100 великих тайн из жизни растений

Пожалуй, наиболее знаменитое и самое буйное из стреляющих растений – вечнозеленое тропическое растение Hura crepitans. Когда его семена созревают, оно выбрасывает их на добрых 60 метров!

Природные насосы

Деревья – это гиганты, возвышающиеся над такими карликами, как мы. Для дерева его высота часто означает ключ к успеху, поскольку высокое дерево вырывается из тени, падающей от соседей, и получает прямой доступ к солнечному свету. Но через несколько десятилетий непрерывного роста деревья останавливаются. Почему же, захотели узнать биологи и экологи, деревья, достигнув некоей высоты, не стремятся стать выше?

Вопрос роста деревьев – не просто академический. Мы выбрасываем в атмосферу миллиарды тонн двуокиси углерода и не можем предсказать, как на это отреагирует Земля и организмы, ее покрывающие. Одним из главных неведомых вопросов здесь является такой: как избыточный углекислый газ (основной ингредиент фотосинтеза) повлияет на рост растений? Будет ли газ стимулировать их рост и станут ли растения поглощать больше газа – возможно, столько, чтобы свести на нет глобальное потепление? Ответом на эти вопросы может стать то, насколько высоко деревья способны расти.

При фотосинтезе дерево использует энергию солнца, бьющего своими лучами по листьям, чтобы соединить воду, углекислый газ и минеральные вещества и обратить их в углеводы. Вода также нужна для переноса питательных веществ, терморегуляции и поддержки тканей в здоровом состоянии. Эта драгоценная жидкость впитывается корнями дерева и затем препровождается к стволу и веткам через систему узких трубочек.

Каждый лист покрыт крошечными порами, через которые углекислый газ входит, а вода испаряется

Каждый лист покрыт крошечными порами, через которые углекислый газ входит, а вода испаряется. Молекулы воды притягиваются друг к другу, и, когда часть воды испаряется с листа, оставшийся запас «подтягивает» влагу снизу. Таким образом, создается сила, тянущая вверх. За счет ее вода и проходит весь путь от земли до листа. Когда влага входит в лист, а с него уходит в воздух, в трубочках растет давление, заставляющее корни втягивать больше воды из земли.

Хотя одна пора может оказать лишь крошечное влияние на состояние воды внутри дерева, все поры на всех листьях в совокупности создают гигантскую силу, которая способна перемещать сотни литров воды вверх по дереву. И самое интересное, что дерево не прикладывает ни малейших усилий к тому, чтобы эта гидравлическая система действовала: испарение (вызванное солнечной энергией) само делает всю работу.

Но этот изумительный инженерный подвиг не свободен от риска. Чем суше воздух, тем с большей силой вода испаряется из пор листьев. В то время как испарение тянет столб воды вверх, сцепление между молекулами отвечает сопротивлением, заставляя воду растягиваться, как резинка. Если сила, вытягивающая воду из дерева, значительна, то столб может лопнуть, как та же резинка. В результате – разрыв, принимающий форму пузыря.

Хотя ботаники мало знают об этом пузыре (сложно изучать что-либо внутри дерева), они совершенно уверены, что для дерева он является проблемой. До тех пор пока разрыв не заделан, дерево не может прокачивать воду и втягивать ее корнями. Ученые исследуют этот процесс, но до конца его еще не понимают.

Биологи Барбара Бонд из университета штата Орегон и Майкл Райан из Лесной службы США, изучающие эту проблему, считает, что деревья развили приспособление, которое не дает столбу воды разорваться. Когда натяжение, которое создается при испарении, превышает некий предел, часть пор на листьях просто закрывается, и тем самым сила испарения уменьшается.

Риск разрыва сильнее у больших деревьев, чем у маленьких, по словам Бонда и Райан, потому что столбы в больших деревьях длиннее и таким образом в них и «гидравлическое сопротивление» выше (по физическим законам, сопротивление растет с увеличением длины). Это сопротивление плюс большая гравитация, действующие на воду внутри дерева, заставляют его применять огромные силы для вытягивания воды из земли.

Бонд и Райан нашли несколько косвенных доказательств этого риска, наблюдая за поведением пор на листьях и у высоких, и у низких деревьев. Утром, когда воздух начинается согреваться восходящим солнцем и его влажность падает, растет сила испарения, действующая на листья деревьев. Постепенно деревья всех ростов закрывают свои поры, но высокие деревья делают это раньше низких.

Хотя высокие деревья обеспечивают себе некоторую защиту от разрыва, закрывая поры, они и платят за это высокую цену. Закрытые поры не могут поглощать воздух. Без углекислого газа фотосинтез останавливается, а без фотосинтеза дерево не может расти. То, когда точно достигается этот рубеж, зависит от физиологии дерева и его окружающей среды. Бонд и Райан думают, что не случаен, например, тот факт, что самые высокие деревья в мире, секвойи, буквально утопают в туманах, приходящих с Тихого океана. Во влажном воздухе, как считают биологи, деревья не теряют воду так быстро и могут дольше держать поры открытыми, и, соответственно, дольше будет длиться фотосинтез. Но даже для этих гигантов есть предел. Раньше или позже каждое дерево сдается и прекращает расти, чтобы не умереть от жажды.

Рождающие дождь

Деревья, проливающие дождь каждый раз, когда требуется поливка, были бы приятным добавлением к современным садам. Но ведь такие деревья существуют!

Имеется много сообщений о деревьях, рождающих дождь, – и вполне заслуживающих доверия, и явно мифических. Часто дело объяснялось скоплением брызжущих влагой насекомых. Но, с другой стороны, иногда деревья выделяют значительное количество влаги и при полном отсутствии насекомых.

Наиболее прославленное из исторически засвидетельствованных дождевых деревьев – дерево, которое две тысячи лет назад считалось единственным источником пресной воды на Йерро, самом западном из Канарских островов. Английский ботаник М. Хатчинсон пишет: «Канарские острова, по-видимому, были известны самым древним мореплавателям – финикийцам и карфагенянам – задолго до нашей эры, точно доказано, что римские мореходы побывали там в царствование Юбы II, царя Мавритании, примерно в 25 году до нашей эры. Римляне считали эти острова западной границей мира, и Плиний описывает их, опираясь на сведения, полученные от Юбы, и, в частности, он упоминает дерево, дающее воду. Считается, что это дерево с Йерро должно было принадлежать к семейству лавровых (Oreodaphne foetens). Росло оно в горном ущелье и, хотя в дневную жару поникало, за ночь успевало сконденсировать достаточно атмосферной влаги, чтобы напоить весь остров. Под этим благодатным деревом был устроен каменный колодец для сохранения воды. Испанское его название el garve».

В начале XVII века это дерево было настолько знаменито, что его изображение служило фронтисписом ботанических трактатов того времени.

Дело в том, что у этой легенды есть некоторая фактическая основа. Протяженность вечнозеленых влажных лесов на Канарских островах в значительной степени определяется поясом облаков, которые держатся на горах; конденсируясь на листьях растений, они обеспечивают их влагой; поэтому сохранение лесного покрова жизненно важно для водного снабжения островов. Примером этому может служить лес Лас Мерседас на острове Тенерифе. Вне лесистых районов Канарские острова в значительной степени представляют собой полупустыню.

Конденсирующаяся влага каплями стекает с листьев, и земля под деревом увлажняется. У. Палмер и Р. Питмен объясняют: «В теплых влажных областях листья деревьев иногда словно «источают дождь». Это происходит тогда, когда корни всасывают столько влаги, что дерево не способно освободиться от ее излишка путем нормального испарения. Вода ищет выхода, и ее избыток удаляется через специальные отверстия – гидатоды, – обычно расположенные по краям листьев. В сухих областях это явление никогда не наблюдается. Возможно, некоторые из южноафриканских дождевых деревьев, особенно на севере и северо-востоке, дают воду именно таким способом».

К. Долзил, описывая африканское хлебное дерево, говорит, что «в течение всего сухого сезона почва под деревом остается влажной благодаря конденсации». Ф. Фэрчайлд писал: «Увидеть, как дерево проливает дождь, мне довелось в Оротаве. Темный вулканический берег был засажен тамариндами, и по вечерам с их обвисающих веточек капала солоноватая вода. Это был сконденсировавшийся морской туман».

У. Блоссфелд рассказывает, что в Бразилии австралийская казуарина конденсирует влагу на концах своих веток, и добавляет, что в округе Сан-Паулу почва возле этого дерева всегда бывает влажной. А потому на плантациях ванили, чтобы затенять их, сажают именно это дерево.

У. Палмер и Р. Питмен еще более запутывают вопрос о дождевых деревьях следующим сообщением: «Известны случаи, когда время от времени и другие виды растений в Южной Африке проливали дождь, причем причины этого не всегда были ясны. Например, прекрасный экземпляр Acacia karroo в ботаническом саду Претории несколько недель подряд создавал легкий влажный туман. Капельки этой влаги были абсолютно безвкусными, как вода, и, по-видимому, не выделялись насекомыми. Во всяком случае, энтомологи не обнаружили присутствия никаких насекомых. Причина так и осталась невыясненной, а дерево с тех пор ни разу не давало дождя».

Пейзаж острова Йерро

Пожалуй, наиболее сомнительное, а потому и наиболее известное из дождевых деревьев – это южноамериканский саман, отличающийся очень густой и раскидистой кроной. «Древесный дом» в диснеевском фильме «Швейцарские робинзоны», снятом в 1960 году, был построен именно на гигантском самане, который растет на острове Тобаго. Высота этого дерева 60 метров, а диаметр кроны достигает 75 метров.

Споры вокруг способности этого дерева давать дождь возникают потому, что его влага появляется, вероятно, отчасти благодаря конденсации, а отчасти благодаря деятельности насекомых. Макмиллан придерживается первой точки зрения: «Небольшие перистые листья, которые днем образуют плотный тенистый балдахин, на ночь закрываются, так что в засушливые месяцы под ним остается участок зеленой травы, хотя вокруг вся земля потрескалась и побурела. Отсюда возникло предположение, что дерево таинственным образом проливает ночью дождь, чем и объясняется его название «дождевое дерево». Эрнст писал об этом дереве: «В апреле молодые листья все еще очень нежны и прозрачны. Весь день, даже в самую сухую погоду, под деревом висит тонкая водяная пыль, так что почва вокруг – сильно окрашенная охристая глина – заметно увлажнена. По мере развития листьев это явление становится менее выраженным и исчезает совсем, когда их рост заканчивается».

Он считает, что этот дождь представляет собой выделения желез, помещающихся во влагалище листа. Обычно влагалище покрыто капельками жидкости; если их удалить с помощью промокательной бумаги, они вскоре появляются вновь.

Другие ботаники, ознакомившиеся с водяной пылью под саманом, соглашаются с объяснением, предложенным С. Спрусом: «Тамиа-каспи, или дождевое дерево восточной части перуанских Анд, – это не легенда; оно действительно существует, хотя и не совсем отвечает тому представлению, которое создалось о нем у широкой публики благодаря всяким россказням. Впервые я наблюдал это явление в сентябре 1855 года, когда жил в Тараполе, в нескольких днях пути на восток от Мойобамбы. В начале восьмого мы вошли под крону невысокого раскидистого дерева, где моросил небольшой дождь, хотя в небе не было ни единого облачка. Поглядев вверх, я обнаружил множество цикад, высасывающих сок из молодых побегов и выбрасывающих тонкие струйки прозрачной жидкости. Двум моим проводникам-перуанцам это явление было не внове. Они знали, что едва ли не любое дерево, если почти всеядные цикады находят на нем какую-то пищу, может стать «тамиа-каспи» – дождевым деревом. Данное дерево, судя по его листьям, принадлежало к акациям. Среди деревьев, на которых я видел цикад, имеется и близкий родственник акаций, очень красивый Phitecellobium saman».

Ту же историю, но в менее научных выражениях, поведал за сто лет до этого О. Кокберн: «Вблизи гор Вера-Пас в Гватемале мы вышли на большую равнину, где паслись красивые олени. Посреди нее высилось огромное дерево, широко раскинувшее ветви. Мы еще издали заметили, что почва под ним влажная, и несколько удивились, так как нам было хорошо известно, что последний дождь прошел тут почти полгода назад. В конце концов, к чрезвычайному своему изумлению, мы обнаружили, что вода быстро капает, так сказать, дистиллируется из кончика каждого листа».

Б. Кук приводит газетную статью 1877 года, содержащую сообщение американского консула в Мойобамбе, где «как говорят, некое дерево поглощает и конденсирует атмосферную влагу с необыкновенной энергией. Утверждают даже, что вода часто сочится из его ствола и падает дождем из веток, причем в таком количестве, что земля под ним превращается в настоящее болото. Особенно сильно это его свойство проявляется в летние месяцы, когда реки пересыхают и воды становится мало, а потому некоторые предлагают сажать это дерево в засушливых областях Перу, где оно принесло бы значительную пользу земледельцам».

Г. Расби писал в 1926 году о дождевом дереве в Боливии: «Члены экспедиции Медфорда 1921 года наблюдали следующее весьма необычное явление: в абсолютно ясный день под ярким полуденным солнцем с веток дерева шел обильный дождь. Это дерево стояло на сухом открытом пригорке возле дороги, и вокруг почти не было других деревьев. Дождь шел непрерывно и ровно, и стук капель походил на стук капель небольшого летнего ливня. Этот дождь был настолько силен, что у человека, постоявшего под деревом несколько минут, одежда промокала насквозь. Величиной это дерево было с большую дикую вишню. Поскольку влезть на него не представлялось возможным, его пришлось срубить, и выяснилось, что причиной дождя были бесчисленные гнезда гусениц, прилепившиеся ко всем развилкам веток и веточек. Величина этих гнезд была самой разной – от 30 сантиметров и более, но главная их особенность заключалась в том, что они были наполнены водой, в которой плавало множество гусениц. Вода, по-видимому, высасывалась из коры дерева в том месте, где к ней прикреплялось гнездо. Невооруженным глазом на этих участках коры отверстий обнаружить не удалось, а у экспедиции не было времени для подробного исследования этого явления. Дерево было покрыто цветочными бутонами, а взятые образчики позволили определить его как Lonchocarpus pluvialis».

Ботаник Ю. Барон, исследовавший Мадагаскар, писал: «Leptolaena pauciflora – дерево с твердой древесиной, из ствола и веток которого в определенное время года непрерывно капает вода в таком количестве, что земля под ним становится совсем сырой. Это явление связывают с живущими на дереве полужесткокрылыми, скопления которых обычно окружены слизистой жидкостью».

На исследователя Африки Давида Ливингстона эти маленькие насекомые произвели очень сильное впечатление, но он ошибочно полагал, что они извлекают воду из атмосферы. Он наблюдал это явление в основном на различных африканских фикусах.

И, наконец, наша обыкновенная береза в период движения сока вполне может называться дождевым деревом. Мелкие капли сока капают с ее веток, когда пригревает весеннее солнце.

Ряска: хлеб, плавающий на поверхности воды

Уже один вид этих растений – мелкая россыпь зеленых катышков на поверхности пруда – не вызывает аппетита. Если бы вы только знали, сколько в них протеинов и витаминов!

В последнее время это растение привлекает ученых особенно.

Ряска – это хлеб, или – лекарство, плавающее на поверхности воды, или – лучшее моющее средство. Всё так и есть: ряской можно питаться; она очищает от загрязнения воду и почву и даже поможет справиться с коровьим бешенством. Отправляясь в дальний полет, космонавты могли бы взять с собой ряску как добавку к завтраку в тюбике.

Ряска – это новая культура XXI века. Значит, скоро наши пруды станут продолжением полей и огородов, что при дефиците пахотной земли не так уж плохо…

Трудно представить, чтобы ряска завелась в спортивном бассейне. Сонный пруд в отдаленном лесу – вотчина этого неприхотливого растения. Встречается почти по всему земному шару, расселяется в стоячих и медленно текущих водах. Лишь соленая вода не по ней.

Округлые зеленые пластинки (их называют листецами), плавающие на поверхности водоема, застилают его ковром. В семействе рясковых насчитывают от десяти до тридцати семи (по мнению немецких ботаников) видов. В Европе встречается пять. В России можно встретить ряску трехдольную, маленькую или горбатую. Последнюю назвали так за листья, слегка выгнутые вниз.

Ряска – это хлеб, лекарство и моющее средство

Самый маленький вид европейской ряски – бескорневая. Ее диаметр – около миллиметра. Меньше ее лишь одно цветковое растение – тоже ряска, только живущая за пределами Европы.

Для насекомых и рыб листецы ряски – тенистый свод, который укрывает их от солнца.

Что отличает ряску, так это ее удивительная плодовитость. Правда, цветет она редко и нерегулярно, зато размножается вегетативно, ветвлением листеца. Плодиться для нее – как делиться на клетки. На боковой стороне ее листка есть два углубления – кармашки, откуда выходят новые листья. В идеальных условиях численность ряски может удвоиться всего за два дня. А за месяц из одного-единственного листа может вырасти 32 768 листьев!

Рекордная плодовитость привлекает к ряске внимание ученых. В некоторых лабораториях сейчас идут интересные эксперименты. Попробуем подробнее рассказать, для чего нам может понадобиться ряска.

Век XXI лишь начался, а науками этого столетия уже провозглашают генетику, астрономию, космологию. Нет сомнения, что одно из первых мест в этой иерархии займет экология. Достаточно полистать проспект любой выставки творчества молодых ученых – почти треть работ посвящена очистке, утилизации, обеззараживанию огромной свалки, в которую превратилась наша планета всего за каких-то сто лет. Индустриализация дорогого стоила: на несколько поколений вперед люди обречены стать уборщиками.

Прежде чем вредные вещества, например тяжелые металлы, попадут в организмы людей или животных, ими успевают пропитаться вода и почва. Яд растекается по нижним звеньям пищевой цепи – растениям.

Долгое время качество воды и почвы проверяли при помощи химического анализа. Однако у этого метода есть один недостаток: химический анализ не укажет, насколько опасна смесь разных ядов. В этом отношении важнее биологические тесты. Их можно проводить при помощи растений – своего рода часовых, которые первыми принимают на себя удар ядов. Одним из таких растений-индикаторов и может стать ряска.

Почему она так приглянулась экологам? В ряске особенно ценно то, что она – настоящий боец, ею можно очищать загрязненные водоемы. Она быстро разрастается и поглощает в больших количествах азот и фосфаты. Вот почему лесные пруды так затягиваются ряской: в воде много палой листвы; разлагаясь, она выделяет азотистые соединения – питательную среду для ряски. Остатки удобрений и навозной жижи тоже усваивает ряска. По отзывам специалистов, она превращает грязную воду в техническую и даже питьевую. А последней на нашей планете становится все меньше.

Теперь из царства химии спустимся на кухню.

В природе ряска служит кормом многим обитателям водоемов – и особенно уткам. В Юго-Восточной Азии ею испокон веков кормят скот. С недавних пор ее стали собирать на пропитание сельскохозяйственным животным в США, Египте и Польше. Возможно, в будущем ряска станет одной из кормовых культур.

Мало того, ею могут лакомиться не только кряквы и огари, но и люди. Химический анализ показал, что ряска содержит больше белка, чем соя. В ней есть сахар, крахмал, минеральные вещества, а бета-каротина (витамина А) здесь больше, чем в моркови.

Возделывание ряски было бы крайне выгодно – уж очень урожайная эта культура. Рекорд удерживает вид ряски, произрастающей в тропиках: из одного грамма листвы всего за неделю вырастает 64 грамма. Для сравнения: кукуруза приносит в среднем всего два-три грамма зерен в неделю. При этом ряска занимает гораздо меньше места. Чтобы вырастить одно и то же количество ряски, кукурузы и сои, нужно в пять раз больше посевной площади для кукурузы и в десять раз больше для сои, чем для ряски.

А в некоторых странах Юго-Восточной Азии ряска уже украшает обеденные столы (ее называют «водяными яйцами»). Индейцы майя, как гласят летописи, тоже выуживали из прудов ряску для еды.

В средневековой Европе из ряски готовили даже эликсир. Если смешать ее с… корицей, имбирем, медом и вином, то эта настойка не только улучшит вкус, но и выведет из организма яды и другие накопившиеся в нем вредные вещества. Значит, люди уже сотни лет назад знали целительную силу ряски.

В последние годы вновь вспомнили о старинных кулинарных рецептах. Так, в голландском местечке Баарло вот уже пару лет ряску разводят для гурманов. Инициатором стал местный химик и математик. Вот его рецепт: «Ряску употребляют в пищу свежей, не отваривают – так же, как кресс-салат или побеги растений. Ею посыпают салаты и овощные блюда. Посетителям известных ресторанов блюда из ряски пришлись по душе. Вкус ее довольно нейтральный и немного напоминает кресс-салат». Впрочем, министерство здравоохранения Нидерландов пока не дало согласия на широкое использование новой «кладези витаминов».

И все-таки, возможно, ряска уже в ближайшем будущем пополнит меню вегетарианцев и любителей экзотики. Со временем она даже может отправиться в долгое космическое путешествие. Ведь когда-нибудь перед покорителями Марса встанут вопросы: «Чем питаться во время столь долгого путешествия (а оно продлится более полугода)? Что заменит животные протеины?»

Так что брать в дорогу? Уже давно ученые особо тщательно просматривают кулинарные книги. Чего только они не предлагали: и отправить в ракете с космонавтами куриную стаю, и разводить в космосе рыб; глазу приятно и на вкус хорошо. Однако вновь всплыли неразрешимые вопросы. Куда девать сор от кур? Чем кормить рыб? Как насыщать воду кислородом?

Один немецкий биолог предложил оригинальную схему симбиоза. Ее составили рыбы, ряска и отдельные бактерии. Ряска выделяет кислород и служит пищей для рыб. Продукты выделения рыб служат удобрением, ускоряющим рост ряски. Бактерии поддерживают нормальное течение этих процессов. В этот замкнутый мирок иногда вмешиваются космонавты, чтобы выудить оттуда не только рыб, но и ряску – вот и полезное разнообразие к рациону из тюбиков. «В конце концов люди начнут заселять космос, и тогда не обойтись без аквакультурных ферм на борту космического корабля», – утверждают ученые. Без скромной ряски, по их словам, до Марса не долететь. Эта пищефабрика уже не раз испытывалась в космосе.

Впрочем, ряска найдет применение и на Земле. В странах третьего мира голодают миллионы людей. Справиться с голодом поможет открытие новых источников пищи. Одним из них может стать ряска – растение, для которого не нужно и клочка земли.