Помоги проекту - поделись книгой:
Акробаты мира флоры
Согласно определению, эпифиты — растения, которые проводят всю свою жизнь или какую-то ее часть на других растениях без связи с почвой, но при этом получают необходимые им минеральные вещества не из растения, на котором поселяются, а из окружающей среды. По оценкам ученых, эпифитный образ жизни ведет 10% видов растений. Когда говорят о них, чаще всего вспоминают экзотические растения из тропиков: орхидеи, бромелиевые, папоротники, многие из которых стали обычными на наших подоконниках. Но это лишь малая их часть. Эпифиты есть практически во всех классах растений и распространены по всему земному шару.
Больше всего их действительно в тропических лесах, где под пологом пышной многоярусной растительности царит тьма. Неудивительно, что травянистые растения, а среди эпифитов большинство — травы, то есть растения, стебель которых не одревесневает и потому не может служить прочной опорой, способной высоко вверх вознести зеленые листья, — вынуждены искать иные пути к свету. Поэтому их особая стратегия — переселяться в верхние ярусы тропического леса — вполне объяснима. С такой же проблемой сталкиваются растения и в других климатических зонах: в тенистых расщелинах гор и темнохвойных северных лесах. Но где бы ни росли эпифиты, цель у них одна: приспособиться к жизни на стволах и ветвях других растений.
1. Как и большинство представителей семейства бромелиевых, Aechmea fasciata накапливает необходимую ей влагу и растительные остатки внутри воронки из мясистых листьев
2. Гибрид неоргелии «алая Шарлотта» из семейства бромелиевых использует для опоры камни или другие растения. Его листья плотно прилегают друг к другу, образуя розетку для сбора влаги
3. Растение Vaccinium poasanum ведет эпифитный образ жизни на верхних ярусах джунглей. Колибри пьют нектар из ее цветков и одновременно переносят пыльцу
Беспочвенники
Растениям-верхолазам пришлось расстаться с почвой. Но где же они при таких условиях добывают минеральные вещества? Ведь их дефицит — серьезное ограничение в распространении любых растений. Лишившись источника питания снизу, эпифиты научились извлекать минеральные вещества из сыплющегося сверху листового и веточного опада, а также из птичьего помета, улавливая их с помощью корней и листьев, свернутых в «розетки» и «гнезда». Нередко в дело идет и кора дерева-хозяина.
Еще одно необычное решение проблемы минерального питания найдено некоторыми представителями семейства мареновых, в том числе — мирмекодией и гиднофитумом. Эти растения, обитающие в самых высоких ярусах тропического леса, заживо превратились в муравейники. В нижней части их стеблей расположены большие клубни, пронизанные внутри густой сетью лабиринтов и полостей, как будто специально для муравьев. Благоустраивая это жилище, насекомые приносят внутрь клубня растительные остатки, а растения извлекают из них для себя минеральные вещества. Ловко придумано: питание стекается к неподвижному растению с такой обширной территории, о которой другим и мечтать не приходится.
Бывают иные, более оригинальные способы. Орхидеи, одно из чудес растительного царства, при всей своей красоте обладают серьезным «природным» изъяном: тех органических веществ, которые они способны синтезировать, им не хватает.
Многие орхидеи и вовсе утратили способность к фотосинтезу и стали сапрофитами — растениями, которые полностью зависимы от внешних источников готовой органики. Всем своим существованием эти чудо-цветы обязаны соседству с грибами, которые питаются за счет гниющих растительных остатков и кормят орхидеи. Гифы грибов проникают в живые клетки корневища цветка. После этого орхидея переваривает часть гифов и усваивает находящиеся в них углеводы. Эти цветы нуждаются в грибах даже тогда, когда на ранних стадиях своего развития они неспособны к фотосинтезу (то есть сразу после прорастания семечка).
1. Крошечная орхидея из рода Lepanthes с Коста-Рики образует симбиоз с грибами. Она переваривает гифы грибов, проникающие в ее корневище, и усваивает из них углеводы
2. Воздушные корни орхидеи Epidendrum elongatum не только снабжают растение водой, но и способны к фотосинтезу. Клетки корней содержат хлорофилл, вот почему они зеленые
3. Орхидея Stanhopea wardii из Южной Америки. Из-за необходимости крепиться к ветвям деревьев ее цветоносы направлены не вверх, как у наземных растений, а вниз — так они доступны для опыления
Помпы разных сортов
А как же эпифиты достают воду? Для тех из них, кто проводит жизнь между небом и землей, единственный источник влаги — дожди и туманы. Правда, зачастую и этот источник ненадежен, вот почему эпифиты создают запасы. Для этого у растений есть разные приспособления: «кувшины» из листьев, гигроскопические губчатые ткани, полости в стеблях. Бывает, что все растение целиком сложено из гигроскопической ткани, она разбухает после дождя, а в период засухи сморщивается настолько, что растения кажутся погибшими. На самом же деле они будто впадают в «спячку» и ждут следующего оживляющего дождя. Такая особенность присуща, например, некоторым эпифитным папоротникам, в том числе американскому папоротнику, широко распространенному в субтропической и тропической зонах Нового Света. В семействе бромелиевых, к которому относится ананас, есть растение, не похожее ни на одно из родственников. Оно называется тилландсия уснеевидная, что отражает внешнее сходство этого представителя с лишайником-бородачом — уснеей. В местах обитания все деревья увешаны длинными клочьями тилландсии. В угоду эпифитному образу жизни она лишилась листьев и корней и впитывает влагу с помощью волосков, которые покрывают всю поверхность ее побегов.
Подземные корни, которые нужны обычным растениям для закрепления в почве и всасывания воды и минеральных растворов, эпифитам, в общем-то, ни к чему. Зато у них образуются многочисленные воздушные корни — другие и по предназначению, и по строению. Они нередко зеленые, так как в них есть хлорофилл — зеленый пигмент, ответственный за фотосинтез. Это первое отличие от обычных корней, способных к всасыванию и транспортировке полезных веществ, но только не к синтезу. Второе отличие — направление роста. Если подземные корни растут всегда вниз, то воздушные корни этому правилу не подчиняются. Они могут направляться вбок, вверх — в зависимости от цели. А цель бывает разная. В одних случаях нужно тянуться вверх, чтобы поднять растение и, соответственно, цветы — органы размножения — еще выше к свету. В других — для лучшего закрепления, вбок, иногда корням приходится многократно изменять направление роста, чтобы обмотать ствол хозяина. Важная функция воздушных корней — добыча влаги, они нащупывают влажные места и снабжают растение водой. Отличаются они и строением: наружная часть коры воздушных корней состоит из мертвых пустых клеток, которые могут впитывать воду, подобно промокательной бумаге, и таким образом запасать, чтобы растение использовало ее по мере надобности.
Мясистые, покрытые ворсинками листья тилландсии «голова медузы» впитывают влагу из капель дождя, росы или тумана. Корни у них почти не развиты
Непрошеные поселенцы
Выросшие в спартанских условиях эпифиты бывают тем не менее привередливы. По крайней мере, в выборе растения-опоры. Многие орхидеи поселяются только на растениях одного вида. Ну а как чувствуют себя те растения, на долю которых выпало служить опорой? К эпифитам принято относить только тех «постояльцев», которые не наносят ущерба хозяевам. Которые наносят — это паразиты. В большинстве случаев это действительно так. Но в природе все сложнее, чем в учебниках. Одно эпифитное растение вместе с корневым «гнездом», наполненным влажной трухой, может весить несколько десятков килограммов, а ведь на стволе их может быть несколько. У эпифитного папоротника «олений рог» из рода платицериум верхние листья по форме напоминают ветвистые рога, а крупные нижние овальные листья создают нишу, где скапливаются перегной и остатки старых листьев. С возрастом ниша увеличивается, и у самых крупных экземпляров она иногда достигает массы 100 килограммов. Неудивительно, что растения с эпифитами обламываются чаще тех, которые не обременены лишним весом. В самую тихую погоду тропический лес полон треска постоянно обламывающихся веток и грохота от их падения наземь. Пусть не злонамеренно, но эпифиты все же сокращают своим хозяевам срок жизни.
Из тысячи известных видов фикусов около ста начинают свою жизнь как душители. Хотя «злого умысла» нет и у них. Иногда фикусовое семечко прорастает не на почве, а где-нибудь в выстланной перегноем развилке живого дерева. По мере роста фикус спускает вниз воздушные корни, чтобы дотянуться до почвы, укорениться и проститься с эпифитным детством, ведь взрослые фикусы ведут традиционный почвенный образ жизни. Но воздушные корни, с самого начала оплетавшие растение-опору, растут, становятся все толще, сдавливают его и тем самым убивают. И в результате от него остается лишь полый каркас из плотно переплетенных корней фикуса. Поскольку жизнь в образе эпифита — лишь временная стадия в жизни фикусов, их называют полуэпифитами.
Эпифиты, которые питаются за счет коры растения хозяина, — это еще одно отклонение от «нормы». Конечно, кора — это только поверхностный слой ствола, предназначенный для защиты более важных его частей — луба и древесины, и кора все время отрастает новая, то есть здоровью хозяина такой эпифит не вредит. Но и бескорыстными такие отношения тоже не назовешь.
Давно подмечено, что на древесине деревьев, обросших лишайниками, есть пятна другого цвета, нежели остальная древесина. Перемена окраски — признак изменения химического состава. Теперь точно известно, что лишайники выделяют в ткани дерева-субстрата ферменты, расщепляющие полисахариды — крахмал, целлюлозу и сахарозу — до простых сахаров — глюкозы и фруктозы. По сути, это наружное переваривание. Так что не такие уж они и безвредные.
В водных сообществах тоже встречаются эпифиты. Вода, даже незагрязненная, уже в небольшом слое поглощает большую часть светового спектра, и даже в самых чистых озерах на глубине 20—30 м царит сумрак. В замутненных же реках солнечным лучам недоступны даже двух–трехметровые глубины. Неудивительно, что у водных растений фотосинтезирующие части всегда расположены возле поверхности. Микроскопические водоросли, которым тоже не прожить без света, используют их в своих интересах и во множестве вырастают на верхних частях крупных растений. Это так называемые «обрастания». В роли опор в пресных водах выступают рдесты и другие водные цветковые, в морях — морская трава зостера и бурые водоросли ламинарии, фукусы или цистозира. Непрошеные поселенцы причиняют неудобства и им. Слой живых и разрушенных водорослевых клеток, как бы они ни были малы, плохо пропускает свет к зеленым частям растения-хозяина, затрудняет фотосинтез, приводит к преждевременному их старению, привлекает мелких беспозвоночных животных-соскабливателей, которые довершают разрушение нежных тканей.
Несмотря на хорошую изученность, эпифиты остаются до конца неразгаданными. Из-за своей способности обходиться без почвенного питания они стали притягательными объектами для научной фантастики. «Он лежал навзничь у подножия странной орхидеи. Похожие на щупальца воздушные корешки теперь не висели свободно в воздухе, сблизившись, они образовывали как бы клубок серой веревки, концы которой охватили его подбородок, шею и руки» (Герберт Уэллс, «Странная орхидея»). Но будем разумны: эпифиты, нападающие на человека, всего лишь вымысел писателя.
Европейцы на Венере
Первая советская автоматическая межпланетная станция стартовала к Венере ровно за два месяца до полета Гагарина — 12 февраля 1961 года . Однако вскоре после запуска связь с ней была потеряна. Судя по телеметрическим данным, аппарат прошел на очень большом расстоянии от планеты. Лишь спустя 5 лет, в марте 1966 года, советская станция впервые достигла Венеры, доставив вымпел с Гербом СССР. Но связь с ней опять прервалась, и научные исследования провести не удалось.
Начиная с 1961 и до 1984 года включительно запуски к Венере советских аппаратов проводились с завидной регулярностью: едва ли не каждые полтора года (как только открывалось благоприятное окно запуска) к Утренней звезде уходила пара дублирующих друг друга станций. И эти усилия себя оправдали. Благодаря программам «Венера» и «Вега» СССР принадлежит множество приоритетных достижений: первые прямые измерения в атмосфере, первая посадка, первый выход на орбиту вокруг Венеры, первые панорамы поверхности (сначала черно-белая, потом цветная), первый анализ грунта.
США в то время (как и теперь) отдавали предпочтение исследованиям Марса . Тем не менее они не хотели отставать и тоже посылали к Венере аппараты по программе Mariner, которые принесли очень ценные сведения об этой планете. Один из них, Pioneer Venus Orbiter, «проработал» ее искусственным спутником рекордный срок — 14 лет (с 1978 года). Одновременно с ним к Венере отправился еще один аппарат — Pioneer Venus Multiprobe, который доставил в атмосферу планеты четыре аэростатных зонда. Один из них совершил незапланированную посадку на поверхность.
В 1990-х годах интерес к исследованиям Венеры заметно снизился: советская программа межпланетных исследований была практически свернута, а американцы переключились на планеты-гиганты — Юпитер и Сатурн, не прекращая работ по изучению Марса. В течение 15 лет лишь станция Cassini пару раз пролетала мимо Венеры, чтобы, используя гравитационный маневр, набрать скорость для решительного рывка к Сатурну .
Venus Express не может охватить одним взглядом всю планету даже с максимальной высоты (вверху). Приходится составлять мозаичные изображения, причем с приближением аппарата к планете по вытянутой орбите размер его поля зрения уменьшается (слева). Вместе с тем высокое разрешение камеры позволило подробно рассмотреть странный двойной вихрь на южном полюсе Венеры (справа)
Снимки Venus Express показывают изменения, происходящие с двойным полярной вихрем (слева и в центре). Ранее подобного образования в облаках Венеры не наблюдалось (справа: снимок с борта станции Pioneer Venus Orbiter)
Семь глаз «Экспресса»
И вот недавно Европа стала полноправным членом «клуба исследователей Венеры»: 9 ноября 2005 года с космодрома Байконур с помощью российской ракеты-носителя «Союз» был запущен первый европейский космический аппарат для детального изучения Венеры — Venus Express. Надо сказать, что подготовка к запуску не обошлась без накладок. Буквально перед самым вывозом ракеты-носителя на стартовую площадку под обтекателем, закрывающим аппарат, были обнаружены посторонние предметы. Оказалось, что это фрагменты теплоизоляции разгонного блока «Фрегат». Данный блок выводится на околоземную орбиту вместе с аппаратом и затем в нужный момент придает ему импульс для полета к Венере. Чтобы удалить мусор, который мог повредить научную аппаратуру, пришлось демонтировать зонд и отложить запуск на две недели. А заодно и выплатить за это неустойку Европейскому космическому агентству.
Аппарат Venus Express создан на базе той же платформы, что и Mars Express, работающий в настоящее время на орбите Марса. Различия между ними состоят в основном в средствах связи и теплозащите. Последняя играет для Venus Express особенно важную роль, ведь Венера в полтора раза ближе к Солнцу, чем Марс, а значит, поток солнечного тепла у нее в четыре раза интенсивнее.
Четыре из семи научных приборов Venus Express являются модификациями аналогичных инструментов, установленных на марсианском «Экспрессе». Так, анализатор космической плазмы ASPERA-4 был адаптирован под более агрессивную среду в окрестностях Венеры. То же самое можно сказать и про планетарный Фурье-спектрометр инфракрасного диапазона PFS для изучения верхних слоев атмосферы, и сканирующий спектрометр SPICAV, способный получать спектры и строить изображения в диапазонах от инфракрасного до ультрафиолетового. В создании этих двух приборов принимали участие российские специалисты из Института космических исследований РАН. Версия SPICAV для Венеры дополнена специальным блоком SOIR для изучения атмосферы Венеры при просвечивании ее Солнцем в моменты, когда оно скрывается за диском планеты и появляется из-за него. Таким способом можно определить состав венерианской атмосферы на разных высотах.
Один из важнейших инструментов Venus Express — универсальная широкоугольная камера VMC (Venus Monitoring Camera), работающая в диапазонах от ультрафиолета до ближнего инфракрасного излучения. В ее конструкции использованы технические решения, которые ранее применялись при разработке камеры высокого разрешения HRSC на аппарате Mars Express и системе инфракрасного наблюдения OSIRIS на автоматической межпланетной станции Rosetta, стартовавшей в 2004 году навстречу комете Чурюмова—Герасименко. Кстати, со станции Rosetta позаимствованы (с модификациями, конечно) и остальные три научных прибора Venus Express: магнитометр MAG, аппаратура для радиозондирования VeRa и сканирующий спектрометр VIRTIS, способный наблюдать все слои атмосферы Венеры и строить тепловые карты ее поверхности.
Заимствование приборов из одной миссии в другую является характерной чертой для современных космических исследований. Разработка аппаратуры является труднейшей научно-инженерной задачей, которая дополнительно осложняется тем, что новый прибор невозможно испытать в тех условиях, где ему предстоит работать. Если для каждого полета создавать все приборы заново, это будет не только очень дорого, но еще и ненадежно. Любая ошибка в конструкции, в технологии сборки или тестирования может превратить инструмент в никуда не годный кусок железа. Поэтому межпланетные космические полеты служат не только своей основной исследовательской задаче, но и всегда рассматриваются как испытания бортовой аппаратуры, которая затем совершенствуется и устанавливается на новые межпланетные станции.
Venus Express летел к цели пять месяцев и прибыл к Венере 11 апреля 2006 года, став ее искусственным спутником. Выход на орбиту является самым ответственным событием (кроме старта) в межпланетных миссиях. Из-за задержки, с которой приходят радиосигналы к Земле и обратно до планеты, специалисты Центра управления не могут вмешаться и скорректировать маневр.
На этот раз все прошло гладко. Отработав 50 минут, основной двигатель снизил скорость аппарата относительно Венеры на 15% — с 8 до 6,8 км/с — и вывел ее на сильно вытянутую эллиптическую орбиту. В наиболее удаленной точке орбиты от центра планеты (апоцентре) Venus Express уходил на расстояние 220 тысяч километров от Венеры — это больше половины расстояния от Земли до Луны , а в самой близкой точке своей орбиты (перицентре) аппарат проходил на высоте всего 250 километров от поверхности планеты.
Вскоре благодаря тонким коррекциям орбиты перицентр был опущен еще немного ниже, так что аппарат стал погружаться в самые верхние слои атмосферы за счет аэродинамического трения, раз за разом понемногу сбавляя скорость и понижая высоту апоцентра. Через месяц после прибытия к Венере Venus Express перешел на рабочую орбиту с параметрами: высота апоцентра — 66 000 километров, высота перицентра — 250 километров, период обращения — 24 часа. Такой период удобен для регулярной связи с Землей: сблизившись с планетой, аппарат собирает научную информацию, а удалившись от нее, проводит 8-часовой сеанс связи, передавая в среднем каждый раз около 250 мегабайт информации. Еще одна важная особенность орбиты Venus Express — она практически перпендикулярна экватору Венеры, и поэтому аппарат имеет возможность детально исследовать полярные районы планеты.
К сожалению, отрапортовать о безупречной готовности зонда к работе не удалось. Как раз, когда аппарат вышел на рабочую орбиту, было объявлено, что один из основных приборов, спектрометр PFS, не может навестись на Венеру. Как выяснилось, заклинило зеркало, которое должно переключать «взгляд» прибора с эталонного источника (на борту зонда) на планету. По словам ведущего разработчика спектрометра Витторио Формизано, «PFS — это мощный, но очень деликатный инструмент. Механические деформации микронной величины — меньше размера бактерии — могут полностью нарушить его работу». После ряда попыток обойти сбой инженеры смогли повернуть зеркало на 30 градусов, но этого оказалось мало для работы прибора, и в конце концов его пришлось выключить. Так Venus Express лишился одного из своих семи глаз, а вместе с ним и способности детально изучать химический состав атмосферы планеты.
Компоновка основных научных приборов Venus Express
Аппараты СССР и США, достигшие окрестностей Венеры
1ВА «Венера-1»
Mariner 2
3МВ-1 «Зонд-1»
3МВ-4 «Венера-2»
3МВ-3 «Венера-3»
В-67 «Венера-4»
Mariner 5
В-69 «Венера-5»
В-69 «Венера-6»
В-70 «Венера-7»
В-72 «Венера-8»
Mariner 10
4В-1 «Венера-9»
4В-1 «Венера-10»
Pioneer Venus Orbiter
Pioneer Venus Multiprobe
4В-1 «Венера-11»
4В-1 «Венера-12»
4В-1М «Венера-13»
4В-1М «Венера-14»
4В-2 «Венера-15»
4В-2 «Венера-16»
Поделиться книгой: