Органы чувств растений

Главы из книги

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.

Пример с чувством равновесия растений довольно показателен. Мы видим, что действие силы тяжести воспринимается практически всеми органами растения. И корень, и стебли, и листья определяют направление тяготения каждый сам для себя. Но растут при этом абсолютно согласованно, образуя единый, взаимосвязанный организм.

Теперь давайте поговорим о восприятии растениями света. Вряд ли кто-то сомневается, что свет является важнейшим фактором, влияющим на рост растений. Не будем забывать, что растения, фигурально выражаясь, «питаются светом», и в процессе эволюции они должны были выработать надёжные и эффективные механизмы оценки освещённости. Конечно, скорее всего, растения не могут воспринимать зрительные образы, видеть очертания предметов. Для этого необходим мозг. Да и зачем им это? Зато чувствительность растений к световому воздействию намного превышает нашу.

К сожалению, до сих пор мы знаем далеко не всё о том, как и чем, какими органами растения воспринимают свет. Мы видим реакцию растений на освещение или на затенение. Знаем множество закономерностей, по которым растения реагируют на свет. Например, мы знаем, что долгое освещение слабым источником света даёт тог же эффект, что и сильная, но кратковременная вспышка. Мы знаем, что, освещая растение с двух противоположных сторон, мы заставим его изогнуться в сторону более сильного источника света. Но как растение видит свет, какими своими органами воспринимает его, до сих пор не известно. Мы можем выдвигать лишь более-менее правдоподобные гипотезы, как и предложения об истоках человечества.

Как и в случае с чувством равновесия, растения воспринимают свет буквально всеми живыми клетками своего тела. Корни в процессе роста стараются спрятаться от света. Листья же большинства растений, наоборот, стараются расположиться так, чтобы быть максимально освещёнными. В этом им помогают и стебель, и побеги. 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. Как будто какой-то центральный орган, после бурного совещания с руководителями отделов, вырабатывает «генеральную линию», которой впоследствии все строго придерживаются.

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».

Но, к сожалению, снова мы должны сказать, что ещё очень много неясного в том, как происходят в растительной клетке подобный химический анализ и синтез необходимых веществ.

Точно так же, как 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. Такие факты приводит в своей книге «Движение у растений» Рейн-хольд Вейнар. В общем, тут явно есть над чем ещё подумать.

Попробуем подвести некоторые итоги.

Во-первых, 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.

Во-вторых, несмотря на малую изученность механизмов работы органов чувств растений, очевидно, что ответы на эти вопросы надо искать в законах функционирования живой растительной клетки.

В-третьих, хотя 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.

В-четвёртых, ясно, что существует механизм, определяющий степень важности и приоритет различных сигналов, поступающих от миллионов клеток и определяющий дальнейшие действия растения как целого организма.