Растения - гениальные инженеры природы

Биологический календарь у растений не редкость. Многие семена сохраняют всхожесть на протяжении нескольких лет или даже десятилетий, но дают ростки, тем не менее, в строго определенное время года. Всхожесть семени погремка (Rhinanthus alectorolophus) начинает проявляться через пять месяцев после созревания в самом начале зимы. В течение нескольких последующих месяцев способность к прорастанию сохраняется. В апреле следующего года она временно исчезает и точно через 5 месяцев вновь возобновляется. Это пример прекрасного приспособления растения к временным ритмам окружающей среды. Всхожесть восстанавливается только тогда, когда для прорастания семени складываются благоприятные климатические условия. Но не эти условия сами по себе управляют всхожестью, а внутренний календарь, который действует независимо от того, при какой температуре или при каких-либо других условиях произошел высев семян в почву. Будь это по-иному, семена могли бы неправильно прореагировать на те или иные аномалии погоды и прорасти, например, летним влажным месяцем. В таком случае основной период развития растения пришелся бы на зиму. Внутренний календарь растения эффективно препятствует этому. Нередко передаваемые по наследству календари продолжают функционировать даже годы спустя.

Но каким образом растения измеряют время? Пока мы этого не знаем. Но чтобы выжить, это было крайне необходимо, и поэтому растения, подобно людям каменного века, научились это делать. [41]

Предупреждение инцухта

Брак между близкими родственниками нежелателен

Биологическое решение проблемы может состоять исключительно в предупреждении условий, вызывающих процесс вырождения. Затрагиваемая тематика стоит несколько в стороне от технических аспектов настоящей книги. Поэтому я ограничусь приведением только одного примера из великого множества их. Я расскажу лишь о том, какие средства применяют растения для профилактики дегенеративного развития в результате близкородственного скрещивания (инцухта).

У семенных растений инцухт столь же нежелателен, как и браки между родственниками у людей. Его последствия — дегенерация. Но инцухт, то есть оплодотворение женских половых клеток цветка его собственной пыльцой, у многих цветковых растений просто невозможен по чисто техническим причинам. Само строение цветков у некоторых растений исключает самоопыление. Наблюдения за орхидеями, у которых инцухт иногда отмечается, показывают, что проростки растений, получившихся от перекрестного опыления, по всем параметрам превосходят проростки, появившиеся на свет в результате самоопыления, и что самоопыление весьма отрицательно сказывается на жизни даже одного поколения растений. На это обстоятельство обращал внимание еще Чарлз Дарвин. «Природа самым энергичным и настойчивым образом показывает, что ей крайне чужда практика самооплодотворения». Эта краткая формулировка получила в среде естествоиспытателей название закона Дарвина — Найта. Каждое растение по-своему решает проблему аутогамии. Но в основе широкого многообразия вариантов лежат всего два принципа. Первый сводится к следующему. Когда при опылении пыльца попадает на рыльце пестика (фото 83), она прорастает. Полая внутри, пыльцевая трубка проходит сквозь пестик, стремясь достичь яйцеклетки, чтобы оплодотворить ее. Это происходит даже тогда, когда пыльца попадает на пестик своего же растения, то есть происходит аутогамия. Но материнское растение в этом случае не дает развиваться оплодотворенной яйцеклетке — она или развившийся из нее зародыш отторгаются растением.

Фото 83. Уже чисто внешне различаются между собой два цветка одного и того же вида примулы (Primula kewensis). Это прекрасное профилактическое средство для защиты от близкородственного скрещивания.

Во втором случае пыльцевая трубка вовсе не достигает яйцеклетки собственного растения, поскольку последнее всячески — химически или механически — препятствовало его росту. Цветки, у которых профилактика инцухта осуществляется по второму принципу, легко отличить по внешней форме. Так, примула и некоторые виды других растений распускают два различающихся друг от друга вида цветков: один обладает длинным (фото 83, слева), а другой, наоборот, коротким пестиком (фото 83, справа). Если пыльца попадает на длинный пестик своего же растения, размера ее пыльцевой трубки не хватает для того, чтобы она могла внедриться в яйцеклетку. Успешное оплодотворение возможно только в том случае, если пыльца короткопестикового цветка попадет на длиннопестиковый цветок, или наоборот (см. стрелки на фото 83). Профилактика инцухта в данном случае дает отличные результаты. [42]

Совершенство приспособления

Объединение интересов

Рациональное существование в конкретной окружающей среде возможно лишь при условии оптимального приспособления к ней. Но приспособление — это прежде всего специализация, а специализация невозможна без разделения труда. Все виды приспособлений, встречающиеся у растений, представляют собой образцы дифференциации функций: корни, стебель, листья — каждый из вегетативных органов выполняет свои конкретные и очень важные для растения в целом функции. Ходульные, воздушные и цепляющиеся корни, листья-ловушки для насекомых, защищающие растения шипы и колючки, запасающие воду урнообразные листья, способные планировать семена — это только некоторые примеры дифференциации обязанностей в растительном мире. Иногда разграничение функций может выходить за рамки отдельного растения. В таких случаях, которые мы можем рассматривать как особенно сложные формы приспособления, происходит объединение растений разных видов или даже растений и других организмов в одно неделимое целое.

Девятнадцатый век был, в частности, веком охоты за орхидеями. На первых норах эти исключительно нежные цветы были в Европе большой редкостью и стоили очень дорого. По этой причине в то время находилось немало любителей приключений, готовых без всякого оснащения и с большим риском для жизни отправиться в тропические джунгли. Там с помощью подручных средств они сваливали деревья-гиганты, в раскидистых кронах которых, высоко над землей, чаще всего и росли эти драгоценные растения. Помимо обычных опасностей, поджидавших охотников за орхидеями в подобных экспедициях, существовал, реальная угроза погибнуть во время обратной дороги домой. Нередко единственно возможным путем доставить ценный груз на побережье океана оказывался спуск по незнакомым рекам на примитивных лодках-долбленках. Если лодка опрокидывалась, груз погибал. Та же участь постигала порой и людей. Поэтому неудивительно, что уже тогда в Европе предпринимались попытки искусственно выращивать орхидеи. Но все усилия оканчивались неудачей еще на стадии прорастания семян. Лишь в 1904 году, то есть почти 200 лет спустя после появления в Европе первых экземпляров экзотических орхидей, французскому естествоиспытателю Ноэлю Бернару удалось раскрыть тайну их развития. Оказалось, что на свободе орхидеи прорастают только с помощью одного из видов почвенного гриба, который продолжает сожительствовать и со взрослым растением. Запасы питательных веществ в собственном семени орхидеи настолько малы, что проросток для своего дальнейшего развития нуждается в няньке-кормилице. И вот тут-то на помощь приходит обитающий в корнях орхидеи микоризный гриб. Его мицелий (грибница) проникает в почву и поглощает из почвы питательные вещества, которыми и пользуются орхидеи. Взамен они снабжают гриб углеводами, поскольку он самостоятельно не может синтезировать этот продукт. Итак, растение и гриб вступают в тесные взаимоотношения друг с другом и образуют то, что экономисты называют объединением на основе общности интересов, а биологи именуют симбиозом. Подобное сожительство позволяет орхидеям лучше приспособиться к условиям своего обитания в кронах деревьев-великанов, нередко на высоте до 50 метров над поверхностью почвы. [43]