Владимир Цимбал - Растения. Параллельный мир
Надо отметить одну важную деталь — движения растений могут быть необратимыми (это если наш читающий куст прирос к водопроводному крану навсегда) и обратимыми (это если он хочет время от времени пододвигать «ноги» к батарее или отодвигать их по своему желанию). Поэтому механизмов движения у растений два. Давайте рассмотрим их чуть подробнее.
Первый связан с набором дополнительной массы, то есть с ростом, с образованием новых клеток или с необратимым изменением размеров старых клеток. Происходит этот процесс в определённых, необходимых в данный момент времени, местах. Именно таким образом, например, открывается и закрывается цветок. Когда растут клетки верхней стороны цветоложа, цветок открывается. Нижней — закрывается. Открывание и закрывание цветка повторяется много раз за время цветения. И в результате такого попеременного роста цветоножка тюльпана, например, удлиняется почти вдвое. Не надо думать, что растут растения очень медленно и движения роста нельзя заметить невооружённым глазом. То же открывание цветка происходит буквально на глазах. А если уж привести пример со скоростью роста корней ржи… Как выдумаете, как быстро увеличивается длина корней кустика этого полезного злака? Попробуйте угадать. Может 5 сантиметров в час? Или 10 метров в час? Нет, гораздо быстрее. По данным, которые приводит в своей книге «В мире растений» американский ботаник голландского происхождения Фриц Вент, общая длина корешков одной единственной особи увеличивается в сутки более чем на 4,8 километра. Это 3,5 метра в минуту!
Второй способ обусловлен не образованием новых клеток, а изменением геометрии уже существующих. Достигается это с помощью изменения внутриклеточного давления — тургора. Благодаря изменению тургора клетки могут вытягиваться или, наоборот, сжиматься, приводя в движение те или иные органы, например, упоминавшиеся уже листья мимозы. Движения органов растения, связанные с изменением тургора, обратимы, то есть могут повторяться сколь угодно раз. А движения, связанные с ростом, необратимы, в первоначальное состояние растение уже вернуться не может. Надо учитывать ещё и то, что в природе почти всегда ростовое движение сопровождается тургорным и наоборот. Эти два вида движения растений неотделимы друг от друга.
Какие же примеры ростовых движений мы знаем? Один из них приведён выше — это открывание и закрывание цветка. Ещё одно из известных проявлений таких движений — искривление стебля. Происходит оно в случае, когда одна сторона стебля растёт быстрее, чем другая. В результате растение наклоняется в ту сторону, с которой рост стебля замедлен. Именно таким образом многие растения «следят» за положением солнца на небе, поворачиваясь вслед за ним. Так ведёт себя наш всем известный подсолнух. Таким же образом обвиваются вокруг какой-нибудь опоры вьющиеся растения. В этом случае участок стебля, в котором происходит усиленный рост, равномерно перемещается по окружности и, в результате, стебель обвивает опору, принимая форму пружины. Примером растения, растущего таким образом, может служить всем нам хорошо известный «граммофончик», а точнее — Convolvulus arvensis (вьюнок полевой). Каким образом вьюнок точно определяет, с какой стороны стебля и в какой момент времени ему надо расти, остаётся пока загадкой.
Есть ещё очень интересный пример движения растений, связанного с их ростом. Поговорим о нём чуть подробнее.
Наверняка многие видели деревья, поваленные или сильно накренённые ветром. Бывает, что и ветер ни причём — река размывает крутой берег и деревья, растущие на нём, накреняются всё больше и больше в сторону воды. Если в результате такого неприятного для дерева происшествия оно остаётся в живых, то начинает происходить очень любопытная вещь. Огромный толстый ствол начинает изгибаться вверх, стремясь вернуть себе привычное вертикальное положение. Что же здесь удивительного, скажете вы, ведь все растения могут изгибать стебель, стремясь к свету.
Да, всё так. Но надо заметить, что ствол привычного для нас дерева состоит, в основном, из древесины. А клетки древесины — мёртвые. Дерево само в необходимый момент убивает их и строит из них систему тонких трубочек — сосудов или трахеид, по которым вверх по стволу поднимается от корней вода. Правда, и в древесине есть небольшое количество живых клеток, образующих тоненькие цепочки, но всё равно, ствол дерева в основном состоит из мёртвых, пустых и очень непластичных клеточных оболочек. Как же можно согнуть такую мёртвую массу? Деревья поступают очень хитро. Дело в том, что между корой и древесиной у них есть тоненький слой живых и постоянно делящихся клеток — камбий. Если говорить упрощённо, то камбий постоянно создаёт в одну сторону клетки древесины, а в другую — коры. Именно таким образом ствол дерева и растёт в толщину. Понятно, что у дерева есть два способа согнуть свой ствол — камбий может нарастить слой древесины на верхней части накренённого ствола и, таким образом, сверху, как бы стягивая тросом, изгибать ствол. А может, наоборот, наращивать слой древесины снизу и, расширяя её, как домкратом, добиться такого же результата. Интересно то, что разные группы растений предпочитают разные способы. Р. Вейнар в книге «Движение у растений» замечает, что по первому пути идут цветковые, и тогда по верху ствола возникает древесный тяж, который так и называют — тяговая древесина. Хвойные же растения придерживаются второго способа, наращивая снизу наплывы древесины, называемые креневой древесиной или, просто, кренью. Удивительна согласованность в действиях разных органов дерева в этом примере. Видно, что дерево прекрасно понимает, в каком месте, как и с какой скоростью ему надо надстроить новые ткани, чтобы вновь занять привычное вертикальное положение.
Теперь давайте попробуем хоть чуть-чуть разобраться в том, как и благодаря чему происходит в растениях выборочный рост каких-то, определённых самим растением, участков его тела.
В 60-х годах прошлого века в США был открыт гормон роста растений. Назвали его ауксин. В ходе проведённых экспериментов выяснилось, что микроскопические дозы этого вещества вызывают активный рост тканей растения. Выяснилось также, что ауксин вырабатывается в нежной, очень маленькой области — верхушечной зоне роста. Мы уже упоминали, что растения, в отличие от животных, растут, наслаивая новый слой клеток на уже существующие. Эти новые слои клеток и берут своё начало от непрерывно делящихся клеток зоны роста, так называемых меристематических клеток. А сама зона роста поэтому называется меристемой. Так вот, ауксин вырабатывается в меристеме. Но не только вырабатывается, но и распределяется. Оказывается, зона роста сама определяет, в какую сторону ей расти и отдаёт команды своим клеткам-дочерям с помощью ауксина. Было установлено, что количество ауксина в клетках освещённой стороны побега меньше, чем в клетках стороны, находящейся в тени. Таким образом, становится понятно, почему побег изгибается в сторону источника света.
После открытия ауксина были открыты ещё десятки растительных гормонов. Одни из них ускоряют рост отдельных органов, например, корней. Другие, наоборот, замедляют. Были открыты вещества, вызывающие ускоренное цветение и созревание плодов. Но один очень важный вопрос остался. Дело в том, что не только гормоны, вырабатываемые меристемой, управляют ростом растения, но и всё растение в целом управляет меристемой. Наличие такой обратной связи очевидно. Если бы её не было, то, например, все деревья росли бы с наклоном в сторону наибольшего освещения. В наших широтах — на юг. Но нет, такого мы не видим. Какой-то механизм не позволяет дереву расти с наклоном, рискуя упасть под собственным весом. Ещё один пример того, что зона роста реагирует на сигналы от других органов растения, дают нам лазающие растения. Чувствительный усик всем известного Cucumis sativus или, по-русски, огурца посевного, натыкаясь на подходящую опору, заставляет стебель расти в её сторону. Очевидно, что сигнал был послан усиком и «услышан» зоной роста стебля, но каков механизм всего этого процесса — пока загадка. Как не вспомнить тут сравнение растения с электронными часами — мы видим, что чёрная коробочка точно показывает время, но, как говорил доктор Ватсон в известном фильме: «чёрт возьми, как?»
Ну вот мы и подошли ко второму виду движения растений — движению, происходящему благодаря изменению внутриклеточного давления. Это давление, или тургор, меняется благодаря изменению концентраций растворённых в клеточном соке веществ. Растение само регулирует давление в своих клетках, для чего оно освоило множество способов. В том числе и с помощью ещё одного гормона — гибериллина, повышающего тургор. Точно выбирая необходимый в данный момент слой клеток, растительный организм способен резко повысить или понизить в нём тургорное давление, тем самым приводя в движение тот или иной орган. Наверняка вы не раз видели ускоренную съёмку, на которой усик вьющегося растения как будто вслепую нащупывает опору, за которую можно было бы зацепиться. Это движение вызывается изменением тургора с разных сторон усика попеременно. Правда, есть тут и ростовая составляющая, но, как уже упоминалось, оба вида движения, как правило, встречаются вместе.
