Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №03 за 2009 год

Фабрика жизни

Прорастание семени мака — первый шаг от выживания к жизни. Шов на семенной оболочке треснул, корешок пробился наружу и потянулся к почве. Фото: SPL/EAST NEWS 

У семенных растений, к которым относятся хвойные и цветковые, то есть подавляющая масса окружающих нас видов, жизненный цикл замыкает маленькое, но очень важное образование — семя. Из него рождается новый организм, и ради этой цели природа наделила семя поистине магическими способностями. Оно может пережить все неблагоприятные моменты, чтобы в нужное время вернуться к жизни и быстро развиться в полноценное растение.

Семя — это многоклеточное образование с зародышем и запасом питательных веществ. Оно способно выживать в неблагоприятные сезоны, и в этом было его изначальное предназначение. Но, как нередко случается в эволюции , структура, возникшая для одних целей, оказывается полезной и для других. Так, семя стало решать еще две важнейшие задачи на пути к сохранению вида: расселение и размножение.

В отличие от споры — одной-единственной клетки, которой для превращения в жизнеспособный организм нужны время и питательная среда, семя ко всему подготовлено заранее. Еще до того как оно покинет материнское растение, у находящегося в нем зародыша формируются все основные органы: зародышевый корешок, готовый по первому требованию взломать семенной шов, чтобы нащупать почву и дотянуться до почвенных растворов, зачаточные листья-семядоли, которые, получив от корешка влагу, разбухнут, развернутся, скинут оковы кожуры и запустят фотосинтез, а почка на верхушке зародышевого стебелька ждет притока свежих питательных веществ, чтобы пуститься в рост и превратиться в молоденькое растеньице. Большая часть семени заполнена провизией — особой тканью, клетки которой плотно набиты зернами крахмала и белков.

Благодаря ячеистой поверхности маленькие и легкие семена садового цветка наперстянки легко подхватывает ветер и рассеивает на большие расстояния. Фото: SPL/EAST NEWS

К слову сказать, у семенных растений есть и другие приспособления, которые позволяют переживать неблагоприятные условия. Вспомним, как перезимовывают морковь, свекла, картофель или лук — в виде подземных корневищ, клубней и луковиц. Принцип формирования этих вегетативных стадий покоя тот же, что и в семени: есть зачатки будущего растения — почки и «емкости» с питательными веществами. Но способ консервации провизии и, главное, самого зародыша у семян гораздо надежнее и позволяет хранить их существенно дольше. Если вегетативные органы предназначены только для зимовки, да и то не слишком холодной, то семена не боятся ни засухи, ни промораживания и могут храниться годами, а порой и тысячелетиями. В Японии нашли семена лотоса, которые пролежали в торфе более 1000 лет, после чего из них выросли нормальные растения.

Главный секрет такого успеха — глубокое обезвоживание. Откачка воды из семени в ходе его созревания — это активный многоступенчатый процесс. Он происходит не сам собой, не простым высыханием — ведь в тканях, окружающих семя, влажность гораздо выше. В семенах пшеницы, к примеру, влаги всего 14%, а бывает и того меньше, в то время как в окружающих тканях — примерно 85%.

В ходе формирования семени, когда зародыш достигает окончательного размера, в нем синтезируется гормон покоя — абсцизовая кислота, которая останавливает рост, активизирует синтез крахмала в эндосперме и белков в алейроновом слое под семенной кожурой, запускает аккуратное свертывание ДНК и быстро, но плавно уменьшает концентрацию воды.

В таком виде ткани зародыша могут переживать и жару, и мороз — в силу высокой концентрации внутриклеточных растворов, они не превратятся в лед, кристаллы которого способны безвозвратно разрушить любые структуры. Абсцизовая кислота надежно контролирует безмятежный покой семян. У некоторых растений они погружаются в сон настолько глубоко, что не могут выйти из него, пока не испытают сильного или длительного охлаждения, что необходимо для разрушения этого гормона. Бывает, что для пробуждения у семян нужно нарушить целостность кожуры или как следует вымочить их в воде, чтобы вымыть абсцизовую кислоту. В природе это достигается действием талых вод и трением о частицы грунта или повреждением скорлупы камешками в желудках птиц. При контакте с эндоспермом влага растворяет алейроновые зерна, высвобождает из них ферменты, разлагающие крахмал на простые сахара, те, в свою очередь, поступают в семядоли, по проводящей системе стебелька передаются в корешок, и он пускается в рост. Переживание позади, впереди — жизнь.

1. Семена мадагаскарского «дерева путешественников» покрыты синей оберткой, привлекающей птиц. В их желудках она стирается, что ускоряет прорастание семян. Фото: SPL/EAST NEWS

2. Белые гранулы — это зерна крахмала в клетке ткани (эндосперм), которыми семя гречихи наполнено до 87%. Вот почему гречка такая питательная. Фото: PHOTO RESEARCHERS/FOTOLINK

Любым существам, не способным двигаться самостоятельно, нужны приспособления для расселения. Ведь они не могут ни переместиться на более плодородный участок в случае истощения старого, ни избежать конкуренции с ближайшими родственниками, ни уклониться от нападения вредителей, расплодившихся на соседях. К каким только ухищрениям не прибегают растения, чтобы обрести хоть какую-то свободу передвижения: дают укореняющиеся отводки, выпускают усы и даже целиком пускаются в путь, как перекати-поле. Но появление семян дало растениям возможности, прежде невиданные: теперь они могут и летать, и плавать, и путешествовать разными видами живого транспорта.

Многие растения в переносе своих, как правило, округлых и мелких семян полагаются на ветер. Классический пример — орхидеи, чьи семена настолько мелки, что могут быть подхвачены даже слабыми восходящими струями, это важно, поскольку под пологом тропического леса царит затишье. В семени орхидей из-за их крошечного размера не помещаются ни оформленный зародыш, ни достаточный запас провизии. Судьба молодого растения полностью зависит от встречи с грибным мицелием, который должен проникнуть внутрь, пробудить семя ото сна, заменить ему недостающие органы и обеспечить зародыш всем необходимым питанием.

Но рекорд миниатюрности принадлежит не орхидеям, а паразитическому растению заразихе, чьи семена весят всего одну стомиллионную долю грамма. Это объяснимо: заботиться о пропитании эмбриону паразита не нужно. На другом полюсе рекордов — гигантские семена сейшельской пальмы весом до 25 килограммов. С такими, конечно, ветру не справиться, они предназначены для путешествий по морю. Некоторые растения предпочитают разбрасывать семена собственными силами, например, выстреливая ими куда подальше, как недотрога или бешеный огурец. У деревьев семена нередко снабжены пленчатыми выростами, которые придают им способность к весьма далекому планирующему полету.

На вершине плода лугового цветка скабиозы находятся длинные выросты, с помощью которых он прикрепляется к шерсти животного. Фото: SPL/EAST NEWS

Но чаще всего семя в путешествие отправляется внутри оригинальной упаковки — плода. Если у голосеменных растений семена образуются прямо на поверхности семенных чешуй, плодов у них нет, то у покрытосеменных семяпочки спрятаны внутри женских органов цветка — пестиков. Все великолепное разнообразие плодов — сухих, сочных, крылатых, с парашютами или шипами — это результат их превращений. Фантазия природы нацелена на одно: поиск оптимального способа транспортировки будущего растения в подходящее место, поэтому вкусные сочные плоды растение создает для ублажения того, кто согласится их съесть, чтобы принудить к невольному распространению своих семян.

Расследуя историю семян и плодов, ученые пришли к заключению, что развитие этих органов было сопряжено с эволюцией сухопутных позвоночных животных. В палеонтологической летописи первые семена найдены в отложениях девонского периода , 400 миллионов лет назад, когда на суше царствовали папоротники. Именно они первыми «изобрели» семена, но тогда их «изобретение» было мельче большинства современных семян и выглядело иначе: кожура укрывала семязачаток не полностью, сначала — лишь наполовину, потом — на три четверти, а зародыш в них развивался уже после опадения на землю. Со временем защита эмбриона усовершенствовалась, кожура окружила его целиком, развитие сместилось на более ранние стадии формирования этого органа. Распространялись такие семена, видимо, ветром.

Плоды же появились почти 100 миллионов лет спустя, в конце каменноугольного периода, когда занялась заря эпохи динозавров. В пермском периоде растительноядных рептилий стало много, и одновременно возросло и разнообразие плодов. О том, что животные ели плоды, убедительно свидетельствует находка семян в желудках нескольких проторозавров. Найдены семена и в их копролитах — окаменелых фекалиях.