Детский университет. Исследователи объясняют загадки мира. Книга третья

Штойернагель Улла

Клетки очень маленькие, но устроены сложно. Внешняя оболочка клетки – мембрана, защищает ее; в центре клетки находится ядро, центр управления клетки, в котором хранится наследственная информация. Любой живой организм представляет собой мозаику из очень маленьких кусочков; эти кусочки и есть клетки, с самыми разнообразными задачами. Рост – это процесс умножения клеток: каждая клетка делится пополам. Вначале делится генетический материал, потом – ядро, и только после этого вся клетка разделяется посередине. Так образуются две новые клетки, которые постепенно достигают размера исходной. Обе клетки содержат одинаковую наследственную информацию и обладают одинаковыми свойствами.

ВНУТРЕННИЕ

ЧАСЫ

Как растения узнают, какое сейчас время года и суток? С помощью внутренних часов. Конечно, суперточными эти часы не назовешь – они требуют ежедневной настройки на солнце. Вечером у многих растений листья складываются, а цветки закрываются. Но если бы жизненные ритмы растений зависели только от солнца, то искусственные освещение или затемнение могли бы сбить их с толку. А этого не происходит.

Вернемся к нашему семечку, но рассмотрим его теперь подробнее. Оно уже содержит в себе все, что потом будет присуще взрослому растению, но как бы в миниатюре. Внутри семени находится зародыш (его легко увидеть, например, в разрезанном семечке арахиса или фасоли). Семечки с зародышем внутри покидают родительское растение. Иногда им помогает в этом ветер, типичный пример – одуванчик. Каждое его семечко снабжено маленьким «парашютом», благодаря которому семечки разносятся ветром. Некоторые семена просто падают на землю, как в случае с созревшими яблоками. Другим приходится совершать полное опасностей и лишений путешествие через кишечник животного. Например, для маслины нужно, чтобы ее плод съела коза. Мякоть усвоится организмом, а косточка, целая и невредимая, через какое-то время окажется на земле, да еще и с порцией питательного удобрения – козьего навоза.

Как семена узнают, куда им расти?

Если семя попало на влажную рыхлую землю, то первое, что оно сделает, перед тем как прорасти, – как следует напьется. Семена вообще очень много пьют. Если растения на две трети состоят из воды, то в семенах ее от силы пятая часть. Поэтому им требуется много влаги. Напитавшись водой, зародыш под кожицей семени набухает и пускает ростки. Кожица лопается, как слишком тесное платье. Через трещинки с одной стороны пробивается корешок, а с другой – почка, которая станет стеблем. Росток с почкой чуть изогнут книзу, чтобы защитить сложенные в ней листочки.

ДОЛГОИГРАЮЩИЕ СЕМЕНА

Семена крайне жизнеспособны. Даже если пакетик с семенами провалялся без дела несколько лет, из этих семян вполне можно вырастить красивые цветы. Самому старому семени, которое удалось прорастить, было 1300 лет. Самые большие семена дает сейшельская пальма. Ее орехи достигают полуметра в диаметре и весят до 20 кг. Созревают эти орехи в течение десяти лет.

После того как росток, который позднее станет стеблем, пробился сквозь кожицу семени, он устремляется к свету. Путь, который ему придется проделать в темноте, не должен быть слишком длинным, иначе у молодого побега не хватит на него сил, ведь до сих пор он питался только теми запасами, которые были заложены в семени. И хотя росток в земле знает о свете не больше, чем младенец в утробе матери, он все равно тянется к свету. Ему помогает ориентироваться что-то вроде инстинкта. Каждое растение с самого начала знает, в какую сторону расти, чтобы попасть к свету, и как добыть питательные вещества в почве. Каждое растение различает свет и темноту. Поэтому стебель быстро тянется вверх. И лишь когда бледный тоненький стебелек пробьет почву, он распустит листочки и приобретет насыщенный зеленый цвет.

Сегодня мы уже уверены в том, что растения могут «видеть», ведь они безошибочно определяют, где верх, а где низ. Чаще всего им приходится расти очень неудобно, вверх, то есть вопреки силе тяжести. Но даже самые нежные цветы мужественно сопротивляются притяжению Земли.

Это очень просто проверить на любом комнатном растении. Нужно всего лишь положить горшок набок. Теперь стебель растет не вверх, а вбок. Но вскоре он изогнется и снова возьмет вертикальный курс. Как это у него получается? Внутри стебля проходит множество трубочек и канальцев, по которым циркулируют необходимые для жизни растения вещества. По одним они поднимаются от корней вверх, к листьям, по другим – опускаются вниз. Но в лежащем на боку растении вещества будут перемещаться вправо и влево. Одно из них – ростовое вещество, которое отвечает в том числе и за направление роста. Оно опускается к корням, накапливается, а затем как фонтан бьет наверх. Если растение лежит на боку, то в нижней части стебля ростового вещества окажется больше. А там, где его больше, и рост будет более интенсивным. Это видно уже по самому изгибу – с его нижней стороны стеблю нужно пройти большее расстояние. В конце концов равновесие восстановится, и стебель вновь станет расти прямо вверх. Неужели после этого у кого-то поднимется рука опять крутить горшок и мучить растение?

ЗРЯЧИЕ РАСТЕНИЯ

Для тех, кто не верит, что растения могут «видеть», проведем эксперимент. Возьмем горшок с молодым побегом и поставим его в темную комнату. Рядом с ним зажжем свечу. Через некоторое время росток изогнется в сторону света. Но если прикрыть растение темным колпачком, то есть закрыть его верхушку, то оно не будет обращать внимания на свет и продолжит расти строго вверх. В этом случае растение просто не «увидит» света от свечи, поскольку его «глаза» находятся на самой верхушке побега.

Ученые долгое время не знали, что в растениях столько всего происходит. Они наблюдали за ростовым веществом – ауксином. Напрямую его увидеть невозможно, и они использовали обходной путь: окрашивали ауксин в синий цвет, а потом следили за перемещением синего пятна. Теперь мы знаем, что ауксин – это небольшая молекула, которая производится в листьях растения, а затем, благодаря малюсеньким насосам, передвигается от клетки к клетке. И сам ауксин, и направление его движения определяют внешний вид растения: будут ли у него зубчатые листья, как у клена, перистые, как у ясеня, или в форме сердца, как у липы.

Фокусы в зеленом цвете

Ученые и сегодня до конца не понимают, почему у одних растений листья сердцевидные, а у других – зубчатые. Зато ясно, почему одни листья большие и плоские, другие, наоборот, свернуты в трубочку и острые, как у кактусов. В частности, на размер и форму листа сильно влияет климат. Листьями растения улавливают солнечный свет и через них же выделяют ненужные вещества. К тому моменту, когда молодое растение раскрывает листочки, оно уже израсходовало запасы, которые получило из семечка, и теперь ему надо самому обеспечивать себя энергией. А поскольку растения, как правило, на охоту не ходят и прочно держатся корнями за землю, им нужен по-настоящему надежный источник энергии. На который можно рассчитывать всегда, в крайнем случае с короткими перерывами. Таким высоким требованиям отвечает лишь один источник – солнце, тем более что природа предоставляет его даром.

Растение как будто создано специально для того, чтобы использовать солнечный свет – ведь оно без всякой подготовки совершает с его помощью удивительные метаморфозы. Жаль только, что эти фокусы нельзя увидеть невооруженным глазом. Фотоаппарат нам здесь тоже не поможет, хотя сам фокус и называется «фотосинтез». В переводе с греческого это слово означает «образование веществ на свету».

ЗЕЛЕНЫЕ ФАБРИКИ

Лист только кажется нам сплошь зеленым. На самом деле его зелень прерывается бледными вкраплениями, которые можно разглядеть в сильный микроскоп. Это границы хлоропластов. На один квадратный миллиметр листа приходится около 100 000 хлоропластов, а в каждой клетке растения хлоропластов от 30 до 40. Конечно, человеческий глаз не различает такие крохотные элементы и видит всю поверхность листа как сплошную зелень.

Давайте представим, что иллюзионист надумал показать фокус с фотосинтезом, чтобы объяснить нам, что это такое. Для начала он оденется во все зеленое и выйдет на открытое солнце. Но сколько бы он ни стоял, ничего не произойдет, разве что наш фокусник сильно вспотеет. Зато он ощутит, сколько в солнце энергии, то есть тепла. Во второй попытке он станет действовать умнее. Поскольку люди состоят из других клеток, чем растения, наш фокусник наденет на себя костюм с фотоэлементами – попытается хоть немного походить на растение. Фотоэлементы умеют преобразовывать солнечную энергию в электричество. И если панель с фотоэлементом соединить с приводом, поставить, например, на скейтборд и выставить всю конструкцию на солнце, то через некоторое время доска сорвется с места без всякого бензина, движимая одной лишь солнечной энергией.