Картофельный клей
Тля - не такой уж серьезный противник. Протыкая проводящие пути растения, эта букашка высасывает несколько сладких капелек. Но тля вряд ли приходит в одиночку. Более того, она крайне редко остается без потомства. Тли - невероятные копировальные машины. Если условия подходящие, они клонируют сами себя. Самки выдавливают из брюшка одну дочку за другой. Все они живые и все генетически соответствуют своей матери. Каждая дочка-тля применяет тот же способ размножения. Появившись на свет, она уже носит внучек-тлей в своем прозрачном тельце. Эти букашки способны на головокружительный всплеск рождаемости, который растения не могут оставить без внимания.
Один из сортов дикого картофеля обороняется от набега тли средством, которое военные обозначили бы как "оружие несмертельного действия". На внешней поверхности листа расположены мини-шипы - чувствительные железистые волоски, у которых надламывается кончик, как только тля дотронется до него. Больше тля уже ничего не сможет предпринять, потому что из железистого волоска начинают сочиться два вещества; они соединяются, между ними происходит химическая реакция, и продукт этой реакции накрепко склеивает тлю. Примерно так видят будущее военные: противника можно будет выводить из строя при помощи очень быстро затвердевающих пенистых веществ.
Так или иначе, защитная стратегия дикого картофеля срабатывает. На него так редко нападают тля и другие насекомые, что растениеводы размышляют над тем, как можно привить эту способность культурному картофелю, чтобы и он тоже мог ловить вредителей.
Каучуковое молочко
"Кто липкий, тот не хлипкий!" - будто бы говорят нам двенадцать тысяч видов растений (от одуванчика до каучукового дерева), перекачивающие по своим "венам" белую жидкость. Так называемый млечный сок молочая на воздухе становится липким и вытягивается в длинные нити. В этом-то и дело: ротовые органы насекомых должны склеиться, когда они, пожирая листья, неизбежно перерезают проводящие пути.
Гениальный защитный трюк преобразил весь мир - человеческий мир. В 1839 году Чарлз Гудьир изготовил первую резину из латекса, млечного сока каучукового дерева, и серы. Так родился материал для автомобильных шин. Резиновый бум породил многомиллиардную индустрию. Сборщики латекса проникли во все уголки
Амазонской низменности. Число плантаций резко возросло, как и цена на латекс. Даже в наше время, в эру пластмасс, липкий защитный сок незаменим. Из него делают презервативы и очки для подводного плавания, авиапокрышки и эластичные канаты для тарзанок.
Вернемся к непосредственным адресатам "растительного молочка", голодным насекомым. Большинство из них обходят стороной листья с клейким наполнителем. Однако некоторые гусеницы и жуки знают, как их можно съесть: при соответствующей предварительной подготовке. Они обкусывают кончик листа там, где проходит "молочная" жилка.
При помощи ротовых органов гусеницы и жуки делают пробоины во всех проводящих путях, чтобы липкое молочко вытекло, при этом сами насекомые держатся подальше. А если сок все-таки попал на них, они устраивают небольшую паузу, чтобы стереть с себя остатки молочка, пока их тельца не стали липкими. После разрушительной работы на "трубопроводе" насекомые спокойно выжидают, когда кончик листа изойдет "кровью". Теперь можно начинать обед.
В целом довольно непростой, но полезный прием, которым - к счастью для семейства молочайных - владеют далеко не все насекомые. Следует также добавить, что млечный сок не только липкий, но еще и ядовитый для большинства букашек.
Поговорив о нем, мы почти перешли к новой теме - стандартному методу защиты, которым пользуются растения. Зеленые организмы обороняются при помощи ядов.
4. Самозащита: порция яда
Прямо по нервам
Наверняка он спокойно и невозмутимо глядел в лицо смерти, поднося ко рту чашу с соком болиголова. По мнению афинского суда, Сократ "не признавал богов и развращал молодежь". В 399 году до нашей эры смертельный приговор был приведен в исполнение - Сократа казнили жестоким и болезненным способом. Сок болиголова пятнистого, который пришлось выпить философу, вызывает паралич: тело начинает неметь, начиная со ступней, и наконец, когда человек еще в сознании, блокируются сердце и дыхание. За это ответственны специальные ядовитые вещества, которые вырабатываются в листьях болиголова, - так называемые алкалоиды, влияющие на нашу нервную систему.
Смерть великого греческого философа помогла болиголову обрести историческую славу, однако существуют сотни других растений, которые способны лишить жизни. Например, бешеная вишня, или белладонна. Уже в детстве я относился к ней с чем-то вроде священного ужаса. "Две-три ягоды - и тебя больше нет", - объяснял мне отец каждый раз, когда мы, гуляя по лесу, оказывались у большого куста белладонны. Мы подходили совсем близко - с благоговейным уважением, словно это спящее чудище, - и любовались блестящими черными ягодами, которые выглядели до ужаса аппетитно. Мой отец часто рассказывал жуткие истории о невежественных детях, которые поддались искушению и попробовали одну-единственную бешеную вишенку, а потом, прельщенные сладковатым вкусом, не смогли устоять и ели еще и еще. "А потом?" - конечно же, хотели знать мы, дети. Не дав папе раскрыть рот, мама отвечала за него: недогадливых детей удавалось спасти в больнице.
Тем не менее феномен белладонны вызывал у меня крайнее любопытство. Для чего эти потрясающие вкусовые качества? Будучи пятилетним мальчиком, я полагал, что "бешеной" вишню назвали как раз за ее бешено привлекательный вкус.
Почему существуют настоящие вишни, которые совершенно не вредят здоровью? А другие, которые так же хороши на вкус, - ядовиты и смертельны? Что это за игра такая? То так, то эдак - в этом же нет совершенно никакого смысла. Я хотел как следует разобраться с феноменом белладонны, но ребенком ты многого не понимаешь, а потому и забыть не можешь, ведь остается масса вопросов, на которые никто не дал ответов.
Разделение растений на ядовитые и неядовитые вполне понятно, но при этом мы оцениваем их как-то уж очень эгоцентрично. Если встать на позиции самих зеленых организмов, им абсолютно безразлично, как мы реагируем на их химические вещества. Мы вообще тут ни при чем, мы вне игры. Например, основное действующее вещество белладонны - алкалоид под названием атропин, который также образуется в листьях и корнях, - должен защищать растение от гусениц и жуков. И от млекопитающих вроде косуль, лошадей или кроликов, которые могут погрызть листья. Против них нервно-паралитический яд - проверенное защитное средство. Тот факт, что мы тоже оказываемся под ударом, - всего-навсего побочный эффект. Пусть мы не принадлежим к целевой группе, но также относимся к млекопитающим, посему это вещество и нам наносит серьезные органические и психические повреждения. Мы реагируем судорожным плачем, бредовыми галлюцинациями и припадками буйного помешательства (вот откуда название "бешеная вишня"!), а если съесть от десяти до двадцати ягод и больше, то можно ждать комы и смертельного паралича.
Сладкий вкус и соблазнительный блеск ягод белладонны тоже рассчитаны не на нас, а на дроздов и других птиц. Их нужно вдохновить на поедание ягод - расчет, который полностью оправдан, потому что, в отличие от млекопитающих, птицы невосприимчивы к атропину. Пташки вряд ли различат, что они съели - обыкновенную или "бешеную" вишню. Они наслаждаются мякотью плода и распространяют содержащиеся в нем семена вместе со своим пометом. Что для нас смертельно, для кого-то другого - в высшей степени полезно. И наоборот.
Многообразие организмов порождает многообразие защитных веществ. А потому арсенал ядов у растений необозримо велик и разнообразен. Любая жизненно важная система врага может стать мишенью для обороняющегося растения:
- алкалоиды, как видно из примера выше, воздействуют на нервную систему и мышцы;
- фенолы, такие, как танин и другие дубильные вещества, наносят вред пищеварительной системе;
- существуют яды, которые прикрепляются к клеткам крови и растворяют их;
- иные растительные вещества вторгаются в эндокринную систему насекомых и препятствуют линьке;
- а некоторые нападают на симбиотические бактерии в желудках жвачных животных.
Да и на кухонных полочках со специями у нас стоят почти сплошь растительные яды. Такие пряности, как чеснок, перец, тимьян, душица и прочие, даже увеличивают наш аппетит, однако были "придуманы", чтобы остановить голодных насекомых. Типичный "капустный" запах брокколи или брюссельской капусты - той же природы: его источник - горчичное масло, при помощи которого растение борется с гусеницами.
После еды мы пьем ароматный кофе, а живительный алкалоид кофеин, содержащийся в нем, вообще-то направлен против кофейных вредителей. К примеру, подопытные гусеницы, получившие пищу с добавлением кофе, стали гиперактивными, утратили координацию движений, а пауки-крестовики после приема кофеиносодержащего питания обрели бледный вид и не справились с задачей, когда им понадобилось сплести сеть. Работали они лихорадочно, но получалась у них беспорядочная паутина, лишенная какой-либо структуры. В некотором смысле я могу с этим согласиться: после двух кружек кофе мой почерк выглядит таким же бессвязным.
Оптимальная доза
Чуть ли не каждое растение производит защитные химические вещества, стремясь сжить со свету по меньшей мере часть своих врагов. И это еще не признак особенной хитрости или даже ума, потому что защита при помощи яда ни в коем случае не подразумевает наличие когнитивных способностей - смекалки или сообразительности. Но если речь заходит о дозировке, я уже не так уверен в правильности этого соображения.
В некотором смысле определенные растения ведут себя на удивление разумно. Они так регулируют производство яда, словно и вправду способны определять нужную дозу в зависимости от необходимого эффекта. Если растению грозит с трудом компенсируемый или даже непоправимый ущерб, оно производит максимальную концентрацию защитных ядов. И напротив: если последствия легко устранить, это же самое растение может себе позволить слабую защиту с минимальными порциями ядовитых веществ. Если кто-то из вас в задумчивости морщит лоб и ожидает какое-нибудь подтверждение этому заявлению, я его прекрасно понимаю. Приведу не такие уж и новые, но часто недооцениваемые факты.
Растения, произрастающие на плохих почвах с низким содержанием минеральных веществ, в основном содержат больше фенолов, препятствующих перевариванию. Они более ядовиты, и тому есть разумное объяснение - при скудном рационе (будь то недостаток азота, серы, фосфора, калия, кальция или магния) утраченную листву очень сложно компенсировать за счет новых процессов роста. Лучше полностью положиться на хорошую защиту и вовсе не допустить потерь. Так, в листьях бука, растущего на бедных песчаных почвах, содержится в десять раз (!) больше фенолов, чем у бука, уходящего корнями в хорошие известковые почвы. А растения, живущие на обделенных питательными веществами столовых горах Венесуэлы, содержат в листьях так много танинов, что эти вещества влияют на цвет воды в ручьях и речках, придавая им коричневый оттенок.
Самое интересное заключается в том, что каждое растение самостоятельно решает, насколько высоким должно быть содержание яда. Оно проверяет наличие питательных веществ в почве и в соответствии с этим определяет свою собственную защитную стратегию.
Это свойство было изучено на ивах. Черенки ивы с одного и того же куста генетически одинаковы, как близнецы, но ведут себя по-разному. В зависимости от качества почвы они регулируют содержание фенолов в своих листьях. Если почва скудная, защита выше, если питательных веществ в почве больше, листья содержат меньше яда - потому что во втором случае последствия повреждений легче перенести и устранить. Генетически одинаковые растения ведут себя как две разные личности - они взвешивают и просчитывают все наперед, желая извлечь из ситуации максимум пользы.
Как они принимают решения и какие клетки берут на себя подсчет концентрации фенолов, до сих пор не выяснено. Но несомненно, привычное представление о растениях как о пассивных живых существах, не способных делать собственный выбор, совершенно не оправданно.
Стандартная стратегия защиты ядом у растений на удивление гибка - если не сказать, интеллектуальна - и легко подстраивается под ситуацию. Но у нее есть и существенный недостаток. Она слишком затратна.
Для изготовления яда растение должно постоянно расходовать питательные вещества и энергию, что, разумеется, осложняет рост и образование семян. С этой точки зрения яд имеет свою цену - он необходим, чтобы держать вредителей на расстоянии. Однако расходы приходится нести и тогда, когда враги не появляются вовсе или опаздывают, в этом случае изготовление ядовитых веществ становится весьма неэкономичным - просто-напросто лишней нагрузкой. Мы уже сталкивались с подобной ситуацией, когда говорили о защитной стратегии мексиканских акаций: ведь муравьи непрерывно, даже в "мирные времена", должны потреблять ценные жиры и белки. Конечно, если растение защищается ядом, работа на холостом ходу не такая уж тяжкая, поскольку ядовитые вещества почти наверняка изготавливаются из легко добываемых "дешевых продуктов", таких, как вода, углекислый газ или азот. Но тем не менее затраты необходимы, поскольку оборонительное химическое оружие нужно поддерживать, даже если в данный момент положение неопасно.
С учетом этой ситуации справедливо предположить, что "умные растения" еще не исчерпали все средства стандартной химической защиты. Однако лишь трагичное и загадочное массовое вымирание навело науку на правильный след…
Вымирание большого куду
Хенни Робертс был на грани нервного срыва: на своем пастбище он вновь наткнулся на двух величественных самцов куду. Оба животных погибли. И вновь на трупах не обнаружилось ни огнестрельных ранений, ни других внешних повреждений, а раз так, то ни бои между самца-ми-соперниками, ни браконьерство не могли быть причиной смерти антилоп. Хенни терялся в догадках: в его большом южноафриканском заповеднике дикой природы у животных ни в чем не было недостатка. Он огородил забором участок естественной влажной саванны, чтобы содержать там местных животных, и в первую очередь - больших антилоп куду. И он не единственный. Фермы с крупными дикими животными приобрели популярность в Южной Африке и обещали коммерческий успех. Стейки из мяса куду вкусны и хорошо продаются, а величественные рога - охотничий трофей, пользующийся хорошим спросом. И вот теперь эта загадочная инфекция. Вирусная эпидемия, как утверждали коллеги Хенни, на фермах у которых произошло то же самое. Только в 1986 году скончались свыше двух тысяч особей этих величественных животных. Ветеринарные врачи осмотрели мертвых антилоп, взяли пробы крови и тканей, однако так и не смогли обнаружить возбудителя болезни. Ситуация становилась все более опасной и в то же время загадочной, потому что смерть настигала куду лишь в пределах заповедников - будто она, как и сами животные, не могла выйти за ограду.
В конце концов за дело взялся профессор Ваутер ван Ховен из университета Претории. Как биолог-исследователь дикой природы и охотник, он хорошо знал животный мир Африки и довольно быстро заметил, что куду перед смертью сильно теряли в весе. И это несмотря на то, что в заповеднике было достаточно деревьев с сочными листьями. Антилопам стоило лишь открыть рот, откусить и прожевать - то же самое они делают и в дикой природе. Собственно говоря, именно этим они занимались в заповеднике. Ван Ховен вскрыл желудки животных, - к его удивлению, они были туго набиты пережеванной листвой.
- Куду погибли от голода при полных желудках, - объясняет нам ученый.
Мы навещаем его во время съемок фильма в Трансваале. И он называет нам причину: содержание танинов в листьях столь высоко, что их невозможно было переварить.
- Антилоп куду погубили деревья, листву которых они ели испокон веку - так исследователь дикой природы подводит итог всем своим находкам, везя нас в джипе с большим прицепом по бушу и саванне.
В прицепе располагается полевая лаборатория университета Претории - Ваутер ван Ховен обещал продемонстрировать нам на природе удивительную, но жутковатую способность деревьев к самозащите. Он размещает прицеп под деревом с низко свисающими ветками и просит нас поиграть в антилоп куду, общипывающих листья. Есть их не нужно, с удовольствием добавляет профессор, а затем, ухватив один из листиков, рвет его пополам. При помощи рук и ножниц мы принимаемся за дело.
- Не стоит скромничать! - говорит нам ван Ховен.
И действительно - куду и другие травоядные животные подошли бы к делу гораздо серьезней.
Минут десять мы мучаем дерево. Потом оставляем его в покое - пусть приводит себя в порядок. Оно уже реагирует на наше нападение, считает ван Ховен, даже если внешне это незаметно. Дерево увеличивает производство танина в своих листьях - именно это профессор хочет наглядно продемонстрировать нам в полевой лаборатории.
В течение следующего часа ван Ховен очень занят. Каждые пять минут он срывает по нескольку листьев, измельчает их, обрабатывает и, наконец, вымывает из них танин. В конце концов он представляет нашему вниманию целый ряд пробирок, цвет которых постепенно становится все более насыщенным - от слабо-желтого до темно-коричневого. Как чай, который наливаешь и оставляешь завариваться. Вымытый из листьев танин отвечает за окрашивание.
Недвусмысленность результата поражает: уже через пятнадцать минут концентрация танина существенно повысилась, а в ходе дальнейших исследований и вовсе резко возросла. Это допускает лишь одно толкование: дерево поняло, что ранено, а потому привело в действие свою ядовитую защиту.
"Опасные вещества применять лишь в случае особой необходимости!" - вот девиз многих растений, и теперь, спустя почти двадцать лет после открытия ван Ховена, мы знаем, что заставляет зеленые организмы чувствовать раны. Но об этом позже. Мы еще не выяснили, почему танин оказывает смертельное воздействие лишь в заповеднике, но не в живой природе.
У ван Ховена, исследователя природы, проводящего много времени в местах обитания животных, ответ уже готов. Нужно лишь присмотреться к тому, как представители фауны - антилопы куду или, скажем, жирафы - питаются вне заповедника. Они стоят около одного дерева от десяти до пятнадцати минут, потом переходят к следующему, даже если на предыдущем много листьев. Но вероятнее всего, как считает ван Ховен, животные уже через десять минут ощущают горький вкус танина, который постоянно накапливается в листве. Они меняют один ресторан на другой, когда еда уже не кажется им вкусной, и таким образом избегают действия яда. Иначе происходит в заповедниках: здесь антилопы куду слишком многочисленны и растениям не остается времени отдохнуть и снизить концентрацию опасных веществ. Однако если повсюду предлагается зараженная танином пища, то смена кафе не поможет. Печально для куду. И к тому же смертельно опасно.