Станислав Славин - Есть ли тайны у растений?
Понятное дело, в мире растений нет стальных пружин или иных упругих элементов, чтобы с их помощью защелкивать свои "капканы". Поэтому чаще всего растения используют в таких случаях гидравлику. Гидравлические насосы и приводы вообще совершают основную работу в растении. Это с их помощью, например, влага поднимается из-под земли до самой макушки, преодолевая порою перепады во многие десятки метров - результат, которого может добиться далеко не всякий конструктор обычных насосов. Причем в отличие от механических природные насосы работают совершенно бесшумно и очень экономно.
Гидравлику же используют растения и для осуществления собственного движения. Вспомните хотя бы ту же "привычку" обыкновенного подсолнуха поворачивать свою корзинку вслед за движением светила. Обеспечивает такое движение опять-таки привод на основе гидравлики.
Ну а как, интересно, она работает?
Оказывается, на этот вопрос пытался ответить еще Чарлз Дарвин. Он показал, что каждый усик растения обладает энергией независимого движения. Согласно формулировке ученого, "растения получают и проявляют эту энергию только тогда, когда это дает им какое-то преимущество".
Эту мысль попытался развить талантливый венский биолог с галльской фамилией Рауль Франсе. Он показал, что червеобразные корешки, непрерывно продвигающиеся вниз, в почву, знают, куда именно им двигаться за счет небольших пустотелых камер, в которых может болтаться шарик крахмала, показывающий направление силы тяжести.
Если земля оказывается сухой, корни поворачивают в сторону влажной почвы, развивая энергию, достаточную, чтобы пробуравить бетон. Причем когда специфические буравящие клетки изнашиваются вследствие контакта с камнями, галькой, песком, то они быстро заменяются новыми. Когда же корешки достигают влаги и источника питательных веществ, то они отмирают и подлежат замене клетками, предназначенными уже для поглощения минеральных солей и воды.
Не существует ни одного растения, говорит Франсе, которое бы могло существовать без движения. Любой рост - это последовательность движений, растения постоянно заняты изгибанием, вращением, трепетанием. Когда усик того же хмеля, совершающий полный круговой цикл за 67 минут, находит опору, то в течение всего 20 секунд он начинает обвиваться вокруг него, и уже через час обвивается столь прочно, что его трудно оторвать.
Вот какой силой обладает гидравлика. Причем тот же Чарлз Дарвин попытался выяснить, как именно осуществляется механизм движения. Он открыл, что поверхностные клетки, скажем, ножки листа росянки, содержат одну большую вакуоль, заполненную клеточным соком. При раздражении она разделяется на ряд более мелких вакуолей причудливой формы, как бы переплетающихся друг с другом. И растение сворачивает лист в кулек.
"Крамольные" мысли естествоиспытателя. Конечно, в тонкостях подобных процессов надо еще разбираться и разбираться. Причем делать это совместными усилиями должны ботаники, гидравлики и ... электронщики! В самом деле, ведь мы еще ни слова не сказали о принципах работы тех датчиков, по сигналу которых и начинает работать механизм ловушки.
Опять-таки одним из первых заинтересовался этой проблемой Чарлз Дарвин. Результаты его исследований изложены в двух книгах - "Насекомоядные растения" и "Способность к движению у растений".
Первое, что чрезвычайно удивило Дарвина, - весьма высокая чувствительность органов насекомоядных и вьющихся растений. Например, движение листа росянки вызывал уже отрезок волоса весом 0,000822 мг, находившийся в соприкосновении со щупальцем весьма непродолжительное время. Не меньшей оказалась чувствительность к прикосновению у усиков некоторых лиан. Дарвин наблюдал изгибание усика под действием на него шелковинки весом всего 0,00025 мг!
Столь высокую чувствительность, конечно, не могли обеспечить чисто механические устройства, бытовавшие во времена Дарвина. Поэтому ученый ищет аналогии увиденному опять-таки в мире живого. Он сравнивает чувствительность растения с раздражением человеческого нерва. Более того, он отмечает, что подобные реакции имеют не только высокую чувствительность, но и избирательность. Например, ни щупальца росянки, ни усики вьющихся растений нс реагируют на удары дождевых капель.
А то же вьющееся растение, как отмечает Франсе, нуждаясь в опоре, будет упорно ползти к ближайшей.
Стоит эту опору сдвинуть, и виноградная лоза в течение нескольких часов изменит свое продвижение, повернет опять-таки к ней. Но как растение чувствует, в каком именно направлении ему нужно двигаться?
факты заставляли подумать о возможности существования у растений не только нечто похожего на нервную систему, но и зачатков ... соображения!
Понятно, такие "крамольные" мысли вызвали бурю в научном мире. Дарвина, несмотря на его высокий авторитет, приобретенный после окончания работы над "Происхождением видов", обвинили, мягко выражаясь, в недомыслии.
Например, вот что писал по этому поводу директор Петербургского ботанического сада Р.Э.Регель: "Знаменитый английский ученый Дарвин выставил в новейшее время смелую гипотезу, что существуют растения, которые ловят насекомых и даже едят их. Но если мы сопоставим вместе все известное, то должны прийти к заключению, что теория Дарвина принадлежит к числу тех теорий, над которыми всякий здравомыслящий ботаник и естествоиспытатель просто смеялся бы..."
Однако история постепенно все расставляет на свои места. И у нас сегодня есть основания полагать, что Дарвин больше ошибался в своем общепризнанном научном труде о происхождении видов, чем в последней книге о движении растений. Все больше современных ученых приходят к выводу, что роль эволюции в учении Дарвина преувеличена. А вот что касается наличия чувств у растений, и возможно, даже зачатков мышления, то тут есть над чем поразмыслить в свете фактов, накопившихся в течение нашего века.
Карикатура клетки. В свое время у Дарвина нашлись не только противники, но и сторонники. Например, в 1887 году В.Бердон-Сандерсон установил удивительный факт: при раздражении в листочке венериной мухоловки происходят электрические явления, в точности напоминающие те, которые возникают при распространении возбуждения в нервномышечных волокнах животных.
Более подробно прохождение электрических сигналов в растении было изучено индийским исследователем Дж.Ч.Босом (тем самым, что пугал поваров электричеством из гороха) на примере мимозы. Она оказалась более удобным объектом для исследования электрических явлений в листе, чем росянка или венерина мухоловка.
Бос сконструировал несколько приборов, позволявших очень точно регистрировать временной ход реакций раздражения. С их помощью ему удалось установить, что растение реагирует на прикосновение хотя и быстро, но не мгновенно - время запаздывания около 0,1 секунды. И такая скорость реакции сопоставима со скоростью нервной реакции многих животных.
Период же сокращений, то есть время полного складывания листа, оказался равным в среднем 3 секундам.
Причем мимоза реагировала по-разному в различные времена года: зимою она как бы засыпала, к лету пробуждалась.
Кроме того, на время реакции оказывали влияние различные наркотические вещества и даже ... алкоголь! Наконец индийский исследователь установил, что имеется определенная аналогия между реакцией на свет у растений и у сетчатки глаз животных. Он доказал, что растения обнаруживают усталость точно так же, как и мышцы животных.
"Я теперь знаю, что у растений имеются дыхание без легких или жабер, пищеварение без желудка и движение без мышц, - подводит Бос итог своим исследованиям. - Теперь мне кажется правдоподобным, что у растений может иметь место и такого же рода возбуждение, какое встречается у высших животных, но без наличия сложной нервной системы..."
И он оказался прав: последующие исследования позволили выявить у растений нечто вроде "карикатуры на нервную клетку", по меткому выражению одного исследователя. Тем не менее этот упрощенный аналог нервной клетки животного или человека исправно выполнял свой долг - передавал импульс возбуждения от датчика к исполнительному органу. И листок, лепесток или тычинка приходят в движение...
Подробности механизма управления подобными движениями, пожалуй, лучше всего рассмотреть на опыте А.М.Синюхина и Е.А.Бритикова, изучавших распространение потенциала действия в двухлопастном рыльце цветка инкарвилии при возбуждении.
Если кончик одной из лопастей испытывает механическое прикосновение, то уже через 0,2 секунды возникает потенциал действия, распространяющийся к основанию лопасти со скоростью 1,8 см/с. Спустя секунду он достигает клеток, расположенных в месте сочленения лопастей и вызывает их реакцию. Лопасти приходят в движение через 0,1 секунды после прихода электрического сигнала, а еще 6-10 секунд длится сам процесс закрытия. Если растение больше не трогать, то через 20 минут лепестки снова полностью раскрываются.
