Ну вот мы и подошли ко второму виду движения растений — движению, происходящему благодаря изменению внутриклеточного давления. Это давление, или тургор, меняется благодаря изменению концентраций растворённых в клеточном соке веществ. Растение само регулирует давление в своих клетках, для чего оно освоило множество способов. В том числе и с помощью ещё одного гормона — гибериллина, повышающего тургор. Точно выбирая необходимый в данный момент слой клеток, растительный организм способен резко повысить или понизить в нём тургорное давление, тем самым приводя в движение тот или иной орган. Наверняка вы не раз видели ускоренную съёмку, на которой усик вьющегося растения как будто вслепую нащупывает опору, за которую можно было бы зацепиться. Это движение вызывается изменением тургора с разных сторон усика попеременно. Правда, есть тут и ростовая составляющая, но, как уже упоминалось, оба вида движения, как правило, встречаются вместе.
Таким же образом обстоит дело и с закрыванием листа у хищной венериной мухоловки (Dionaea muscipula). Это растение, обитающее в Америке (кстати, именно на примере венериной мухоловки люди впервые поняли, что не всегда животные поедают растения, бывает и наоборот) имеет листья, напоминающие разделённый пополам круг с тонкими выростами-зубами по краю. В середине одной из половинок такого листа есть три чувствительных волоска, чутко реагирующих на прикосновение. Если замечтавшаяся муха коснётся этих волосков, лист очень быстро, примерно за 0,2 секунды, захлопнется. Зубы-выросты одной половинки листа точно войдут в пазы другой, и насекомое окажется «за решёткой». Это быстрое движение вызывается резкой потерей тургора в клетках верхней стороны листа и резким возрастанием давления в клетках нижней стороны. После того, как лист захлопнется, он будет ещё некоторое время сжиматься ещё плотнее. Этот процесс, хотя и происходит значительно медленнее, хорошо заметен невооружённым глазом. Тут уже вступает в дело рост клеток нюкней стороны листа. Очень интересна ещё одна особенность срабатывания листа-ловушки венериной мухоловки. Дело в том, что она, как и мы с вами, не очень любит лишние и бесполезные движения. Если на чувствительные к прикосновению волоски её листа случайно упадёт какой-нибудь предмет, то ловушка не захлопнется. Почему? Можно провести простой эксперимент. Венерина мухоловка часто продаётся в магазинах комнатных растений. Купите её (учтите, что уход за этим растением довольно сложен!) и попытайтесь, прикасаясь к чувствительным волоскам спичкой, изучить её реакцию. Вы увидите, что если тронуть лишь один волосок или все три сразу, то лист останется открытым. Ловушка захлопнется лишь в том случае, если вы дотронетесь до двух соседних волосков поочерёдно.
Закрывание листа венериной мухоловкой — одно из самых быстрых измеренных движений среди растений. Быстрее — только изгибание тычинок барбариса обыкновенного (Berberis vulgaris). При прикосновении к нижней внутренней стороне тычиночной нити (рис. 15), она резко загибается внутрь цветка, к пестику. Этот процесс занимает не более одной десятой секунды.
Рис. 15. Цветок барбариса. Слева — до раздражения, справа — после. Часть лепестков удалена. По Вейнару.
Есть ещё один очень любопытный пример использования растением тургорного давления. Некоторые растения, например, крокусы или известные нам подснежники, имеют так называемые контрактильные или, проще говоря, сокращающиеся корни. В какой-то момент они решают, что не плохо бы им закопаться поглубже в землю. Сказано — сделано. Корни, крепко закрепившиеся в земле, сокращаются, затягивая стебель поглубже в почву Такие же корни имеют и некоторые папоротники и цикадовые, которые закапываются таким образом в грунт на глубину до полуметра. Считается, что таким образом они избегают опасности падения под собственным весом. Ведь стволы у саговниковых устроены иначе, чем у привычных для нас деревьев. В них мало древесины. Состоят они в основном из живых клеток и, поэтому, очень тяжелы.
Механизм сокращения корней ещё полностью не изучен, но несомненно, что тургорные процессы играют в нём важную роль.
Примеров движений органов растений можно привести ещё много. Изгибание волосков-желёзок листа ещё одного растения хищника — росянки (Drosera), когда она буквально обнимает ими неосторожное насекомое или изгиб корней в стремлении уйти от солнечного света. Складывание листьев клевера или кислицы ночью или в непогоду. Удивительная реакция мимозы стыдливой на малейшее прикосновение. А ведь мы не говорили о движениях на микроуровне. Движения устьиц, перемещение хлоропластов внутри клетки к более освещённой стороне. Вообще органеллы клетки не сидят на месте, а постоянно перемещаются, причём совершенно не случайным образом, что играет большую роль в передаче раздражения по тканям растения, а также в работе чувствительных рецепторов — органов чувств растений. Но об этом — в следующей главе.
Глава 4. Органы чувств растений
Растения — те же животные.
Они ощущают, печалятся, радуются.
На признаки этого указывает подвижность листьев.
Растения имеют ум и знание.
Анаксогор из Клазомен (V век до н. э.)
Прежде чем мы будем говорить об органах чувств растений, давайте попытаемся ответить на один «детский» вопрос. Чувствуют ли растения боль? Считается, что боль — это результат деятельности нервной системы. Как известно, сигнал о нарушении нормальной работы или сигнал о повреждении того или иного органа нашего тела передаётся по нервам в головной мозг. А наш мозг затем, определив место повреждения, даёт нам болевой сигнал. У растений нет мозга, нет нервов. Значит, и боли они чувствовать не могут? Давайте не будем торопиться с таким выводом. Ведь если мы уберём из определения боли слова «мозг» и «нервы» и будем понимать боль как реакцию организма на повреждения, реакцию, необходимую для того, чтобы определить место ранения, то мы увидим, что растения чувствуют боль. Все мы видели потёки смолы на стволах ели или сосны в тех местах, где ствол повреждён. Не надо думать, что сосна — это некий мешок со смолой из которого она вытекает в том месте, где этот мешок прокололи. Нет, смола образуется после повреждения дерева и именно в том месте, где она необходима, для того чтобы затянуть рану. Причём в залечивании раны принимает участие всё дерево, как единый организм, от кончиков корней до самого верхнего листочка. Это означает, что растение прекрасно чувствует, что оно ранено, и знает место ранения. Можно называть это чувство болью, а можно и не называть. Как кому нравится.
Подобным же образом обстоит дело и с другими чувствами растений. Если мы будем считать, что для того чтобы видеть, необходимы глаза, а для того, чтобы слышать — уши, то нам надо признать, что растения слепы и глухи. Но если мы поймём, что зрение — это лишь способность улавливать электромагнитные волны (свет), а слух — способность замечать колебания среды, а это можно делать и без глаз, и без ушей, то мы должны сделать вывод, что растения могут и видеть, и слышать.
Какие же органы чувств растений мы знаем? Сейчас установлено, что растения могут реагировать на очень многие физические, химические и биологические раздражители. Таких раздражителей известно более сорока! Помимо известных нам света, тепла, механических воздействий, влажности и силы тяжести, растения могут производить очень точный химический и биологический анализ среды. Причём и над землёй, и в земле. Механизмы работы этих органов чувств очень сложны и мало изучены. Мы с вами остановимся лишь на тех, о которых можно рассказать в небольшой научно-популярной книжке.
Начнём с того, что растения прекрасно определяют направление силы тяжести. Уже упоминалось, что ствол дерева растёт вертикально вверх, независимо от уклона поверхности земли. Полёгшая после ливня или сильного ветра пшеница уже через несколько часов вновь возвращается в нормальное вертикальное положение. Но если мы посмотрим чуть внимательнее, мы увидим, что не только ствол, но и корни, и ветви, и листья тоже занимают определённое положение относительно направления силы тяжести. Корень всегда растёт вниз, по направлению к центру Земли. Ветви и листья стараются расти в плоскости, перпендикулярной вектору силы тяжести. Так как же растение определяет, «где верх, а где низ»?
Ещё в XIX веке учёные заметили, что если удалить корневой чехлик, то есть самый кончик корня, длиной всего несколько миллиметров, то корень перестаёт расти вниз. Он полностью теряет ориентацию, и может расти в любом направлении, даже вверх. Стало понятно, что орган, определяющий направление силы тяжести находится в клетках корневого чехлика. После долгих поисков и раздумий, обратили внимание на то, что клетки эти содержат твёрдые крупинки крахмала, которые под действием тяготения скапливаются у одной из стенок клетки. Попробовали удалить эти крахмальные зёрна и увидели, что корень растения потерял способность воспринимать направление силы тяжести. Казалось, орган, ответственный за чувство равновесия у растений, найден. Более того, подобные зёрна крахмала были обнаружены и в некоторых других органах растений, например, в живых клетках коры. Изгиб же органа растения под воздействием раздражения от силы тяжести происходит благодаря уже известному нам неравномерному распределению ауксина. Но остаётся ещё очень много вопросов. Почему одно и то же положение зёрен крахмала заставляет корень расти вниз, верхушку — вверх, а ветви — горизонтально? Как определяют направление силы тяготения те органы, в клетках которых нет крахмальных зёрен, например, лист? Некоторые исследователи считают, что тут вступают в работу хлоропласты, а может быть и другие органеллы клетки. А у некоторых растений один и тот же орган вообще может менять направление роста «по своему желанию». Например, стебель мака снотворного, ориентируясь по направлению вектора силы тяжести, сначала растёт нормально вверх, от центра Земли. Но после цветения меняет направление роста на противоположное. Вот и получается, что растения не только могут определить, где верх, а где низ, но ещё и решают, какому органу, в какое время и куда нужно расти.
