О чем думают растения - Алессандра Виола

Где же расположены световые рецепторы растений? Человеческие глаза находятся в передней части головы. Это стратегическая позиция, если судить по ходу эволюционных изменений, поскольку они располагаются высоко (чтобы лучше видеть и расширить поле зрения), близко к нашему единственному мозгу и защищены от внешних воздействий (защите головы мы уделяем особое внимание, поскольку именно здесь находится мозг и сосредоточены четыре центра чувственного восприятия). У растений, как мы знаем, все иначе. Организм растения эволюционировал таким образом, чтобы избежать сосредоточения функций в какой-то одной зоне и, следовательно, снизить риск смерти в случае поедания растительноядным животным.

Все функции растения распределены практически по всему организму, и ни одна из частей растения не является истинно незаменимой. При таком строении даже световые рецепторы растения представлены в большом количестве. В основном они сосредоточены в листьях, специализирующихся на осуществлении фотосинтеза, но имеются также и в других частях растения. Множество рецепторов содержится даже в самых молодых частях ствола, усиках, побегах и их верхушках, а также в древесине (во всех тех частях, которые мы обычно называем «зеленью» и которые плохо горят). Такое впечатление, что растение целиком покрыто крохотными глазками. Корни тоже невероятно чувствительны к свету, но, в отличие от листьев, они его совсем не любят. Листья тянутся и поворачиваются к свету, демонстрируя «положительный фототропизм», а корни ведут себя противоположным образом, как будто страдают «фотофобией», удаляясь от любого источника сета и демонстрируя «отрицательный фототропизм».

Здесь следует упомянуть о том, что отсутствие понимания растительного мира может приводить к неправильной интерпретации экспериментальных результатов. Практически всем известно, что корни растут в земле и, следовательно, в темноте. Так? Но в современных лабораториях, где проводятся эксперименты на растениях, кажется, об этом ничего не знают. Специалисты в области молекулярной биологии (новой научной дисциплины, постепенно вытесняющей известные всем ботанику и физиологию растений) почти всегда работают с сеянцами модельных растений (самое известное из них – резуховидка Таля, Arabidopsis thaliana, настоящая звезда в современной лабораторной практике), выращиваемых не в почве, а в геле или какой-то другой прозрачной среде, содержащей все необходимые для роста компоненты. В такой среде легче анализировать поведение растений, поскольку среда прозрачная и можно контролировать состав получаемых растением питательных веществ. Такие исследования действительно внесли значительный вклад в изучение растений, но в данной системе остается упомянутая выше проблема. При такой постановке эксперимента корни почти всегда остаются на свету, а это совершенно неестественно для растений и, понятное дело, вызывает у них стресс. При выращивании растений в геле корни растут чрезвычайно быстро, безуспешно пытаясь скрыться от раздражающего источника света. Этот быстрый рост обычно приписывают хорошему здоровью растения, поскольку, исходя из логики экспериментаторов, процветающее растение дает больше корней. Однако на самом деле все наоборот: корни растут быстро, поскольку пытаются убежать. Здравый смысл подсказывает, что корням нужно находиться в темноте, а не на свету, как листьям.

Но к темноте стремятся не только корни. В строго определенное время года даже надземные части некоторых растений «закрывают глаза»: осенью многие листопадные деревья сбрасывают листья. Но ведь в листьях сконцентрировано основное множество светочувствительных рецепторов растений, где осуществляется фотосинтез. Что же происходит с растением, когда с него облетают листья? Точно то же самое, что происходит с животным, когда оно закрывает глаза: оно отдыхает.

Листопадные растения типичны для климатических зон со сравнительно холодными зимами. В тропиках и субтропиках с мягким климатом и постоянным количеством солнечного света листопадные растения не встречаются. Здесь преобладают вечнозеленые растения. Но в регионах с умеренным или континентальным климатом смена жаркого летнего и холодного зимнего сезонов влияет на поведение растений точно так же, как и на поведение животных. Мы знаем, что там, где зимы особенно холодные, некоторые животные впадают в спячку, что позволяет им пережить холод и недостаток пищи. Сон – очень эффективный способ преодолеть трудное зимнее время. Он насколько эффективен, что растения избрали ту же стратегию. При наступлении первых холодов листопадные растения начинают терять листья – самую чувствительную и подверженную замерзанию часть организма – и впадают в зимнюю спячку. В мире растений этот периодический сон, защищающий организм от неприятных климатических воздействий, называют «покоем», однако суть этого состояния в точности такая же, как зимняя спячка в мире животных. Растения замедляют свой жизненный цикл, «закрывают глаза», спят всю зиму и просыпаются весной, формируя бутоны и новые листья, которые «открывают глаза».

Обсуждая проблему зрения у растений, мы обязательно должны упомянуть Готлиба Хаберланда (1854–1945), теории которого взбудоражили научный мир в середине прошлого века. Этот великий австрийский ботаник выдвинул гипотезу, которую не смог проверить экспериментальным путем: он предположил, что клетки растительного эпидермиса функционируют как настоящие линзы, позволяя растениям различать не только освещенность, но и форму предметов. Ученый считал, что растения используют эпидермальные клетки точно так же, как мы используем роговицу и хрусталик глаза, чтобы получать реальные изображения окружающих предметов.

Интригующая гипотеза Хаберланда до сих пор остается непроверенной, так что мы пока не можем утверждать, что растения способны распознавать форму предметов, хотя, безусловно, чувствительны к свету и обладают своеобразным зрением. Но когда речь заходит об обонянии, мы вынуждены признать, что, как это ни странно звучит, растения обладают весьма чувствительными «носами». Конечно же, мы не говорим о таких же органах чувств, как у нас с вами. Чувствительность растений не сконцентрирована в определенной части организма, и, если мы чувствуем запах только носом, растения делают это всем существом.

Чтобы почувствовать запах, мы вдыхаем носом воздух, который проходит через обонятельный канал, выстланный рецепторами химических веществ. Эти рецепторы захватывают присутствующие в воздухе молекулы и посылают соответствующие нервные сигналы с информацией о запахе в головной мозг. Обонятельная активность растений распределена по всему организму: представьте себе, что у нас не один нос, а миллионы крошечных носов во всем теле. От корней до листьев растения состоят из миллиардов клеток, на поверхности которых часто имеются рецепторы для летучих веществ, способных запускать серию информационных сигналов во всем организме. Представьте себе эти рецепторы в виде разнообразных замочков, расположенных на поверхности клеток, а запахи – в виде разнообразных ключей. Каждый замок открывается при контакте с правильным ключом, и в результате запускается механизм распространения обонятельной информации.