Страница:
Последние годы ученые установили, что число охотников за насекомыми в растительном мире значительно больше, чем считалось ранее. Как показали исследования, к этому классу можно отнести даже всем известные картофель, томаты и табак. Все эти растения имеют на своих листьях микроскопические волоски с капельками клея, способные не только удерживать насекомых, но и вырабатывать ферменты для переваривания органических веществ животного происхождения.
Энтомолог Дж.Барбер, изучающий комаров в университете штата Новый Орлеан (США), обнаружил, что личинки комаров часто прилипают к клейкой поверхности семян пастушьей сумки.
Семя вырабатывает какое-то клейкое вещество, привлекающее личинок. Ну а дальше все происходит по отлаженной технологии: семя выделает ферменты, а полученная в результате подкормка используется затем для лучшего развития ростков.
Под подозрение в плотоядности попал даже ананас. В основании его листьев часто скапливается дождевая вода, и там размножаются мелкие водные организмы - инфузории, коловратки, личинки насекомых... Некоторые исследователи полагают, что часть этой живности идет на подкормку растения.
Три линии обороны. После того как ученые разберутся в каком-то явлении, обычно встает вопрос: что делать с полученными знаниями? Можно, конечно, рекомендовать: в тех местах, где много комаров, разводите плантации росянки и пастушьей сумки. Можно действовать и похитрее: методами генной инженерии прививать культурным растениям или развивать уже имеющиеся у них навыки самостоятельной борьбы с сельскохозяйственными вредителями. Напал, например, на картофельный куст колорадский жук. А тот ням-ням - и нет жука. Не нужны ядохимикаты, лишние хлопоты, и прибавка урожая в результате дополнительной подкормки гарантирована. А можно пойти и еще дальше: развить защитные способности у всех без исключения культурных растений. Причем обороняться они смогут не только против видимых, но и против невидимых Врагов.
"Защитные средства растений образуют как бы три линии обороны, рассказывает, доктор сельскохозяйственных наук Л.В.Метлицкий, сотрудник Института биохимии имени А.Н.Баха. - Первая линия - это препятствия, стоящие на пути проникновения паразита в растение. Например, скорость внедрения возбудителя болезни в растительную ткань зависит от формы и размера устьиц. Во второй линии обороны сосредоточены вещества, губительные для попавшего туда врага; они заранее заготовлены в нетронутых инфекцией тканях. Например, такую роль играет кофейная кислота, обладающая заметными антибиотическими свойствами. Кроме того, под действием ферментов она окисляется, в результате чего возникают хиноны - соединения, имеющие еще более сильные антибиотические свойства, чем сама кислота. И наконец, третья линия обороны - защитные вещества, которые образуются лишь при появлении паразитов. К ним, в частности, относятся фитоалексины..."
Термин этот, кстати, предложил немецкий фитоиммунолог К.Мюллер. А происходит он от греческих слов "финон" - растение и "алекс" - отражение атаки. О том, что растение должно иметь какие-то защитные средства против паразитов, предполагал еще в начале нашего века Н.И. Вавилов, основоположник учения о фитоиммунитете.
Так вот, тот же картофель, томаты и другие представители семейства пасленовых, кроме оружия, так сказать, физического, способны применять против вредителей и оружие химическое, а также биологическое. В ответ, например, на заражение грибком растения тотчас образуют два фитоалексина из класса терпеноидов: ришетин и любимин. Первый был открыт японскими исследователями и назван по сорту картофеля Ришери, в котором это соединение впервые обнаружили. Ну а второй - любимин - был впервые найден отечественными исследователями из лаборатории Метлицкого в клубнях сорта Любимец.
Отсюда, понятно, и название.
Тот или иной фитоалексин может образовываться для защиты от самых разных паразитов. И если его концентрация достаточно велика, то незванные пришельцы погибнут без всякого вмешательства человека. Ведь фитоалексины действуют не в одиночку - их образование сопровождается изменением общего обмена веществ в растительной клетке. Например, известно, что возбудитель картофельной болезни фитофторы нуждается в холестерине. Сам паразит синтезировать это вещество не может, черпает его в готовом виде из картофеля. Но как только в клубнях начинают образовываться фитоалексины, синтез холестерина тут же прекращается, паразит вынужден сесть на голодную диету. Уже само по себе это его ослабляет, а тут еще его принимается добивать фитоалексин. И болезнь капитулирует.
Конечно, при этом возникает резонный вопрос: если у растений есть естественные механизмы защиты, то почему тогда работники сельского хозяйства вынуждены применять гербициды и прочие ядохимикаты не только против сорняков, но и против разных паразитов?
Оказывается, защитный механизм срабатывает не всегда. Чтобы запустить процесс образования фитоалексинов, растению нужен внешний толчок. Таким толчком может послужить обработка картофельной плантации микродозами меди - основного на сегодня средства против фитофторы. Но еще лучше, если растения по необходимости сами будут запускать свои защитные механизмы.
Принципиальная возможность для этого имеется. Во многих случаях паразит, попавший в растительную клетку, начинает выделять высокомолекулярные соединения - полипептиды, белки, гликопротеиды. И появление этих соединений может служить своеобразным сигналом: "К обороне будь готов!". Однако и паразиты не лыком шиты. В ходе длительной эволюции они научились маскироваться так, что во многих случаях защита не может распознать вторжения вовремя. А потом уж бывает поздно: с расплодившейся армией паразитов справиться самостоятельно уже не хватает сил.
Поэтому в настоящее время ученые ведут поиски, стараются создать такие микродатчики, которые бы срабатывали столь же оперативно, как срабатывают волоски на листе венериной мухоловки.
Конечно, в данном случае дело в значительной степени осложняется тем обстоятельством, что исследования приходится вести на генетически-молекулярном уровне. Но на дворе все-таки конец XX века, исследователи уже могут оперировать и с отдельными атомами. Так что есть реальная надежда: в начале следующего столетия труженики сельского хозяйства забудут о ядохимикатах и вредителях примерно так же, как в начале нашего века постепенно стали забывать легенды о растениях-людоедах.
И У ТРАВЫ ЕСТЬ НЕРВЫ?
Работает гидравлика. Итак, мы с вами разобрались, что приверженцев животной пищи в растительном мире достаточно много - несколько десятков, а то и сотен видов. Ну а каков механизм, приводящий в действие их ловушки? Как вообще растения могут двигаться, поднимая и опуская листья как гелиотроп, поворачивая соцветья вслед за светилом подобно подсолнуху, или неустанно разбрасывая во все стороны свои ползучие побеги подобно ежевике или хмелю.
"Уже с первых шагов ему приходилось решать дополнительную задачу по сравнению, скажем, с близкорастущими одуванчиками или крапивой, - пишет о хмеле Владимир Солоухин. - У одуванчика есть, наверное, свои не менее сложные задачи, но все же на первых порах ему нужно просто вырасти, то есть создать розетку листьев, и выгнать трубчатый стебель. Влага ему дана, солнце ему дано, а также дано и место под солнцем. Стой на этом месте и расти себе, наслаждайся жизнью.
Другое дело у хмеля. Едва-едва высунувшись из земли, он должен постоянно озираться и шарить вокруг себя, ища, за что бы ему ухватиться, на какую бы опереться надежную земную опору". И далее: "Естественное стремление всякого ростка расти вверх преобладает и здесь. Но уже после пятидесяти сантиметров жирный, тяжелый побег льнет к земле. Получается, что он растет не вертикально и не горизонтально, а по кривой, по дуге.
Эта упругая дуга может сохраняться некоторое время, но если побег перевалит за метр длины и все еще не найдет, за что ухватиться, то ему волей-неволей придется лечь на землю и ползти по ней. Только растущая, ищущая часть его будет по-прежнему и всегда нацелена кверху. Хмель, ползя по земле, хватается за встречные травы, но они оказываются слабоватыми для него, и он ползет, пресмыкаясь, все дальше, шаря впереди себя чутким кончиком.
Что делали бы вы, очутившись в темноте, если бы вам нужно было бы идти вперед и нашарить дверную ручку?
Очевидно, вы стали бы совершать вытянутой вперед рукой вращательное, шарящее движение. То же самое делает растущий хмель. Его шершавый, как бы сразу прилипающий кончик все время совершает, продвигаясь вперед или вверх, однообразное вращательное движение по часовой стрелке. И если попадется на пути дерево, телеграфный столб, водосточная труба, нарочно подставленный шест, любая вертикаль, нацеленная в небо, хмель быстро, в течение одного дня, взлетает до самого верха, а растущий конец его снова шарит вокруг себя в пустом пространстве..."
Не выяснен вопрос, пишет далее писатель, чувствует ли хмель возможную опору на некотором небольшом расстоянии и ползет ли он в ее сторону.
Практики, впрочем, утверждают, что очень часто хмель как бы чувствует, где ему подставлена опора, и большая часть стеблей направляется именно в ту сторону.
А когда один из стеблей Солоухин специально не захлестнул за шпагат, протянутый от земли до крыши дома, так он, бедняга, в поисках опоры переполз и двор, и лужайку, и помойку, напоминая человека, преодолевающего трясину и уже почти засосанного ею.
Тело его увязает в грязи и воде, но голову он из последних сил старается держать над водой.
"Я бы сказал тут, - заключает свой рассказ писатель, - кого еще мне напомнил этот хмель, если бы не было опасности переключиться от невинных заметок о траве в область психологического романа".
Литератор побоялся возникших у него невольных ассоциаций, а вот ученые, как мы убедимся чуть позднее, нет. Но прежде давайте задумаемся вот над каким вопросом: "А что за сила гонит хмель и другие растения в рост, заставляет их изгибаться в том или ином направлении?"
Понятное дело, в мире растений нет стальных пружин или иных упругих элементов, чтобы с их помощью защелкивать свои "капканы". Поэтому чаще всего растения используют в таких случаях гидравлику. Гидравлические насосы и приводы вообще совершают основную работу в растении. Это с их помощью, например, влага поднимается из-под земли ло самой макушки, преодолевая порою перепады во многие десятки метров - результат, которого может добиться далеко не всякий конструктор обычных насосов. Причем в отличие от механических природные насосы работают совершенно бесшумно и очень экономно.
Гидравлику же используют растения и для осуществления собственного движения. Вспомните хотя бы ту же "привычку" обыкновенного подсолнуха поворачивать свою корзинку вслед за движением светила. Обеспечивает такое движение опять-таки привод на основе гидравлики.
Ну а как, интересно, она работает?
Оказывается, на этот вопрос пытался ответить еще Чарлз Дарвин. Он показал, что каждый усик растения обладает энергией независимого движения. Согласно формулировке ученого, "растения получают и проявляют эту энергию только тогда, когда это дает им какое-то преимущество".
Эту мысль попытался развить талантливый венский биолог с галльской фамилией Рауль Франсе. Он показал, что червеобразные корешки, непрерывно продвигающиеся вниз, в почву, знают, куда именно им двигаться за счет небольших пустотелых камер, в которых может болтаться шарик крахмала, показывающий направление силы тяжести.
Если земля оказывается сухой, корни поворачивают в сторону влажной почвы, развивая энергию, достаточную, чтобы пробуравить бетон. Причем когда специфические буравящие клетки изнашиваются вследствие контакта с камнями, галькой, песком, то они быстро заменяются новыми. Когда же корешки достигают влаги и источника питательных веществ, то они отмирают и подлежат замене клетками, предназначенными уже для поглощения минеральных солей и воды.
Не существует ни одного растения, говорит Франсе, которое бы могло существовать без движения. Любой рост - это последовательность движений, растения постоянно заняты изгибанием, вращением, трепетанием. Когда усик того же хмеля, совершающий полный круговой цикл за 67 минут, находит опору, то в течение всего 20 секунд он начинает обвиваться вокруг него, и уже через час обвивается столь прочно, что его трудно оторвать.
Вот какой силой обладает гидравлика. Причем тот же Чарлз Дарвин попытался выяснить, как именно осуществляется механизм движения. Он открыл, что поверхностные клетки, скажем, ножки листа росянки, содержат одну большую вакуоль, заполненную клеточным соком. При раздражении она разделяется на ряд более мелких вакуолей причудливой формы, как бы переплетающихся друг с другом. И растение сворачивает лист в кулек.
"Крамольные" мысли естествоиспытателя. Конечно, в тонкостях подобных процессов надо еще разбираться и разбираться. Причем делать это совместными усилиями должны ботаники, гидравлики и ... электронщики! В самом деле, ведь мы еще ни слова не сказали о принципах работы тех датчиков, по сигналу которых и начинает работать механизм ловушки.
Опять-таки одним из первых заинтересовался этой проблемой Чарлз Дарвин. Результаты его исследований изложены в двух книгах - "Насекомоядные растения" и "Способность к движению у растений".
Первое, что чрезвычайно удивило Дарвина, - весьма высокая чувствительность органов насекомоядных и вьющихся растений. Например, движение листа росянки вызывал уже отрезок волоса весом 0,000822 мг, находившийся в соприкосновении со щупальцем весьма непродолжительное время. Не меньшей оказалась чувствительность к прикосновению у усиков некоторых лиан. Дарвин наблюдал изгибание усика под действием на него шелковинки весом всего 0,00025 мг!
Столь высокую чувствительность, конечно, не могли обеспечить чисто механические устройства, бытовавшие во времена Дарвина. Поэтому ученый ищет аналогии увиденному опять-таки в мире живого. Он сравнивает чувствительность растения с раздражением человеческого нерва. Более того, он отмечает, что подобные реакции имеют не только высокую чувствительность, но и избирательность. Например, ни щупальца росянки, ни усики вьющихся растений нс реагируют на удары дождевых капель.
А то же вьющееся растение, как отмечает Франсе, нуждаясь в опоре, будет упорно ползти к ближайшей.
Стоит эту опору сдвинуть, и виноградная лоза в течение нескольких часов изменит свое продвижение, повернет опять-таки к ней. Но как растение чувствует, в каком именно направлении ему нужно двигаться?
факты заставляли подумать о возможности существования у растений не только нечто похожего на нервную систему, но и зачатков ... соображения!
Понятно, такие "крамольные" мысли вызвали бурю в научном мире. Дарвина, несмотря на его высокий авторитет, приобретенный после окончания работы над "Происхождением видов", обвинили, мягко выражаясь, в недомыслии.
Например, вот что писал по этому поводу директор Петербургского ботанического сада Р.Э.Регель: "Знаменитый английский ученый Дарвин выставил в новейшее время смелую гипотезу, что существуют растения, которые ловят насекомых и даже едят их. Но если мы сопоставим вместе все известное, то должны прийти к заключению, что теория Дарвина принадлежит к числу тех теорий, над которыми всякий здравомыслящий ботаник и естествоиспытатель просто смеялся бы..."
Однако история постепенно все расставляет на свои места. И у нас сегодня есть основания полагать, что Дарвин больше ошибался в своем общепризнанном научном труде о происхождении видов, чем в последней книге о движении растений. Все больше современных ученых приходят к выводу, что роль эволюции в учении Дарвина преувеличена. А вот что касается наличия чувств у растений, и возможно, даже зачатков мышления, то тут есть над чем поразмыслить в свете фактов, накопившихся в течение нашего века.
Карикатура клетки. В свое время у Дарвина нашлись не только противники, но и сторонники. Например, в 1887 году В.Бердон-Сандерсон установил удивительный факт: при раздражении в листочке венериной мухоловки происходят электрические явления, в точности напоминающие те, которые возникают при распространении возбуждения в нервномышечных волокнах животных.
Более подробно прохождение электрических сигналов в растении было изучено индийским исследователем Дж.Ч.Босом (тем самым, что пугал поваров электричеством из гороха) на примере мимозы. Она оказалась более удобным объектом для исследования электрических явлений в листе, чем росянка или венерина мухоловка.
Бос сконструировал несколько приборов, позволявших очень точно регистрировать временной ход реакций раздражения. С их помощью ему удалось установить, что растение реагирует на прикосновение хотя и быстро, но не мгновенно - время запаздывания около 0,1 секунды. И такая скорость реакции сопоставима со скоростью нервной реакции многих животных.
Период же сокращений, то есть время полного складывания листа, оказался равным в среднем 3 секундам.
Причем мимоза реагировала по-разному в различные времена года: зимою она как бы засыпала, к лету пробуждалась.
Кроме того, на время реакции оказывали влияние различные наркотические вещества и даже ... алкоголь! Наконец индийский исследователь установил, что имеется определенная аналогия между реакцией на свет у растений и у сетчатки глаз животных. Он доказал, что растения обнаруживают усталость точно так же, как и мышцы животных.
"Я теперь знаю, что у растений имеются дыхание без легких или жабер, пищеварение без желудка и движение без мышц, - подводит Бос итог своим исследованиям. - Теперь мне кажется правдоподобным, что у растений может иметь место и такого же рода возбуждение, какое встречается у высших животных, но без наличия сложной нервной системы..."
И он оказался прав: последующие исследования позволили выявить у растений нечто вроде "карикатуры на нервную клетку", по меткому выражению одного исследователя. Тем не менее этот упрощенный аналог нервной клетки животного или человека исправно выполнял свой долг - передавал импульс возбуждения от датчика к исполнительному органу. И листок, лепесток или тычинка приходят в движение...
Подробности механизма управления подобными движениями, пожалуй, лучше всего рассмотреть на опыте А.М.Синюхина и Е.А.Бритикова, изучавших распространение потенциала действия в двухлопастном рыльце цветка инкарвилии при возбуждении.
Если кончик одной из лопастей испытывает механическое прикосновение, то уже через 0,2 секунды возникает потенциал действия, распространяющийся к основанию лопасти со скоростью 1,8 см/с. Спустя секунду он достигает клеток, расположенных в месте сочленения лопастей и вызывает их реакцию. Лопасти приходят в движение через 0,1 секунды после прихода электрического сигнала, а еще 6-10 секунд длится сам процесс закрытия. Если растение больше не трогать, то через 20 минут лепестки снова полностью раскрываются.
Как оказалось, растение способно производить и куда более сложные действия, чем простое закрытие лепестков. Некоторые растения реагируют на определенные раздражения весьма специфическим образом. Например, стоит по цветку липы начать ползать пчеле или иному насекомому, и цветок тотчас начинает выделять нектар. Как будто понимает, что пчела заодно перенесет и пыльцу, а значит, будет способствовать продолжению рода.
Причем у некоторых растений при этом, говорят, даже повышается температура. Чем вам не приступ любовной лихорадки?
ЧТО ПОКАЗАЛ
"ДЕТЕКТОР ЛЖИ"?
Филодендрон сочувствует креветке.
Если вы полагаете, что рассказанного недостаточно, чтобы поверить - и у растений могут быть чувства, вот вам еще одна история.
Началось все, пожалуй, вот с чего.
В 50-е годы в США существовали две компании по выращиванию ананасов. Одна из них имела плантации на Гавайских островах, другая - на Антильских. Климат на островах сходный, почвы тоже, а вот на мировом рынке антильские ананасы покупали охотнее, они были более крупными и вкусными.
Почему?
Пытаясь ответить на этот вопрос, производители ананасов испробовали все способы и методы, которые приходили на ум. На Гавайские острова даже вывозили саженцы с Антильских. И что же? Выросшие ананасы ничем не отличались от местных.
В конце концов Джон Мейс-младший, психиатр по профессии и весьма любознательный человек по складу характера, обратил внимание на такую тонкость. За ананасами на Гавайях ухаживали местные жители, а на Антилах привезенные из Африки негры.
Гавайцы работают медленно и сосредоточенно, а вот негры беззаботно распевают во время работы. Так может все дело в песнях?
Терять компании было нечего, и на Гавайских островах тоже появились поющие негры. И вскоре гавайские ананасы ничем нельзя было отличить от антильских.
Доктор Мейс, впрочем, на том не успокоился. Он поставил обоснование своей догадки на научную основу. В специально оборудованной оранжерее исследователь собрал растения разных видов и стал проигрывать сотни мелодий. После 30 тысяч опытов ученый пришел к заключению: растения воспринимают музыку и реагируют на нее.
Более того, они обладают определенными музыкальными пристрастиями, особенно цветы. Большинство предпочитает мелодичные пьесы со спокойными ритмами, но некоторым - скажем, цикломенам - больше по нраву джаз.
Мимозы и гиацинты неравнодушны к музыке Чайковского, а примулы, флоксы и табак - к операм Вагнера.
Впрочем, к полученным результатам никто, кроме специалистов по ананасам да самого доктора Мейса, всерьез не отнесся. Ведь иначе пришлось бы признать, что растения имеют не только органы слуха, но и память, какие-то чувства... И об опытах Мейса со временем скорее всего попросту забыли бы, если бы данная история не получила неожиданное продолжение.
Теперь уже в лаборатории профессора Клива Бакстера.
В 1965 году Бакстер занимался усовершенствованием своего детища одного из вариантов "детектора лжи", или полиграфа. Вы, вероятно, знаете, что работа этого устройства основана на фиксировании реакции испытуемого на задаваемые вопросы. При этом исследователи знают, что сообщение заведомо ложных сведений вызывает у подавляющего большинства людей специфические реакции - учащение пульса и дыхания, повышенную потливость и т.д.
В настоящее время существует несколько видов полиграфов. Скажем, полиграф Ларсена измеряет давление крови, частоту и интенсивность дыхания, а также время реакции - промежуток между вопросом и ответом. Ну а полиграф Бакстера основан на гальванической реакции человеческой кожи.
Два электрода прикрепляют к тыльной и внутренней сторонам пальца. По цепи пропускается небольшой электрический ток, который затем через усилитель подается на самописец. Когда испытуемый начинает волноваться, он больше потеет, электросопротивление кожи падает и кривая самописца выписывает пик.
И вот, работая над усовершенствованием своего прибора, Бакстер додумался подсоединить датчик к листку домашнего растения филодендрона. Теперь нужно было как-то заставить растение почувствовать эмоциональный стресс.
Исследователь опустил один из листочков в чашку с горячим кофе никакой реакции. "А если испробовать огонь?" - подумал он, доставая зажигалку. И не поверил своим глазам: кривая на ленте самописца энергично поползла вверх!
Действительно, в это трудно было поверить: ведь получалось, что растение прочло мысли человека. И тогда Бакстер поставил другой эксперимент. Автоматический механизм в моменты, выбранные датчиком случайных чисел, опрокидывал чашку с креветкой в кипяток.
Рядом стоял все тот же филодендрон с наклеенными на листья датчиками. И что же? Самописец всякий раз при опрокидывании чашки фиксировал эмоциональную кривую: цветок сочувствовал креветке.
Бакстер не успокоился и на этом.
Как истый криминалист, он смоделировал преступление. В комнату, где находились два цветка, по очереди заходило шесть человек. Седьмым был сам экспериментатор. Войдя, он увидел, что один из филодендронов сломан. Кто это сделал? Бакстер попросил участников эксперимента снова по одному пройти через комнату. В тот момент, когда в помещение зашел человек, сломавший цветок, датчики зафиксировали эмоциональный всплеск: филодендрон опознал "убийцу" собрата!
Зри в корень. Опыты Бакстера наделали немало шума в научном мире.
Их попытались воспроизвести многие. И вот что из этого вышло.
...Марсель Фогель работал в фирме ИБМ и преподавал в одном из университетов Калифорнии. Когда студенты дали ему журнал со статьей Бакстера, Фогель решил, что приведенные опыты - не более как надувательство. Однако любопытства ради решил воспроизвести эти эксперименты вместе со своими учениками.
Через некоторое время подвели итоги. Ни одной из трех групп студентов, работавших самостоятельно, не удалось получить описанные эффекты в полной мере. Однако сам Фогель сообщил, что растения действительно могут реагировать на человеческое участие.
Энтомолог Дж.Барбер, изучающий комаров в университете штата Новый Орлеан (США), обнаружил, что личинки комаров часто прилипают к клейкой поверхности семян пастушьей сумки.
Семя вырабатывает какое-то клейкое вещество, привлекающее личинок. Ну а дальше все происходит по отлаженной технологии: семя выделает ферменты, а полученная в результате подкормка используется затем для лучшего развития ростков.
Под подозрение в плотоядности попал даже ананас. В основании его листьев часто скапливается дождевая вода, и там размножаются мелкие водные организмы - инфузории, коловратки, личинки насекомых... Некоторые исследователи полагают, что часть этой живности идет на подкормку растения.
Три линии обороны. После того как ученые разберутся в каком-то явлении, обычно встает вопрос: что делать с полученными знаниями? Можно, конечно, рекомендовать: в тех местах, где много комаров, разводите плантации росянки и пастушьей сумки. Можно действовать и похитрее: методами генной инженерии прививать культурным растениям или развивать уже имеющиеся у них навыки самостоятельной борьбы с сельскохозяйственными вредителями. Напал, например, на картофельный куст колорадский жук. А тот ням-ням - и нет жука. Не нужны ядохимикаты, лишние хлопоты, и прибавка урожая в результате дополнительной подкормки гарантирована. А можно пойти и еще дальше: развить защитные способности у всех без исключения культурных растений. Причем обороняться они смогут не только против видимых, но и против невидимых Врагов.
"Защитные средства растений образуют как бы три линии обороны, рассказывает, доктор сельскохозяйственных наук Л.В.Метлицкий, сотрудник Института биохимии имени А.Н.Баха. - Первая линия - это препятствия, стоящие на пути проникновения паразита в растение. Например, скорость внедрения возбудителя болезни в растительную ткань зависит от формы и размера устьиц. Во второй линии обороны сосредоточены вещества, губительные для попавшего туда врага; они заранее заготовлены в нетронутых инфекцией тканях. Например, такую роль играет кофейная кислота, обладающая заметными антибиотическими свойствами. Кроме того, под действием ферментов она окисляется, в результате чего возникают хиноны - соединения, имеющие еще более сильные антибиотические свойства, чем сама кислота. И наконец, третья линия обороны - защитные вещества, которые образуются лишь при появлении паразитов. К ним, в частности, относятся фитоалексины..."
Термин этот, кстати, предложил немецкий фитоиммунолог К.Мюллер. А происходит он от греческих слов "финон" - растение и "алекс" - отражение атаки. О том, что растение должно иметь какие-то защитные средства против паразитов, предполагал еще в начале нашего века Н.И. Вавилов, основоположник учения о фитоиммунитете.
Так вот, тот же картофель, томаты и другие представители семейства пасленовых, кроме оружия, так сказать, физического, способны применять против вредителей и оружие химическое, а также биологическое. В ответ, например, на заражение грибком растения тотчас образуют два фитоалексина из класса терпеноидов: ришетин и любимин. Первый был открыт японскими исследователями и назван по сорту картофеля Ришери, в котором это соединение впервые обнаружили. Ну а второй - любимин - был впервые найден отечественными исследователями из лаборатории Метлицкого в клубнях сорта Любимец.
Отсюда, понятно, и название.
Тот или иной фитоалексин может образовываться для защиты от самых разных паразитов. И если его концентрация достаточно велика, то незванные пришельцы погибнут без всякого вмешательства человека. Ведь фитоалексины действуют не в одиночку - их образование сопровождается изменением общего обмена веществ в растительной клетке. Например, известно, что возбудитель картофельной болезни фитофторы нуждается в холестерине. Сам паразит синтезировать это вещество не может, черпает его в готовом виде из картофеля. Но как только в клубнях начинают образовываться фитоалексины, синтез холестерина тут же прекращается, паразит вынужден сесть на голодную диету. Уже само по себе это его ослабляет, а тут еще его принимается добивать фитоалексин. И болезнь капитулирует.
Конечно, при этом возникает резонный вопрос: если у растений есть естественные механизмы защиты, то почему тогда работники сельского хозяйства вынуждены применять гербициды и прочие ядохимикаты не только против сорняков, но и против разных паразитов?
Оказывается, защитный механизм срабатывает не всегда. Чтобы запустить процесс образования фитоалексинов, растению нужен внешний толчок. Таким толчком может послужить обработка картофельной плантации микродозами меди - основного на сегодня средства против фитофторы. Но еще лучше, если растения по необходимости сами будут запускать свои защитные механизмы.
Принципиальная возможность для этого имеется. Во многих случаях паразит, попавший в растительную клетку, начинает выделять высокомолекулярные соединения - полипептиды, белки, гликопротеиды. И появление этих соединений может служить своеобразным сигналом: "К обороне будь готов!". Однако и паразиты не лыком шиты. В ходе длительной эволюции они научились маскироваться так, что во многих случаях защита не может распознать вторжения вовремя. А потом уж бывает поздно: с расплодившейся армией паразитов справиться самостоятельно уже не хватает сил.
Поэтому в настоящее время ученые ведут поиски, стараются создать такие микродатчики, которые бы срабатывали столь же оперативно, как срабатывают волоски на листе венериной мухоловки.
Конечно, в данном случае дело в значительной степени осложняется тем обстоятельством, что исследования приходится вести на генетически-молекулярном уровне. Но на дворе все-таки конец XX века, исследователи уже могут оперировать и с отдельными атомами. Так что есть реальная надежда: в начале следующего столетия труженики сельского хозяйства забудут о ядохимикатах и вредителях примерно так же, как в начале нашего века постепенно стали забывать легенды о растениях-людоедах.
И У ТРАВЫ ЕСТЬ НЕРВЫ?
Работает гидравлика. Итак, мы с вами разобрались, что приверженцев животной пищи в растительном мире достаточно много - несколько десятков, а то и сотен видов. Ну а каков механизм, приводящий в действие их ловушки? Как вообще растения могут двигаться, поднимая и опуская листья как гелиотроп, поворачивая соцветья вслед за светилом подобно подсолнуху, или неустанно разбрасывая во все стороны свои ползучие побеги подобно ежевике или хмелю.
"Уже с первых шагов ему приходилось решать дополнительную задачу по сравнению, скажем, с близкорастущими одуванчиками или крапивой, - пишет о хмеле Владимир Солоухин. - У одуванчика есть, наверное, свои не менее сложные задачи, но все же на первых порах ему нужно просто вырасти, то есть создать розетку листьев, и выгнать трубчатый стебель. Влага ему дана, солнце ему дано, а также дано и место под солнцем. Стой на этом месте и расти себе, наслаждайся жизнью.
Другое дело у хмеля. Едва-едва высунувшись из земли, он должен постоянно озираться и шарить вокруг себя, ища, за что бы ему ухватиться, на какую бы опереться надежную земную опору". И далее: "Естественное стремление всякого ростка расти вверх преобладает и здесь. Но уже после пятидесяти сантиметров жирный, тяжелый побег льнет к земле. Получается, что он растет не вертикально и не горизонтально, а по кривой, по дуге.
Эта упругая дуга может сохраняться некоторое время, но если побег перевалит за метр длины и все еще не найдет, за что ухватиться, то ему волей-неволей придется лечь на землю и ползти по ней. Только растущая, ищущая часть его будет по-прежнему и всегда нацелена кверху. Хмель, ползя по земле, хватается за встречные травы, но они оказываются слабоватыми для него, и он ползет, пресмыкаясь, все дальше, шаря впереди себя чутким кончиком.
Что делали бы вы, очутившись в темноте, если бы вам нужно было бы идти вперед и нашарить дверную ручку?
Очевидно, вы стали бы совершать вытянутой вперед рукой вращательное, шарящее движение. То же самое делает растущий хмель. Его шершавый, как бы сразу прилипающий кончик все время совершает, продвигаясь вперед или вверх, однообразное вращательное движение по часовой стрелке. И если попадется на пути дерево, телеграфный столб, водосточная труба, нарочно подставленный шест, любая вертикаль, нацеленная в небо, хмель быстро, в течение одного дня, взлетает до самого верха, а растущий конец его снова шарит вокруг себя в пустом пространстве..."
Не выяснен вопрос, пишет далее писатель, чувствует ли хмель возможную опору на некотором небольшом расстоянии и ползет ли он в ее сторону.
Практики, впрочем, утверждают, что очень часто хмель как бы чувствует, где ему подставлена опора, и большая часть стеблей направляется именно в ту сторону.
А когда один из стеблей Солоухин специально не захлестнул за шпагат, протянутый от земли до крыши дома, так он, бедняга, в поисках опоры переполз и двор, и лужайку, и помойку, напоминая человека, преодолевающего трясину и уже почти засосанного ею.
Тело его увязает в грязи и воде, но голову он из последних сил старается держать над водой.
"Я бы сказал тут, - заключает свой рассказ писатель, - кого еще мне напомнил этот хмель, если бы не было опасности переключиться от невинных заметок о траве в область психологического романа".
Литератор побоялся возникших у него невольных ассоциаций, а вот ученые, как мы убедимся чуть позднее, нет. Но прежде давайте задумаемся вот над каким вопросом: "А что за сила гонит хмель и другие растения в рост, заставляет их изгибаться в том или ином направлении?"
Понятное дело, в мире растений нет стальных пружин или иных упругих элементов, чтобы с их помощью защелкивать свои "капканы". Поэтому чаще всего растения используют в таких случаях гидравлику. Гидравлические насосы и приводы вообще совершают основную работу в растении. Это с их помощью, например, влага поднимается из-под земли ло самой макушки, преодолевая порою перепады во многие десятки метров - результат, которого может добиться далеко не всякий конструктор обычных насосов. Причем в отличие от механических природные насосы работают совершенно бесшумно и очень экономно.
Гидравлику же используют растения и для осуществления собственного движения. Вспомните хотя бы ту же "привычку" обыкновенного подсолнуха поворачивать свою корзинку вслед за движением светила. Обеспечивает такое движение опять-таки привод на основе гидравлики.
Ну а как, интересно, она работает?
Оказывается, на этот вопрос пытался ответить еще Чарлз Дарвин. Он показал, что каждый усик растения обладает энергией независимого движения. Согласно формулировке ученого, "растения получают и проявляют эту энергию только тогда, когда это дает им какое-то преимущество".
Эту мысль попытался развить талантливый венский биолог с галльской фамилией Рауль Франсе. Он показал, что червеобразные корешки, непрерывно продвигающиеся вниз, в почву, знают, куда именно им двигаться за счет небольших пустотелых камер, в которых может болтаться шарик крахмала, показывающий направление силы тяжести.
Если земля оказывается сухой, корни поворачивают в сторону влажной почвы, развивая энергию, достаточную, чтобы пробуравить бетон. Причем когда специфические буравящие клетки изнашиваются вследствие контакта с камнями, галькой, песком, то они быстро заменяются новыми. Когда же корешки достигают влаги и источника питательных веществ, то они отмирают и подлежат замене клетками, предназначенными уже для поглощения минеральных солей и воды.
Не существует ни одного растения, говорит Франсе, которое бы могло существовать без движения. Любой рост - это последовательность движений, растения постоянно заняты изгибанием, вращением, трепетанием. Когда усик того же хмеля, совершающий полный круговой цикл за 67 минут, находит опору, то в течение всего 20 секунд он начинает обвиваться вокруг него, и уже через час обвивается столь прочно, что его трудно оторвать.
Вот какой силой обладает гидравлика. Причем тот же Чарлз Дарвин попытался выяснить, как именно осуществляется механизм движения. Он открыл, что поверхностные клетки, скажем, ножки листа росянки, содержат одну большую вакуоль, заполненную клеточным соком. При раздражении она разделяется на ряд более мелких вакуолей причудливой формы, как бы переплетающихся друг с другом. И растение сворачивает лист в кулек.
"Крамольные" мысли естествоиспытателя. Конечно, в тонкостях подобных процессов надо еще разбираться и разбираться. Причем делать это совместными усилиями должны ботаники, гидравлики и ... электронщики! В самом деле, ведь мы еще ни слова не сказали о принципах работы тех датчиков, по сигналу которых и начинает работать механизм ловушки.
Опять-таки одним из первых заинтересовался этой проблемой Чарлз Дарвин. Результаты его исследований изложены в двух книгах - "Насекомоядные растения" и "Способность к движению у растений".
Первое, что чрезвычайно удивило Дарвина, - весьма высокая чувствительность органов насекомоядных и вьющихся растений. Например, движение листа росянки вызывал уже отрезок волоса весом 0,000822 мг, находившийся в соприкосновении со щупальцем весьма непродолжительное время. Не меньшей оказалась чувствительность к прикосновению у усиков некоторых лиан. Дарвин наблюдал изгибание усика под действием на него шелковинки весом всего 0,00025 мг!
Столь высокую чувствительность, конечно, не могли обеспечить чисто механические устройства, бытовавшие во времена Дарвина. Поэтому ученый ищет аналогии увиденному опять-таки в мире живого. Он сравнивает чувствительность растения с раздражением человеческого нерва. Более того, он отмечает, что подобные реакции имеют не только высокую чувствительность, но и избирательность. Например, ни щупальца росянки, ни усики вьющихся растений нс реагируют на удары дождевых капель.
А то же вьющееся растение, как отмечает Франсе, нуждаясь в опоре, будет упорно ползти к ближайшей.
Стоит эту опору сдвинуть, и виноградная лоза в течение нескольких часов изменит свое продвижение, повернет опять-таки к ней. Но как растение чувствует, в каком именно направлении ему нужно двигаться?
факты заставляли подумать о возможности существования у растений не только нечто похожего на нервную систему, но и зачатков ... соображения!
Понятно, такие "крамольные" мысли вызвали бурю в научном мире. Дарвина, несмотря на его высокий авторитет, приобретенный после окончания работы над "Происхождением видов", обвинили, мягко выражаясь, в недомыслии.
Например, вот что писал по этому поводу директор Петербургского ботанического сада Р.Э.Регель: "Знаменитый английский ученый Дарвин выставил в новейшее время смелую гипотезу, что существуют растения, которые ловят насекомых и даже едят их. Но если мы сопоставим вместе все известное, то должны прийти к заключению, что теория Дарвина принадлежит к числу тех теорий, над которыми всякий здравомыслящий ботаник и естествоиспытатель просто смеялся бы..."
Однако история постепенно все расставляет на свои места. И у нас сегодня есть основания полагать, что Дарвин больше ошибался в своем общепризнанном научном труде о происхождении видов, чем в последней книге о движении растений. Все больше современных ученых приходят к выводу, что роль эволюции в учении Дарвина преувеличена. А вот что касается наличия чувств у растений, и возможно, даже зачатков мышления, то тут есть над чем поразмыслить в свете фактов, накопившихся в течение нашего века.
Карикатура клетки. В свое время у Дарвина нашлись не только противники, но и сторонники. Например, в 1887 году В.Бердон-Сандерсон установил удивительный факт: при раздражении в листочке венериной мухоловки происходят электрические явления, в точности напоминающие те, которые возникают при распространении возбуждения в нервномышечных волокнах животных.
Более подробно прохождение электрических сигналов в растении было изучено индийским исследователем Дж.Ч.Босом (тем самым, что пугал поваров электричеством из гороха) на примере мимозы. Она оказалась более удобным объектом для исследования электрических явлений в листе, чем росянка или венерина мухоловка.
Бос сконструировал несколько приборов, позволявших очень точно регистрировать временной ход реакций раздражения. С их помощью ему удалось установить, что растение реагирует на прикосновение хотя и быстро, но не мгновенно - время запаздывания около 0,1 секунды. И такая скорость реакции сопоставима со скоростью нервной реакции многих животных.
Период же сокращений, то есть время полного складывания листа, оказался равным в среднем 3 секундам.
Причем мимоза реагировала по-разному в различные времена года: зимою она как бы засыпала, к лету пробуждалась.
Кроме того, на время реакции оказывали влияние различные наркотические вещества и даже ... алкоголь! Наконец индийский исследователь установил, что имеется определенная аналогия между реакцией на свет у растений и у сетчатки глаз животных. Он доказал, что растения обнаруживают усталость точно так же, как и мышцы животных.
"Я теперь знаю, что у растений имеются дыхание без легких или жабер, пищеварение без желудка и движение без мышц, - подводит Бос итог своим исследованиям. - Теперь мне кажется правдоподобным, что у растений может иметь место и такого же рода возбуждение, какое встречается у высших животных, но без наличия сложной нервной системы..."
И он оказался прав: последующие исследования позволили выявить у растений нечто вроде "карикатуры на нервную клетку", по меткому выражению одного исследователя. Тем не менее этот упрощенный аналог нервной клетки животного или человека исправно выполнял свой долг - передавал импульс возбуждения от датчика к исполнительному органу. И листок, лепесток или тычинка приходят в движение...
Подробности механизма управления подобными движениями, пожалуй, лучше всего рассмотреть на опыте А.М.Синюхина и Е.А.Бритикова, изучавших распространение потенциала действия в двухлопастном рыльце цветка инкарвилии при возбуждении.
Если кончик одной из лопастей испытывает механическое прикосновение, то уже через 0,2 секунды возникает потенциал действия, распространяющийся к основанию лопасти со скоростью 1,8 см/с. Спустя секунду он достигает клеток, расположенных в месте сочленения лопастей и вызывает их реакцию. Лопасти приходят в движение через 0,1 секунды после прихода электрического сигнала, а еще 6-10 секунд длится сам процесс закрытия. Если растение больше не трогать, то через 20 минут лепестки снова полностью раскрываются.
Как оказалось, растение способно производить и куда более сложные действия, чем простое закрытие лепестков. Некоторые растения реагируют на определенные раздражения весьма специфическим образом. Например, стоит по цветку липы начать ползать пчеле или иному насекомому, и цветок тотчас начинает выделять нектар. Как будто понимает, что пчела заодно перенесет и пыльцу, а значит, будет способствовать продолжению рода.
Причем у некоторых растений при этом, говорят, даже повышается температура. Чем вам не приступ любовной лихорадки?
ЧТО ПОКАЗАЛ
"ДЕТЕКТОР ЛЖИ"?
Филодендрон сочувствует креветке.
Если вы полагаете, что рассказанного недостаточно, чтобы поверить - и у растений могут быть чувства, вот вам еще одна история.
Началось все, пожалуй, вот с чего.
В 50-е годы в США существовали две компании по выращиванию ананасов. Одна из них имела плантации на Гавайских островах, другая - на Антильских. Климат на островах сходный, почвы тоже, а вот на мировом рынке антильские ананасы покупали охотнее, они были более крупными и вкусными.
Почему?
Пытаясь ответить на этот вопрос, производители ананасов испробовали все способы и методы, которые приходили на ум. На Гавайские острова даже вывозили саженцы с Антильских. И что же? Выросшие ананасы ничем не отличались от местных.
В конце концов Джон Мейс-младший, психиатр по профессии и весьма любознательный человек по складу характера, обратил внимание на такую тонкость. За ананасами на Гавайях ухаживали местные жители, а на Антилах привезенные из Африки негры.
Гавайцы работают медленно и сосредоточенно, а вот негры беззаботно распевают во время работы. Так может все дело в песнях?
Терять компании было нечего, и на Гавайских островах тоже появились поющие негры. И вскоре гавайские ананасы ничем нельзя было отличить от антильских.
Доктор Мейс, впрочем, на том не успокоился. Он поставил обоснование своей догадки на научную основу. В специально оборудованной оранжерее исследователь собрал растения разных видов и стал проигрывать сотни мелодий. После 30 тысяч опытов ученый пришел к заключению: растения воспринимают музыку и реагируют на нее.
Более того, они обладают определенными музыкальными пристрастиями, особенно цветы. Большинство предпочитает мелодичные пьесы со спокойными ритмами, но некоторым - скажем, цикломенам - больше по нраву джаз.
Мимозы и гиацинты неравнодушны к музыке Чайковского, а примулы, флоксы и табак - к операм Вагнера.
Впрочем, к полученным результатам никто, кроме специалистов по ананасам да самого доктора Мейса, всерьез не отнесся. Ведь иначе пришлось бы признать, что растения имеют не только органы слуха, но и память, какие-то чувства... И об опытах Мейса со временем скорее всего попросту забыли бы, если бы данная история не получила неожиданное продолжение.
Теперь уже в лаборатории профессора Клива Бакстера.
В 1965 году Бакстер занимался усовершенствованием своего детища одного из вариантов "детектора лжи", или полиграфа. Вы, вероятно, знаете, что работа этого устройства основана на фиксировании реакции испытуемого на задаваемые вопросы. При этом исследователи знают, что сообщение заведомо ложных сведений вызывает у подавляющего большинства людей специфические реакции - учащение пульса и дыхания, повышенную потливость и т.д.
В настоящее время существует несколько видов полиграфов. Скажем, полиграф Ларсена измеряет давление крови, частоту и интенсивность дыхания, а также время реакции - промежуток между вопросом и ответом. Ну а полиграф Бакстера основан на гальванической реакции человеческой кожи.
Два электрода прикрепляют к тыльной и внутренней сторонам пальца. По цепи пропускается небольшой электрический ток, который затем через усилитель подается на самописец. Когда испытуемый начинает волноваться, он больше потеет, электросопротивление кожи падает и кривая самописца выписывает пик.
И вот, работая над усовершенствованием своего прибора, Бакстер додумался подсоединить датчик к листку домашнего растения филодендрона. Теперь нужно было как-то заставить растение почувствовать эмоциональный стресс.
Исследователь опустил один из листочков в чашку с горячим кофе никакой реакции. "А если испробовать огонь?" - подумал он, доставая зажигалку. И не поверил своим глазам: кривая на ленте самописца энергично поползла вверх!
Действительно, в это трудно было поверить: ведь получалось, что растение прочло мысли человека. И тогда Бакстер поставил другой эксперимент. Автоматический механизм в моменты, выбранные датчиком случайных чисел, опрокидывал чашку с креветкой в кипяток.
Рядом стоял все тот же филодендрон с наклеенными на листья датчиками. И что же? Самописец всякий раз при опрокидывании чашки фиксировал эмоциональную кривую: цветок сочувствовал креветке.
Бакстер не успокоился и на этом.
Как истый криминалист, он смоделировал преступление. В комнату, где находились два цветка, по очереди заходило шесть человек. Седьмым был сам экспериментатор. Войдя, он увидел, что один из филодендронов сломан. Кто это сделал? Бакстер попросил участников эксперимента снова по одному пройти через комнату. В тот момент, когда в помещение зашел человек, сломавший цветок, датчики зафиксировали эмоциональный всплеск: филодендрон опознал "убийцу" собрата!
Зри в корень. Опыты Бакстера наделали немало шума в научном мире.
Их попытались воспроизвести многие. И вот что из этого вышло.
...Марсель Фогель работал в фирме ИБМ и преподавал в одном из университетов Калифорнии. Когда студенты дали ему журнал со статьей Бакстера, Фогель решил, что приведенные опыты - не более как надувательство. Однако любопытства ради решил воспроизвести эти эксперименты вместе со своими учениками.
Через некоторое время подвели итоги. Ни одной из трех групп студентов, работавших самостоятельно, не удалось получить описанные эффекты в полной мере. Однако сам Фогель сообщил, что растения действительно могут реагировать на человеческое участие.