Терехин Эдуард Семенович, Федоров Роальд МихайловичЖизнь цветка
Пособие для учащихся
Вечное движение жизни
Зеленые растенияодни из древнейших живых организмов на Земле. И они жеглавное, в сущности, звено в вечном движении жизни. Весь животный мирвсе великое множество насекомых, рыб, млекопитающих и прочих его водных и наземных представителейв конечном итоге является нахлебником зеленых растений. И не только нахлебником. Растения создали саму нынешнюю атмосферу,атмосферу, которая богата кислородом и в которой только и могут существовать земные животные.
"...Космическое значение растения,писал советский ботаник академик В. Л. Комаров,состоит прежде всего в том, что оно поглощает солнечные лучи... создает на земле мощные запасы солнечной энергии, обогащает атмосферу кислородом и образует запасы пищи, обеспечивающие питание животных и человека" (М.Л., 1948, стр. 10).
На раннем этапе развития жизни атмосфера Земли была бедна кислородом и более богата, чем сейчас, углекислым газом. Обилие углекислого газаосновной пищи растенийспособствовало развитию пышной растительности. В каменноугольный, например, период жили исполинские древовидные плауны, которые достигали 30-метровой высоты, а могучие хвощи поднимались 10-метровой стеной. Теперешние хвощи и плауны в сравнении с ними все равно что кустик брусники в сравнении с дубом! Интенсивно поглощая углекислый газ, растения одновременно выделяли кислород, обогащая им атмосферу и "подготавливая" условия для жизни животных и человека. Поэтому смело можно сказать, что зеленые растения создавали и перекраивали облик Земли.
Рис. 1. Зеленые растениясвоего рода 'насосы', которые поддерживают кругооборот углерода на нашей планете
Быть может, иные загадочные пока повороты в развитии жизни на Земле, например почти внезапная гибель гигантских ящеров и начавшийся расцвет млекопитающих животных или также достаточно резкая смена эры папоротников эрой господствующих ныне цветковых растений, прямо или косвенно связаны именно с изменением химического состава атмосферы? Здесь есть еще над чем подумать будущим исследователям.
Не менее важна и названная В. Л. Комаровым на первом месте роль растений в создании на Земле мощных запасов солнечной энергии. Человек поднялся над природой тогда, когда овладел огнем. Но свет и тепло костра были не чем иным, как связанной некогда растением энергией Солнца. "Век пара", с которого начался могучий технический прогресс человечества, был в той же мере и веком каменного угля, горевшего в топках паровых котлов. Но каменный угольэто опять-таки энергия Солнца, запасенная древними растениями. Сегодня главное топливо человечестванефть. Но и она, если верить гипотезе органического ее происхождения, обязана своим существованием зеленому растению.
Впрочем, ныне человечество открыло доступ к энергии атомного ядраэнергии, независимой от Солнца и получаемой без посредничества зеленых растений. Но по-прежнему только зеленые растения могут синтезироватьс помощью солнечной энергииорганическое вещество из неорганического. И, значит, по-прежнему зеленые растения остаются единственными, в конечном итоге, нашими кормильцами.
Любопытно, что зеленые растения являются кормильцами не только человека и животных. В самом растительном царстве в процессе эволюции возникло немалое количество форм, утративших способность к самостоятельному образованию органического вещества из неорганического и живущих за счет своих зеленых сородичей. Таковы, например, грибырастения-сапрофиты, питающиеся продуктами распада растений или животных. Таковы и многие виды растений-паразитов из разных групп растительного царстваот водорослей до покрытосеменных. Паразиты присасываются к живым зеленым растениям и питаются созданным ими органическим веществом. Не менее любопытно и существование растений-хищников, которые, не потеряв способности к фотосинтезу, в условиях обедненного субстрата приспособились восполнять недостаток усвояемого азота за счет мелких животных, преимущественно насекомых, захватывая их различными хитроумными ловушками. В прямолинейно-четкую схему органического мира, в которой растения, казалось бы, предназначены лишь для того, чтобы обеспечить пищей животных, эволюция внесла, таким образом, дополнительные штрихи.
Сказанного выше о космической роли растений вполне достаточно, чтобы с уважением и восхищением отнестись к зеленому листуэтой во многом еще не изученной "фабрике", созидающей органическое вещество и запасающей впрок солнечную энергию, которая, усваиваясь организмом из пищи, преобразуется в наши движения и наши мысли. Образно говоря, мыдети Солнца.
Но, называя растения фабрикой, нельзя видеть в них нечто неодушевленное, нельзя ни в коей мере усматривать в них некую безликую массу, разделяемую лишь по принципу, что все зеленое ниже нас ростомтрава, а выше насдеревья. Нужно твердо усвоить, что растенияживые, что они очень разные, каждое из них по-своему требовательно и жизнь их порой не менее сложна, чем жизнь животных.
Человек давно перестал быть лишь неприхотливым потребителем того, что в первозданном виде дает природа.
Он вводит в культуру растения и не только возделывает их, а создает новые сорта с новыми, невиданными свойствами. Для того чтобы это созидание было все более и более успешным и само возделывание растений было все более и более результативным, необходимо глубоко и во всех подробностях знать жизнь растения.
В обширнейшее царство растений входят и водоросли, и грибы, и папоротники, и мхи, и иные, как зеленые, так и лишенные хлорофилла, формы организмов. У нас речь пойдет лишь об одной части зеленого царствао цветковых растениях, иначе называемых ботаниками покрытосеменными. С эволюционной точки зрения этосамые молодые и самые совершенные растительные организмы. Сегодня ими занята почти вся суша планеты.
Систематики насчитывают на Земле около 300000 видов цветковых. Разнообразие их форм огромно. Этодеревья и кустарники, травы и лианы. Этопальмы и кактусы. Эторастения-хищники и растения-паразиты. Разнообразны и размеры их: австралийские эвкалипты подчас поднимают свои кроны на 100120 м над землей, а иные травинки оканчивают свой жизненный цикл, возвысившись над почвой лишь на несколько миллиметров. Огромные цветки тропической раффлезии достигают в диаметре полутора метров, а цветки баланофор столь мелки, что еле различимы простым глазом.
Для многих растений, по крайней мере для однолетних и двулетних, период от начала образования цветков до созревания семян составляет всю их, так сказать, "взрослую" жизнь. Из всей совокупности жизненных процессов, протекающих в этот период в растении, мы остановим внимание лишь на тех, что связаны с цветком и его естественным продолжениемплодом с созревающими в нем семенами.
Это будет книга о том, как с помощью цветков происходит размножение растений. Конечно, внешняя, зримая сторона этого процесса проста, видна каждому и укладывается в несложную схему. Летним солнечным днем цветок распускается. Яркий венчик его и ароматный запах привлекают пчел или иных насекомых-опылителей. Они переносят пыльцу с мужских цветков на рыльца женских, оплодотворяя последние. По завершении опыления цветки вянут, но начинают расти плоды и зреть семена.
Однако есть и другая сторона процесса, скрытая от глаза непосвященных,внутренние, видимые лишь под микроскопом детали великого таинства размножения растений.
Жизньэто вечное движение, это непрерывный круговорот и постоянная передача эстафеты от одного поколения к другому. Для материнского растения, на котором расцветают цветки, период жизни от зарождения цветка до осыпания семянэто завершающий этап "взрослой" жизни. Для дочернего же поколения, которому еще лишь в будущем предстоит взойти из созревающих внутри плода семян, этоэтап внутриутробной, эмбриональной жизни.
Таким образом, эта книгакнига об эмбриологии растений, большой и важной главе ботаники.
Загадка цветка
Казалось бы, нет никакой загадки, цветокорган полового размножения растений. Благодаря его существованию растение образует семена, и таким образом не прекращается вечное движение жизни.
Суть полового размножения заключается в том, что начало новому организму дает слияние двух клеток с разной наследственностьюотцовской и материнской. Потомство оказывается не в точности похожим на отца и не в точности на мать, но одновременно в той или иной степени на обоих родителей. О важных преимуществах такой непохожести мы поразмышляем чуть позже.
Однако половое размножение есть и у тех представителей царства растений, которые не имеют цветков,у водорослей, папоротников, мхов и других. Видимо, цветок,не просто орган полового размножения. Не случайно он появился лишь на одной из последних ступеней эволюционного развития зеленого мира и лишь у наиболее совершенных его представителей.
Впрочем, цветковые растения могут размножаться без помощи цветков и без образования семян. Примеров тоготысячи.
"Водяная чума" и другие...
Полтора или два века назад в Европу попал нечаянно привезенный с американского материка один-единственный экземпляр водного цветкового растения элодеи. Растение ото двудомное: мужские и женские цветки его развиваются на разных особях. Тот экземпляр, что попал в Европу, был женским. Цветки его не могли быть оплодотворенными и не могли, следовательно, дать семян. И все же спустя короткое время элодея буквально заполнила европейские водоемы, стала подлинным бедствиемне случайно ее назвали здесь "водяной чумой".
Секрет этого явления кроется в особенностях строения стебля элодеи. Достаточно легкого прикосновения, чтобы побег или его часть отломились от материнского растения. Отломившиеся части уносятся течением воды и в подходящих для укоренения условиях развиваются в новые растения.
То же можно сказать и о всем известных рясках, подчас сплошь покрывающих поверхность стоячих водоемов или тихие заводи медленно текущих рек. Отделившимися от материнского растения побегами размножаются и некоторые кактусы.
Многие растения размножаются побегами-отводками, которые укореняются, не потеряв связи с материнским растением. Такое размножение характерно для винограда.
Деревья, например дуб и береза, граб и бук, размножаются, образуя корневую поросль.
Целый ряд известных растений дают жизнь новому поколению посредством корневых отпрысковпобегов, развивающихся из придаточных почек корней. Таковы рябина и ольха, осина и ива, вишня, слива, малина, сирень и много других. Точно так же размножаются и некоторые, в основном сорные, травы, например, осот полевой, бодяк полевой, молочаи и вьюнки.
Дикий картофель у себя на родине, в Южной Америке, размножается и семенами, и клубнями. Когда это растение ввели в культуру, обнаружили, что экономически более выгодно отказаться от семенного размножения и перейти исключительно на размножение клубнямиурожай при этом получается несравненно выше, новые клубни вырастают более крупными, чем у растений, выросших из семян. Кроме того, лучше сохраняются и передаются из поколения в поколение свойства сорта.
Сейчас повсюду, за исключением лишь специальных селекционных и семеноводческих хозяйств, картофель размножают клубнями, не сеют, а сажают.
Органы, на которых развиваются клубни картофеля, называются столонами. Они могут быть не только подземными, а и надземными, например у камнеломок. Усы садовой земляникиэто тоже надземные столоны.
Очень многие растения размножаются при помощи корневищ. Насколько эффективен такой способ, можно судить, например, по неимоверной трудности борьбы о агрессивным сорнякомпыреем ползучим. Подземные корневища образуются не только у злаков, как у названного пырея ползучего или пырея ветвистого, но и у многих лилейных, а из двудольных растенийу иван-чая, сныти и тысячелистника. У лесных растениймедуницы, гравилатов, копытнявстречаются даже надземные корневища.
Известно, что многие однодольные, например лилейные и амариллисовые, размножаются луковицами. Причем луковицы можно обнаружить не только в почве, но и над землейв пазухах листьев или даже, как у чеснока, вместо цветков в цветочных почках. Менее известны луковицы у двудольных растений, таких, как кислицы и одна из камнеломок.
Наконец, ряд растений размножается почками, которые образуются на листьях,это бегонии и толстянки, очиток и бриофиллум, некоторые кувшинки и орхидные.
Некоторым растениям свойствен исключительно вегетативный способ размножения. В связи с этим на месте цветков у них развиваются либо выводковые почки, подобные луковичкам, как у мятлика живородящего, овсяницы живородящей и зубянки луковичной, либо клубеньки, как у горца живородящего и норичника шишковатого.
В дополнение к естественным и па их основе человек создал некоторые искусственные способы вегетативного размножения. Таково размножение черенками или путем прививок, широко используемое при разведении плодовых; деревьев.
Вегетативное потомство какого-либо растения называется клоном. Рассказывая о картофеле, мы уже подчеркивали, что при размножении клубнями потомство строго повторяет все наследственные особенности исходной родительской формы. Потому-то селекционеры очень часто пользуются клоповым размножением, при котором полезные сортовые качества закрепляются в потомстве значительно прочнее, чем при размножении семенами.
Но все же семенами лучше!
Несмотря на великолепные, казалось бы, возможности вегетативного размножения, подавляющее большинство растений размножается семенами.
Какие преимущества дает это растению?
Мы уже назвали главное в половом размножении обстоятельство: то, что зарождению семян предшествует слияние двухмужской и женскойполовых клеток, каждая из которых сконцентрировала в себе наследственные особенности того организма, на котором она образовалась. Конечно, материнский и отцовский организмы принадлежат, как правило, к одному и тому же виду растений. Но это нисколько не исключает некоторого их различия.
Есть у биологов понятие генотипсовокупность внутренних факторов, обусловливающих наследственные признаки организма. Теоретически подсчитано, что при слиянии наследственных свойств только двухотцовского и материнскогоорганизмов могут вновь возникнуть 101000 комбинаций признаков, то есть 10 в 1000-й степени новых генотипов. Астрономически огромный ряд существ, словно бы одинаковых, но все же хоть какой-то особенностью отличающихся от любого другого из этого ряда, от каждого из многочисленных сестер и братьев! Выживут и дадут жизнеспособное потомство только те из них, наследственный генетический фонд которых окажется в соответствии с возможностями условий существования данного организма. Менее "удачные" из теоретически возможных комбинаций попадут в поле деятельности естественного отбора. И так из поколения в поколение. А если учесть, что условия не остаются постоянными ни в пространстве, ни во времени, то станет ясно, какое большое преимущество для вида растений в целом эта непохожесть потомства у каждого отдельного растительного организма.
Даже в тех случаях, когда происходит самоопыление растений, то есть сливающиеся мужская и женская половые клетки принадлежат одному и тому же организму, преимущества на стороне семенного размножения. Ведь уже при образовании половых клеток происходит значительная "перетасовка" генетического материала, приводящая к определенному разнообразию наследственных особенностей потомства, к повышению возможностей наследственной изменчивости.
Рис. 2. При половом размножении в потомстве различным образом комбинируются наследственные качества родителей. Дальнейший естественный отбор (или селекция, если речь идет о культурных растениях) оставляет наиболее приспособленные к условиям существования (или наиболее продуктивные) формы
Есть у семенного размножения и другие достоинства. Семена подчас лучше, чем сами растения, переносят неблагоприятные условия жизни. И это обстоятельство позволяет многим, в сущности нежным и прихотливым, однолетним растениям обитать в суровом климате, переносить морозные и бесснежные зимы.
Плоды и семена, несомненно, более мощное средство расселения растений, чем любой из способов вегетативного размножения. В плодах многих растений развиваются сотни и тысячи семян (у некоторых орхидей, например, в одном плоде может развиваться даже до 4 миллионов семян!), да и самих плодов на каждом растении бывает много.