Растения. Параллельный мир. Цимбал В.А.
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.
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.
Теперь давайте поговорим о восприятии растениями света. Чувствительность растений к световому воздействию намного превышает нашу. Учёным удалось выяснить, что, скорее всего, за восприятие света в организме растений отвечают различные пигменты, находящиеся в хлоропластах растительной клетки. Наиболее известны из них хлорофилл и каротин, но на самом деле их намного больше. Каждый пигмент специализируется на своём любимом участке спектра. Какому-то больше по душе синий свет, какому-то - красный. Некоторые свет поглощают, некоторые - отражают, выполняя работу микроскопических зеркал и линз. Взаимодействие их между собой крайне сложно, каждый из них вырабатывает различные гормоны, влияющие на рост растения. Но вот что интересно: суммарный результат их деятельности оптимален для всего растения в целом.
Помимо вышесказанного, можно заметить, что растения чутко реагируют на воду, на многие химические вещества. Так, корни отвечают усиленным ростом в сторону повышения содержания в почве кислорода, углекислого газа, фосфатов. Реакция растений на химические раздражители играет особую роль в процессе размножения растений. Выяснено, что подвижные сперматозоиды некоторых растений находят направление к яйцеклетке благодаря тому, что она выделяет яблочную кислоту. Чувствительность сперматозоидов к содержанию яблочной кислоты поразительна. Ни один из созданных на сегодня человеком приборов для химического анализа не способен определять такие малые концентрации веществ. Уже упоминавшаяся хищная венерина мухоловка тут же открывает свой захлопнувшийся лист, если не чувствует присутствия в своей пленённой добыче аминокислот. Так же реагирует на вкус жертвы и другое хищное растение - росянка.
Очень ярко проявляется восприимчивость растений к химическим соединениям и в процессе борьбы за выживание. Некоторые растения вырабатывают яды, убивающие конкурентов. Так, многие виды ореха буквально поливают землю под своей кроной ядом, который действует, как гербицид. Этот же яд корни ореха выделяют в почву. Садовники знают, что под кроной ореха сорняки не растут. Травянистые зонтичные, как хорошо известные нам сныть или борщевик, выделяют вещества, не дающие прорастать семенам других растений. Именно поэтому заросли зонтичных трав очень стабильны и жизнеспособны. Другим растениям нелегко вытеснить их. Заростки папоротников синтезируют не только вещества, привлекающие мужские половые клетки своего вида, но и «дезориентирующие», сбивающие с толку сперматозоиды других видов. Всё это возможно лишь благодаря совершенству растительной «химической лаборатории».
Не совсем понятно каким образом растения распознают прикосновения. Считается, что ключевую роль здесь играет деформация цитоплазмы клеток. Возможно, что это так. Но этим не объяснить многие экспериментальные результаты. Вот, например, интересный факт: усик Sicyos angulatus, растения из семейства тыквенных, моментально реагирует на слабые раздражения от попадания на него микроскопических глиняных частичек или шерстяных ворсинок, массой в 3 десятимиллионных долей грамма! Но он же совершенно не «замечает» прикосновений гладкой стеклянной палочки или водяной струи. Также не обращает внимания на механические воздействия верхушечная зона роста - меристема.
Судя по всему, растения воспринимают раздражения практически всем своим телом, каждой клеткой, но каждый орган делает это по-своему. Это правило не без исключений. Например, усики многих лазающих растений воспринимают прикосновения лишь с одной стороны усика. Некоторые, как, например, горох, изгибают усик при прикосновении только к нижней стороне. Если коснуться верхней стороны - изгибания усика не происходит. Правда, это не означает, что верхняя сторона не чувствует прикосновения, ведь если трогать одновременно обе стороны, то реакция растения тоже будет нулевой.
Каждая клетка самостоятельно получает информацию о внешних факторах, она делится этой информацией с другими. Каким образом? Химическими или электрическими сигналами. Кстати, последними исследованиями установлено, что оба эти способа передачи возбуждения растения освоили. Замерены даже скорости этой передачи. Химический способ помедленнее, а вот электрические сигналы передаются от клетки к клетке в теле растения со скоростью до 50 см в секунду.