Умные растения

Статолиты в полном порядке

В определенных клетках верхушек корней ботаники более сотни лет назад обнаружили маленькие зернышки крахмала, так называемые статолиты. В тонких срезах они были отчетливо видны под микроскопом, их даже можно было окрасить в голубой цвет и сфотографировать. Но наблюдать статолиты живьем в растущем кончике корня было технически невозможно. А потому вначале можно было лишь строить догадки о предназначении крахмальных зерен. Может, они просто аккумулируют энергию на черный день? Или наделяют растение ощущением силы тяжести, указывая направление? Поскольку статолиты, подчиняясь силе тяжести, постоянно стремятся вниз, они действительно могли бы указывать корням путь в глубину почвы.

Идея сама по себе очень хороша. Потому что, когда кончики удалены, корни растений, потеряв ориентир в почве, неуверенно вихляют из стороны в сторону — это еще за двадцать лет до открытия статолитов бросилось в глаза Чарлзу Дарвину. Также следует добавить, что растения — не единственные существа с камешками. Не только мы, люди, но и большинство животных — от червяка до кита — используют статолиты, чтобы ощутить свое положение в пространстве: где находится верх, а где низ, как они стоят — прямо, косо или вообще лежат на спине.

Прямо-таки хрестоматийным примером могут послужить речные раки, если немного помочь им с экспериментом. У них камешки находятся не внутри, а снаружи, в крошечных углублениях хитинового панциря. Эти ямочки расположены у основания передних усиков-антенн и снабжены целым ковром чувствительных щетинок. Как правило, роль статолитов берут на себя крошечные крупинки песка. Подобно шарикам на блюдце, они постоянно скатываются вниз, в самую глубокую часть ямки — если рак кренится на бок, они соответственно меняют свое местоположение. Посредством чувствительных волосков и их нервных импульсов мозг и мускулатура рака получают сообщения о новом положении в пространстве. Просто, но эффективно. Так речной рак узнает направление силы тяжести и может прямо стоять на своих десяти ногах. И только во время линьки он теряет равновесие, потому что при сбрасывании хитинового панциря песчинки тоже пропадают, а вместе с ними исчезает и ориентация в пространстве. Рак должен максимально быстро возместить эту потерю — он целенаправленно закладывает в ямки новые песчинки. Если, конечно, находит их…

Вот здесь и начинается эксперимент: песчинки заменяют металлической стружкой того же размера. Это предложение рак принимает без колебаний: ведь металлическая крошка, оказавшись в углублениях, возвращает ему после линьки надежное ощущение верха и низа. Его чувствительность к силе тяжести восстанавливается.

Правда, этой чувствительностью теперь очень легко управлять. Если поблизости поместить магнит, рак принимает на удивление неровное и неестественное положение: он по понятным причинам наклоняется в сторону — и снова становится прямо, как только магнит отдаляется. Это можно повторять сколько угодно. Дистанционное управление при помощи магнетизма. Действительно, металлические статолиты притягиваются магнитом, немного отклоняются от своего первоначального положения и заставляют рака менять представление о направлении силы тяжести. И он выравнивает позицию в соответствии с этим изменением. Подобные опыты впервые представили доказательства, что животные используют маленькие камешки — статолиты, дабы обеспечить себя информацией о силе тяжести.

Даже орган равновесия человека во внутреннем ухе — не исключение: наши датчики силы тяжести (в овальном и круглом мешочках — утрикулюсе и саккулюсе) работают при помощи маленьких кристалликов карбоната кальция (отолитов), погруженных в желеобразную массу.

При таком повсеместном использовании статолитов в царстве животных весьма велик соблазн приписать камешкам в корнях растений похожие функции — указателей направления, низа и верха. Корни растут в ту сторону, которую указывают статолиты, а стебли и листья — в противоположную. Вероятно, так могло бы быть. Многое говорит в пользу этого утверждения. Но где же веские доказательства — не менее убедительные, чем история с «намагниченным» раком?

Стеклянная клетка

Уже более тридцати лет я лелею эту сокровенную мечту — заглянуть внутрь верхушки растущего корня и снять на камеру то, чем заняты камешки. В семидесятые годы прошлого века в одной детской передаче я довольно настойчиво пытался показать действующие статолиты. Внутри живой растительной клетки. Безуспешно. Для этого понадобились бы прозрачные корни, которые при этом должны быть абсолютно неповрежденными и способными к росту. Ко всему прочему необходим горизонтальный микроскоп, чтобы кончики корней без помех росли в направлении силы тяжести. Тогда я сдался, но мечта осталась: мне по-прежнему хотелось оказаться в растительной клетке, словно в кабине самолета, и понаблюдать, как корень описывает кривую роста, ориентируясь на статолиты, точно пилот на искусственный горизонт.

Теперь, спустя десятилетия, «Умные растения» подарили мне второй шанс. Я предпринимаю новую попытку и звоню в Боннский университет. Там находится Институт молекулярной физиологии и биотехнологии растений, а в нем существует отдел гравитационной биологии. Я осторожно объясняю, что ищу возможность снять на камеру статолиты в живой растительной клетке.

— Да, никаких проблем, мы вам это организуем, — отвечает мне глава отдела Маркус Браун, которого явно веселит мое изумление. — Для нас это совсем не проблема, обычные исследовательские будни. Так когда вы хотите приехать?

В душе я почти ликую. Вершина, с которой я сорвался несколько десятков лет назад, теперь готова мне покориться! И даже без всяких трудностей. Оказывается, моя мечта — всего-навсего исследовательские будни. Но вот что заглушает мое внутреннее ликование: если это так нетрудно, почему я сам не смог это сделать? В любом случае, прибыв в Бонн с камерами и оборудованием, я ожидаю очень многого. Каким образом ученые смогли добиться невозможного? Неужели им удалось заглянуть внутрь растущего корня, ведь он не стеклянный?..

Ответ лежит на илистом дне пруда, расположенного в Боннском ботаническом саду. Йенс Хауслаге и Николь Гройель, представители молодого поколения исследователей института, опускаются на колени у самой воды и, вытянув руки, пытаются достать до дна. Точнее, они стремятся раздобыть водоросли, которыми оно покрыто. Это самые обычные харовые водоросли, или «хара» (chara), как они называются по-научному. Хара напоминает хвощ, так как из ее стеблей через одинаковые промежутки тянутся целые группы отростков. Йенс и Николь набирают несколько горстей водорослей и набивают ими пивной бокал — исследовательский материал на ближайшие несколько дней готов.

Такая подготовка особенно не впечатляет. Речь идет о серьезном научном исследовании, а мы всего-навсего собираем зелень со дна пруда в Боннском ботаническом саду. То же самое можно было сделать двести лет назад. Ни капли экзотики. Обычные водоросли, а не редкая орхидея из какого-нибудь малоизученного уголка нашей планеты. Самое заурядное растение, которое, засучив рукава, можно достать из любого заросшего пруда. Почему же именно харовые водоросли?

Йенс объясняет: эти водоросли — настоящая находка для биологов, потому что в случае необходимости они образуют клетки длиной в несколько сантиметров.

— Сантиметров? — удивленно переспрашиваю я, так как обычно клетки растений микроскопически малы.

— Да-да, — подтверждает Йенс, — они образуют нитеобразную клетку толщиной всего одну тридцатую миллиметра, зато до трех сантиметров в длину.

Позднее я смог понаблюдать за такой клеткой в лаборатории. Она — своего рода аварийное оборудование на тот случай, если часть растения оторвется и уплывет куда-нибудь далеко.

Йенс окончательно входит в раж, рассказывая о стратегии выживания этих водорослей, у него даже глаза заблестели. Как только фрагмент стебля хары отнесет течением в другое место, из него, как из черенка, может вырасти целое новое растение. Первым делом, чтобы не уплыть дальше, оно должно как можно скорее закрепиться в почве. Для этого в течение всего лишь двадцати четырех часов водоросль запускает в речной грунт ту самую напоминающую корень длинную клетку. Она должна принять вертикальное положение, чтобы проникнуть как можно глубже. Это не настоящий корень, а скорее якорь — так называемый ризоид, предназначенный только для того, чтобы удержаться в грунте; он не способен добывать какие-либо питательные вещества.