Владимир Цимбал - Растения. Параллельный мир
К сожалению, в большинстве случаев, о причине этого мы можем только гадать.
Задачка для средней школы?
Ещё одна интересная и, казалось бы, «лежащая на поверхности» загадка заключается в очень простом вопросе: как деревья поднимают воду от корней к вершине? Как мы уже с вами знаем, вода с растворёнными в ней минеральными веществами поднимается вверх по стволу по трубочкам, представляющим собой стенки мёртвых клеток. Трубочки эти очень узкие — от 0,01 до 0,2 миллиметров в диаметре. Ясно, что дерево успешно доставляет по ним воду даже к самым верхним своим ветвям и листьям. Измерена и скорость этого поднятия — до 10 метров в час. Даже одно из самых высоких деревьев на Земле — псевдотсуга Мензиса (Pseudotsuga menziesii) (фото 42), которая достигает высоты 110 метров, прекрасно справляется с этой задачей. Поднять воду на такую высоту, просто создавая разрежение поверх водяного столба, то есть как бы засасывая её снизу вверх поршнем, невозможно. Курс физики средней школы утверждает, что таким образом можно поднять воду не выше, чем на 10 метров. Да и нет у растений никаких подобных приспособлений и органов. Может быть, вода поднимается по трахеидам древесины благодаря капиллярному эффекту? Тоже не получается. Зная диаметр капилляра, плотность и коэффициент поверхностного натяжения жидкости, мы можем вычислить, что максимальная высота поднятия не может быть в таком случае больше 3,5 метров. Маловато… Напрашивается единственный возможный вариант — чтобы поднять воду на высоту самых высоких деревьев, корни должны работать как насос, создающий давление приблизительно в 50 атмосфер. Измерили давление воды на выходе из корня. Получилось, что оно в сотни раз меньше требуемого. Да, к тому же, это давление не постоянно в течение суток. Максимально оно ранним утром, а к обеду вообще исчезает. Опять, уже в который раз, мы сталкиваемся с ситуацией, когда результат очевиден, а метод достижения этого результата непонятен.
Фото 42. Pseudotsuga menziesii (псвдотсуга Мензиса) в возрасте 39 лет. Подмосковье.Совсем недавно была предложена гипотеза, объясняющая этот процесс. Суть её в том, что растения поднимают наверх воду с помощью так называемой транспирации — процесса, имеющего много общего и с испарением, и с осмосом. Заключается он в том, что сухой воздух, обладающий высокой поглощающей способностью, «вытягивает» молекулы воды через устьица из листьев. А не разрывается водяная нить, проходящая по сосудам древесины, за счёт сил молекулярного сцепления.
На первый взгляд, всё понятно. Эдакая открытая «кровеносная» система растений. Но всё же остаются некоторые вопросы.
Во-первых, часть воды, достигнув листа, не испаряется, а, насытившись сахарами и аминокислотами, отправляется в обратное путешествие — к корням. Она перетекает по флоэме, специальной ткани дерева, расположенной кольцом под корой. Флоэма построена из живых клеток, и, хотя скорость перемещения растительного сока по ней примерно в 10 раз меньше скорости воды в древесине, всё же объёмы перемещаемой жидкости значительны. И течёт эта жидкость вниз не под действием силы тяжести, иначе растения, у которых корень расположен выше стебля, например, многие эпифиты, не получали бы столь необходимые им вещества. Поэтому «кровеносная» система у растений не такая уж и открытая.
Во-вторых, вода в растениях циркулирует и без листьев. Скажем, нашей зимой или во время засухи в жарких странах, как известно, многие деревья сбрасывают листья.
В-третьих, растения успешно поднимают воду к своей верхушке и в условиях 100 % влажности окружающего воздуха, например, в экваториальных дождевых лесах. Более того, именно для растений, живущих в условиях высокой постоянной влажности характерно наличие очень больших (видимых невооружённым глазом) водяных устьиц — гидатод. Гидатоды специально приспособлены для того, чтобы выделять лишнюю воду, и выделяют они её в больших количествах. Распространённое комнатное растение алоказию по этой причине называют даже иногда «плачущим деревом». Есть гидатоды и у водных растений. Какая уж тут транспирация!
Подобных вопросов можно было бы задать множество, но и из уже сказанного ясно, что у растений, помимо транспирации, должны существовать и иные механизмы для перемещения воды с растворёнными в ней веществами.
Тёплые и пушистые
Наверняка вы много читали о том, что одним из высших достижений млекопитающих по отношению к рептилиям или земноводным является их теплокровность. Да, действительно, млекопитающие довольно эффективно поддерживают постоянную температуру своего тела. Хотя, конечно же, только в определённых температурных условиях. Всё же, человек, например, не может жить без одежды при температуре менее 16 °C — он замёрзнет. Да и на горячем южном солнце мы перегреваемся довольно быстро. Несколько часов достаточно для того, чтобы получить тепловой удар.
Реже пишут о том, что и рептилии, и земноводные тоже могут регулировать температуру своего тела. Только вот «диапазон регулировок» у них гораздо уже. Скажем, лягушки способны «подогреть себя» лишь на несколько градусов выше температуры окружающей среды. Даже насекомые способны к регулированию своей температуры. Видели, как бабочки или шмели подолгу машут крыльями «в холостую», сидя где-нибудь на веточке? Так они разогреваются перед полётом в холодную погоду.
А что же растения? Могут ли они регулировать свою температуру? А если да, то в каких пределах? К сожалению, автору не удалось найти каких-либо сведений о том, что серьёзные эксперименты в этом направлении вообще кем-то когда-то проводились. А ведь очевидно, что растения, по крайней мере, некоторые из них, способны изменять температуру некоторых своих органов. Это происходит благодаря усилению дыхательных процессов. Так, хорошо известен так называемый «тепловой феномен» у саговниковых. Измерено, что мужские стробилы одного из видов в период созревания нагреваются на 15 градусов по сравнению с окружающим воздухом! Такое значительное увеличение температуры однозначно говорит об очень эффективном внутреннем механизме регулирования температуры у этих растений. В своей книге «Занимательная физиология растений» В. И. Артамонов приводит такой пример увеличения температуры отдельных частей растения: «Любопытно, что при колебаниях температуры воздуха от-15 до +15 градусов симплокарпус способен в течение нескольких недель поддерживать свою температуру, которая на 15–35 градусов выше, вследствие чего растение не страдает даже от морозов». Он же пишет о том, что подснежный рост многих растении сопровождается повышением температуры ростков, благодаря чему они буквально проплавляют ледяную корку.
Наверняка и другие высшие растения обладают способностью регулировать свою температуру. Скорее всего, даже все. Побеги и листья многих растений покрыты различными волосками и чешуйками (фото 43 и 44), которые, возможно, служат той же цели, что и шерсть животных. То есть помогают растениям сохранять тепло либо, наоборот, не перегреваться в жаркую погоду.
Фото 43. Rhus typhina (сумах оленерогий). Густоопушённый побег молодым листом. Подмосковье.Все мы знаем, что зимой снежный покров подтаивает, оседает кольцом вокруг стволов деревьев, что объясняется обычно тем, что ствол дерева разогревается солнцем. Может быть и так. А если нет?
А если дерево всё же способно, пусть и в небольших пределах, регулировать температуру своего тела?
Да, в этом случае становится как-то неудобно пилить бензопилой «теплокровных»…
Фото 44. Dryopteris buschiana (щитовник Буша). Молодые разворачивающиеся листья (вайи), густо покрытые чёрными чешуями. Подмосковье.Распорядок дня
Все мы знаем, что являемся счастливыми обладателями «внутренних часов». Именно поэтому, после перелёта в местность, находящуюся в другом часовом поясе, мы долго не можем заснуть ночью и ходим днём, как сонные мухи. Просто наши биологические часы ещё не перестроились, мы продолжаем жить в старом, домашнем ритме. Если спросить, а что в нашем организме отвечает за настройку внутреннего, биологического времени, мы наверняка получим ответ: конечно, мозг! Ну что ж, тогда надо признать, что у растений за те же «часы», за внутренний биологический ритм отвечает что-то другое. Чтобы убедиться в этом, достаточно провести очень простой эксперимент. Возьмите с собой в путешествие горшок с каким-нибудь цветущим растением, и вы увидите, что оно, так же как и вы, будет «просыпаться» и «засыпать», то есть открывать и закрывать цветки в соответствии со старым, домашним временем восхода и захода солнца. И, так же как и вы, оно привыкнет к новому «расписанию» примерно через сутки — двое.
