное в этой догадке то, - считает Марк, - что ее очень легко проверить. Нам нужно было лишь высадить и вырастить побег повилики рядом с ростком томата. Мы это сделали и сфотографировали процесс. Через каждые две минуты - новый снимок.
На результаты можно посмотреть. Сидя перед компьютером Консуэло, мы пронаблюдали три дня из истории соседских отношений - как фильм, снятый рапидом, когда время действия сжато всего до нескольких минут. Росток томата словно бы дышит: он ритмично поднимает и опускает листья и при этом беззаботно тянется ввысь. Совсем иначе ведет себя крошечный, всего в миллиметр, побег повилики. Белый кончик его ростка-нитки выглядывает из почвы сантиметрах в десяти от томата: нетерпеливо и нервно, как кажется со стороны, он растет вверх круговыми поисковыми движениями, подобно фасоли и другим ползучим растениям. А потом наступает момент, повергающий нас почти в детский восторг и вызывающий такие глубокомысленные комментарии, как "ух ты!" или "с ума сойти!". Побег на мониторе, словно услышав некий оклик, вдруг начинает расти в другую сторону. Каким-то образом сориентировавшись, он поворачивает вбок и целенаправленно приближается к томату, причем кончик побега совершает те же круговые движения, что и до этого, - его желтоватая нить напоминает лассо. Так едва ли пропустишь цель. Побег "пристыковывается" и многократно обвивается вокруг стебля томата, как обычно делают все ползучие растения. Так идея из безумной стала гениальной: кускута учуяла томат и стала активно двигаться в его сторону.
Естественно, Марк и Консуэло захотели узнать, как повилике это удается. Какие органы чувств она "включает" для распознавания жертвы? На обманку - бумажный томат, очень похожий на настоящий, - кускута никак не отреагировала. Как и на окрашенные жидкости в стеклянных сосудах. Даже влажность и температура оставили ее равнодушными. Все это укрепило Консуэло в догадке, которая возникла с самого начала: повилика находит своего хозяина по запаху. Растения усеяны миллионами маленьких отверстий, сквозь которые зеленые создания осуществляют газовый обмен с окружающим воздухом. А может, эти устьица действуют как нос и воспринимают ароматические вещества? Это вполне вероятно. Но как добыть неопровержимые доказательства?
Ботаники изобрели ароматический тест для побегов повилики. В лаборатории без окон они предоставили молодым томатам оптимальные условия освещения. Светильники на потолке заливают помещение ослепительным блеском - настолько ярким, что хочется надеть солнечные очки, считает Консуэло. Следует добавить, что прожекторы стократно отражаются в стеклянных колпаках, выставленных в ряд. Беспокойное море бликов, приходящих в движение при каждом шаге. Сияющий интерьер, созданный из стекла и света, мог бы стать украшением любого научно-фантастического фильма, но здесь он служит только коллектором томатного запаха. Под стеклянными куполами ростки томатов великолепно развиваются, испуская свои типичные ароматические вещества. Соответствующие молекулы постепенно переносятся потоками воздуха и накапливаются в угольном фильтре. Через день-два аромат можно будет "вымыть" оттуда и получить несколько капель концентрированных "томатных духов". Человеческий нос едва ли уловит этот аромат, разве что почует легкий оттенок затхлости, подобно запаху мокрой бумаги. Но намного важнее вопросы: отреагирует ли на него кускута и каким именно образом?
Тест на запах чрезвычайно прост. Если повилика определяет местоположение томата именно по запаху, тогда она должна расти и в направлении нашей "туалетной воды". Консуэло поместила побег между двумя резиновыми блюдечками: правое наполнено пахучим экстрактом, левое (для проверки) - пустое. Результат теста подтверждает подозрения Консуэло. Побег игнорирует незаполненное блюдечко и целеустремленно растет в сторону резиновой емкости с "томатными духами". Нет сомнений, повилика напала на след и по запаху двигается к предполагаемой жертве - даже если на этот раз ее обвели вокруг пальца во имя науки и она в конце концов ослабеет и погибнет.
"И вправду удивительное поведение, - одобрительно комментирует Марк. - Такое можно ожидать от животных, но, судя по всему, растения-паразиты ведут себя похожим образом. Во всяком случае, кускута".
И еще кое-что очень напоминает поведение животных: как и кот Лео, повилика может принять решение и выбрать то, что ей больше по вкусу. Томат, конечно же, ее любимое блюдо, но есть и другие растения, которые она рассматривает в качестве источника питания. К примеру, ростки пшеницы. Разнообразие меню может затруднить выбор.
Для школьников Марк и Консуэло разработали экспериментальный набор, позволяющий показать избирательное поведение повилики на подоконнике в классе. Ученики проращивают семечко cuscuta на одинаковом расстоянии от ростков томата и пшеницы. Как и ожидалось, побег делает выбор в пользу своей любимой пищи и отвергает пшеницу. (По крайней мере, так происходит в большинстве случаев, однако среди растений тоже встречаются чудаки.)
Эксперимент становится намного увлекательней, когда томаты отсутствуют и на подоконнике остается только менее любимая пшеница. Как поведет себя в этом случае прорастающая повилика? Будет двигаться беспорядочно? Менее целенаправленно? Приспособится к ситуации? Она реагирует именно так, как делают животные или даже люди. Наша паразитка как будто говорит: "Лучше пшеница, чем ничего" - и довольствуется злаком. Прямо на глазах школьников она растет по направлению к ближайшей пшенице. При необходимости повилика сожрет и ее. Возможно, большого ума для этого не требуется, но в такой ситуации растение способно сделать выбор в пользу лучшего питания.
3. Защита: сторожа из животного мира
Гвардейцы акаций
Что толку от хорошего питания, если сам становишься пищей для других? Это и вправду серьезная угроза для растений. Не только мы радуемся отличному урожаю, его с благодарностью пожинают и свыше трех миллионов видов насекомых, питающихся растениями. Я уж молчу о пяти тысячах видов млекопитающих, лакомящихся травой и листьями. Среди них полтора миллиарда особей крупного рогатого скота, а также слоны - каждый из этих гигантов за сутки поглощает сто пятьдесят килограммов зелени.
Сомнений нет, растительную пищу любят многие. Но растения - не просто еда, подаренная вегетарианцам матушкой-землей. Без зеленых организмов все травоядные животные умрут с голоду - это прописная истина. Затем мы лишимся тех, кто питается травоядными, а потом - тех, кто ест существ, питающихся травоядными, и так далее. Существование животных возможно лишь при наличии растений.
Одним лишь растениям удается творить жизнь, не убивая других живых существ и не используя их останки. В отличие от животных растения покрывают издержки своего существования только лишь запасами неорганического сырья и солнечными лучами. Это и гласит прописная истина: растения - основа всех пищевых цепей на Земле.
С этой точки зрения можно сказать: нам повезло, что растения такие съедобные и сытные, иначе бы нас и вовсе не было на свете. Но, следуя той же логике, мы должны радоваться, что растения могут быть несъедобными и умеют защищаться, иначе их давно сожрали бы, и это повлекло бы за собой закат животного мира (а значит, и нашего с вами существования). Соседство растений и животных, даже несмотря на то, что оно постоянно видоизменяется, было бы невозможно без эффективной самозащиты растений.
При этом защитный арсенал зеленых организмов кажется ограниченным - чего можно ожидать от снабженных корнями, почти неподвижных и к тому же зависимых от освещения существ? Деревья, которые способны ускакать прочь, можно увидеть лишь в научно-фантастических фильмах. Сбежать от острых зубов и ротовых органов не получится, найти укрытие тоже не удастся. И все же (или даже как раз поэтому) растения выработали на удивление изощренный и оригинальный набор оборонительных стратегий.
Правда, их защитное искусство заключается не в том, чтобы любой ценой отразить как можно больше врагов. Собственно, искусство состоит в том, чтобы эта "цена" оставалась разумной и приемлемой. Что толку от защиты, если она поглощает все ресурсы, которые необходимы для роста, производства цветков и семян? Такая же парадоксальная история случилась бы с обладателем сейфа, вложившим все свои ценности, которые он хотел уберечь, в создание этого самого сейфа.