Умные растения

Арцт Фолькер

Трудно представить, как это происходит. Но у Харша Бейса нашлись точные документальные подтверждения, а также потрясающие «фотодоказательства». Вот краткое изложение событий.

Листья резуховидки Таля заболевают. Возбудители болезни — бактерии псевдомоны. Они вызывают мягкую бактериальную гниль, и уже через несколько дней листья арабидопсиса желтеют. Если, конечно, он бездействует.

Однако чаще всего арабидопсис наказывает обидчиков, посылая сигнальные вещества в корни, которые, в свою очередь, производят яблочную кислоту, а затем переправляют ее в почву. Кислота служит сигналом для почвенных бактерий бациллус субтилис (Bacillus subtilis) — их также называют сенными палочками. Целое войско этих организмов отправляется в путь. Обросшие жгутиками палочки плывут навстречу питательной

яблочной кислоте и тонкой пленкой облепляют корни растения. Обычно это незаметно, однако Харш Бейс и его коллеги заставили бактерии светиться и таким образом смогли их сфотографировать.

Бациллус субтилис — почвенная бактерия с хорошей репутацией. Фермеры и садовники часто насыщают этими палочками почву, так как они производят антибиотики и целый ряд веществ, укрепляющих защитную силу растений. Как именно это происходит, до сих пор точно не известно. Однако в случае с резуховидкой Таля действие сенной палочки нельзя не заметить: мягкая гниль остановлена. Вещества, производимые «хорошей» почвенной бактерией, попали в корни, а затем и в листья, победив «плохие» организмы.

Похоже, жизнь в двух мирах — это вовсе не плохо. Из каждого можно взять лучшее. Однако в каждом из миров нужно еще утвердиться, победив не только вражеские организмы, но и растущую конкуренцию среди собратьев.

Размолвка между соседями

Растения не ссорятся. Не влюбляются. Не изгоняют друг друга. И не травят никого из собратьев. На первый взгляд это именно так. Например, деревья мирно растут рядышком, образуя зеленую общину в лесу или на лугу и оставляя место для нежных травок и цветов. Кажется, агрессивная конкуренция присуща только людям и животным.

Однако еще две тысячи лет назад римский писатель-эрудит Плиний Старший подметил, что ореховые деревья не подпускают к себе другие растения. Под крышей из ореховых листьев нет почти никаких других представителей флоры — как будто присутствие чужаков запрещено. Тень деревьев, должно быть, опасна, считал Плиний, и он не так уж сильно ошибался. Все дело в листьях, отбрасывающих эту тень. Они отравляют почву — конечно, после того, как опадут и подвергнутся разложению. При этом возникает вещество под названием «юглон», препятствующее проращиванию и затрудняющее появление других растений.

Ядовитая защита собственного «дома» привычна для многих растений. Под эвкалиптами земля остается на удивление голой, да и хвойные деревья защищают свое место обитания от назойливых выскочек. Но, как это часто случается с ядами, со временем они становятся менее эффективными. Отвергнутые соседи приспосабливаются к ним и вырабатывают противоядие. Конкуренты не спят.

Надземная часть растения следит за своим «карьерным ростом» — чтобы никто не обогнал его по пути наверх. Оно защищается, если сосед стремиться поставить его в тень. Сражается за место под солнцем и даже пытается убрать всех соперников. Растения поочередно стремятся вверх, борясь за свет и пространство.

В принципе, уже известно, что при этом происходит, известно, как соперники воспринимают друг друга и каким образом влияют друг на друга. Однако ключевую роль в гонке роста играет специальный фоторецептор — присутствующий в растительной клетке пигмент фитохром. Он опознает тончайшие оттенки цвета и «понимает», какой солнечный свет попадает на растение — натуральный или тот, что просочился сквозь другие листья. Именно таким образом деревья, изо всех сил стремящиеся вытянуться вверх, узнают об опасности оказаться в тени и, переработав эту информацию, начинают расти более серьезными темпами. Как именно это происходит, какая цепочка сигналов, запущенная фитохромом, приводит к росту растения, пока еще не исследовано. Но, судя по всему, представители флоры из последних сил пытаются не уступать конкурентам.

Оказывается, подземная борьба, разгорающаяся между корнями, еще более драматична, хоть и менее заметна. Получается, что растения часто промахиваются и вредят себе лишь потому, что не желают счастья своим конкурентам. Подобное гипертрофированное соперничество встречается и в мире людей.

Корни заботятся о снабжении растительного организма водой и питательными веществами.

Каждому виду необходимо особое соотношение азота, серы, фосфора и многих других минеральных веществ и микроэлементов. В общей сложности потребность в них, конечно же, увеличивается по мере того, как зеленый организм растет, образует новые листья, плоды или семена. При этом под землей корневая система должна подобающим образом вырасти и уплотниться, чтобы освоить новую территорию с новыми ресурсами. Но, как правило, это непросто. Потому что в большинстве случаев у растений есть соседи, оспаривающие «подземные сокровища». И тогда речь уже не совсем о том, сколько на самом деле нужно зеленому организму, а скорее о том, сколько он может завоевать и на что может претендовать. Иными словами, под землей растения только и делают, что ведут бои. Не уделяя особого внимания надземным органам (листьям, цветам и плодам), они занимаются расширением корневой системы. Как можно быстрее, разумеется. Сначала корни осваивают свободное пространство, затем вторгаются на «суверенную территорию» соседнего растения и наконец заполняют промежутки изящным корневым плетением. Тут нужно действовать проворней, поскольку соперники используют ту же стратегию. Оба распознают, какой корень перед ними — собственный или принадлежащий противнику, и оба пытаются отхватить у соседа как можно больше пространства, пока он их не опередил. Захватывающая шахматная партия, протекающая особенно остро, когда противники — растения одного вида с одинаковыми потребностями в питательных веществах. К примеру, конкурирующие соевые бобы образуют в среднем на восемьдесят пять процентов больше корневой массы, чем отдельно стоящие растения, однако при этом количество их плодов и семян сокращается более чем на треть. Конкурентная битва под землей стоит им потомства. Но кто откажется от нее, тот вскоре и вовсе выйдет из игры.

Могут ли растения как-нибудь объединиться, по-братски поделить почву и прекратить изматывающую корневую войну? На самом деле такие случаи бывают. Не так давно Сьюзан Дадли из Макмастерского университета (Канада) удалось сделать, на мой взгляд, сенсационное открытие. Объект ее исследования растет и цветет неподалеку от лаборатории, на песчаных берегах озера Онтарио. Это морская горчица. Понаблюдать за ее корневой конкуренцией нетрудно. Если растения выращивают отдельно в маленьких горшках, они образуют нормальные клубки корней. Если же, напротив, они попадают в общий горшок, подходящий им по размеру, корни распознают конкурентную ситуацию и растут, как и ожидалось, быстрее и гуще, чтобы опередить соседа.

Когда Сьюзан Дадли устроила противостояние брата и сестры, то есть ростков, произошедших от одного материнского растения, ситуация стала развиваться еще интересней. Поведение растений в общем горшке вдруг стало более терпимым, родственники как будто начали обходиться друг с другом великодушнее и миролюбивее: интенсивный корневой рост существенно снизился или вовсе прекратился. Родственники — таковы результаты — уступают друг другу больше пространства и питательных веществ. И это, как предполагает Сьюзан Дадли, бывает не только у морской горчицы.

Итак, на пашне, на клумбе или в цветочной кадке разворачивается безумная борьба. Там происходят подземные поединки и позиционные битвы, растения четко различают свои и чужие корни и даже узнают родственников. Семейные кланы держатся вместе. Пока еще неясно, как именно это удается корням, и здесь ученым открывается огромное поле для исследований. Нам гораздо больше известно об обитателях океанов и морей, чем о растительной жизни, протекающей у нас под ногами, хотя мы год от года кормимся зелеными организмами.

Я бы с огромным удовольствием запечатлел битву корней в своем фильме. Ускорил бы ее, чтобы острота борьбы могла воздействовать на наши эмоции. Стратегия завоевания пространства в ризосфере. Но, к сожалению, мир корней скрыт от глаз и камер. Стоит попробовать понаблюдать за соперничающими растениями из водных культур — в прозрачный резервуар, который не будет создавать преград для камеры с замедленной покадровой съемкой. Сьюзан Дадли работает над этим.

7. Размножение: секс на расстоянии