Юный техник, 2004 № 06
Шрифт:
Началось же с того, что американские исследователи Дэвид Пик и его коллеги из университета Юты обратили внимание: растения способны довольно точно регулировать поглощение и выделение газов через устьица своих листьев.
Устьицами, напомним, называются микроскопические щели на поверхности листа между двумя растительными клетками. Открывая и закрывая их, растение может как потреблять газ из атмосферы, так и «выдыхать» его.
Ночью, когда растение спит, оно, как известно, выбрасывает в атмосферу углекислый газ и потребляет кислород. Днем, когда питается, наоборот — забирает из атмосферы углекислый газ СО2 и превращает его в кислород О2. И
В общем, получается, что зеленый лист все время как бы решает задачки о трубах и бассейне. Даже на уроках математики в школе с подобными задачами приходится иной раз помучиться. На практике при решении аналогичных задач в автоматических системах управления специалисты вынуждены прибегать к так называемым методам «распределенных расчетов». То есть таким способам обработки информации, при которых приходится учитывать огромное количество факторов, используя мощные быстродействующие компьютеры.
Компьютера, каким мы привыкли его видеть, в зеленом листе, конечно, нет. Да и во всем растении — тоже.
Тем не менее, судя по словам известного биолога, академика Владимира Шувалова, российскими и зарубежными исследователями сегодня установлено: некоторые стадии процессов газообмена, фотосинтеза, метаболизма внутри каждой клетки зеленого листа могут протекать настолько быстро, что их приходится измерять фемтосекундами. Одна же фемтосекунда равна 10– 15 секунды! Таким скоростям действия могут позавидовать даже супер-суперкомпьютеры. Растение же успевает «обсчитать» все факторы и дать в нужное время нужную команду устьицам.
Более того, ученые заметили даже, что на поверхности листа часто наблюдаются целые области или сегменты, в которых все устьица либо открыты, либо закрыты. Таким образом, как установили, растение оптимизирует процессы управления. Контролировать сразу несколько устьиц одного сегмента, работающих синхронно, все-таки легче, чем поодиночке.
Ученые выявили также статистику, определяющую как размеры сегментов, так и время ожидания их открытия или закрытия. Оказалось, что алгоритмы работы устьиц вполне могут быть рассчитаны по законам кибернетики. Словом, лист растения действует и в самом деле словно тысячи хороших роботов — четко, без сбоев и в нужном ритме.
Американские исследователи сочли даже, что результаты их исследований можно толковать в пользу «разумного поведения растений», ссылаясь на тот факт, что аналогичные процессы наблюдаются, скажем, в муравейнике. Муравьи ведь обмениваются друг с другом определенными сигналами и сообща куда быстрее находят источники пищи, определяют оптимальные трассы ее доставки в свои кладовые.
При этом каждый отдельный муравей, как выяснили новосибирские биологи (подробности см. в «ЮТ» № 7 за 1997 г.), обладает проблесками разума и умеет считать в пределах десятка. А стало быть, и растения, возможно, тоже имеют некие зачатки интеллекта…
На этом давайте пока остановимся. Метод аналогии нас может завести очень далеко. Подумаем лучше о другом. Если в зеленом листе имеются сложные устройства, по своим возможностям сравнимые с микрочипами, значит, где-то в растении, по идее, должен быть и центральный микропроцессор.
Аналог его в 70-х годах XX века обнаружил профессор кафедры физиологии растений Тимирязевской академии И.И. Гунар. Он предположил, что шейку корней растения, которая имеет свойство сжиматься и разжиматься подобно сердечной мышце, можно в какой-то мере уподобить и нервному (или вычислительному?) центру.
Кстати сказать, природа очень мудро расположила этот центр — как раз на границе между надземной и подземной частью растения, откуда наиболее удобно вести управление всеми процессами.
Как это часто бывает в науке, полученные результаты породили массу новых вопросов. Помните фразу о признаках разумного поведения растений? Оказывается, и она находит свое подтверждение!
С помощью все тех же устьиц растения, как выясняется, способны не только регулировать потоки газообмена, но и обмениваются сигналами. Крис Райян, биолог из университета штата Вашингтон, обнаружил, что как только гусеница или другой вредитель принимается за лист на томатном кусте, остальные листья тотчас начинают вырабатывать протеиназу — вещество-ингибитор, которое связывает у гусениц пищеварительные ферменты, тем самым затрудняя, а то и делая невозможным усвоение ими пищи.
Более того, лист начинает выделять в воздух особые химические соединения, которые заставляют делать то же самые другие листья и даже соседние растения. Лист как бы предупреждает своих собратьев: «На нас напали! Примите меры обороны!» Сигнал этот распространяется довольно сложно. Разрушенные челюстями гусеницы растительные клетки теряют влагу. При этом начинается цепочка химических реакций, которая, в конце концов, приводит в движение заряженные частицы раствора — ионы. И те, распространяясь по растительному организму, несут электрические сигналы точно так же, как волна нервного возбуждения передается в организмах животных и человека.
А любое движение электрического заряда, как известно нам из физики, приводит к возникновению электромагнитного поля. Так что, вполне возможно, эта сигнализация служит двоякой цели. С одной стороны, она заставляет другие листья данного растения или даже его соседей приступить к выработке ингибиторов, как уже сказано выше. С другой стороны, возможно, электромагнитные сигналы, распространяющиеся и в эфире, призывают на помощь естественных врагов тех же гусениц — скажем, птиц.
Эта мысль кажется тем более естественной хотя бы потому, что профессору биологии из университета штата Небраска Эдварду Дэвису не так давно удалось установить: ионная сигнализация свойственна не только растениям, но и многим животным, обладающим развитой нервной системой. Зачем она им? Разве что в качестве приемника, настроенного на сигналы чужой беды.
В общем, получается, что растения не только хорошо умеют рассчитывать свои действия. У них существует свой сигнальный язык, подобный языку насекомых и животных. Одно растение, меняя электрические потенциалы в своих листьях, может сообщить другому об опасности. Словом, если не считать прикованности растений к своему месту, какой-то особой разницы между представителями флоры и фауны нет.
Забавно, но еще полвека назад С.Я. Маршак написал:
Человек — будь он трижды гением — Остается мыслящим растением. С ним в родстве деревья и трава. Не стыдитесь этого родства!