О чем думают растения?

Можно провести параллель между нашими сегодняшними знаниями и знаниями египтолога Жана-Франсуа Шампольона до 1822 г., когда он наконец смог расшифровать древнеегипетские иероглифы: мы подозреваем, что некоторые знаки (запахи) соответствуют определенным сообщениям, однако нам известна лишь небольшая часть всех летучих молекул, выделяемых растениями. Но больше всего расшифровку затрудняет тот факт, что сообщения могут быть связаны не с одной летучей молекулой, а с целым набором разных молекул, присутствующих в совершенно определенном соотношении. Короче говоря, даже в языке растений проглядывает определенная полифония, согласующаяся с их «неиндивидуальным» характером: их язык – не один голос, а множество голосов, что делает картину еще более заманчивой и интересной.

В один прекрасный день мы, вероятно, найдем ключ к языку растений. Но до тех пор нам придется довольствоваться тем немногим, что нам известно, и опираться на смысл, который мы можем приписать некоторым летучим молекулам. Например, нам известен смысл молекулы метилжасмоната, которую многие растения испускают в состоянии стресса. Эта молекула несет очень четкий сигнал: «Мне плохо». Многие летучие соединения, которыми обмениваются растения, несут одну и ту же информацию, и забавно, что для передачи одинаковых сообщений совсем разные виды растений используют одни и те же слова. Конечно, это не означает, что существует некий универсальный язык всех растений. Скорее, это напоминает наличие множества языков с общим корнем: одни слова остались во всех языках, а другие являются специфическими для разных языков (и, следовательно, для разных видов растений).

Но вернемся к летучим молекулам, которые растения синтезируют и воспринимают в условиях стресса. Например, многие летучие молекулы передают настоящий сигнал SOS. Растения посылают этот сигнал в случае биологического стресса (под действием грибковых или бактериальных инфекций, насекомых или каких-то других живых существ, значительно нарушающих равновесное состояние растительного организма), а также небиологического стресса (чрезвычайного холода или жары, недостатка кислорода, присутствия солей или загрязняющих веществ в воздухе или в почве). Во всех случаях эти сигналы выполняют удивительную функцию – они предупреждают соседние растения (или отдаленные части того же самого растения) о близкой опасности.

Зачем? Главным образом, в целях самозащиты. Представьте себе, что на растение нападают растительноядные насекомые. Оно выделяет сигнальную молекулу, чтобы предупредить соседние растения. Чтобы пережить опасный момент, все окружающие растения мобилизуют защитные механизмы, часто прибегая к удивительным стратегиям, о которых мы подробно поговорим ниже (в разделе «Общение между растениями и животными», глава 4). Вот лишь один пример: получив подобный сигнал, растения начинают синтезировать молекулы, которые делают их листья несъедобными или даже ядовитыми для агрессора. Самый известный пример – томаты, которые при нападении растительноядных насекомых выделяют множество летучих соединений с целью предупредить соседние растения, находящиеся даже на расстоянии сотен метров.

Но если растения способны предпринимать столь эффективные защитные меры, зачем мы применяем инсектициды? И почему собственной защиты растений не хватает, чтобы оттолкнуть всех вредителей? Ответ очень прост. Жизнь в природе – это равновесие между хищником и жертвой, которое постоянно переустанавливается. Каждый раз, когда растения предпринимают меры для собственной защиты, животные вырабатывают новую стратегию нападения, на которую растения постепенно учатся реагировать еще более сложным образом. Этот механизм постоянных усовершенствовании лежит в основе эволюции и обеспечивает существование жизни на Земле.

Вкусовые ощущения

У растений, как и у животных, восприятие запаха и вкуса тесно связано между собой. На практике за вкусовые ощущения у растений отвечают рецепторы химических веществ, которые растения используют в качестве пищи – тех веществ, которые они ищут в почве, когда исследуют ее при помощи корней. «Вкусы» растений в этом поиске оказываются не менее взыскательными, чем вкусы самых придирчивых гурманов. Возможно, такое сравнение вас рассмешит, но речь идет о том, что способность чувствительного человеческого нёба распознать минимальные ингредиенты в составе того или иного блюда не очень сильно отличается от способности корней растений идентифицировать бесконечно малые количества минеральных солей, распределенных в объеме нескольких кубических метров почвы.

Однако есть и различия. И, как это часто бывает, при сравнении выигрывают растения. Способность растений улавливать минимальный градиент химических веществ в почве говорит о том, что вкусовое восприятие корней растений намного тоньше, чем у любых животных! Корни непрестанно пробуют почву в поисках «вкусных» питательных веществ, таких как нитраты, фосфаты или калий, которые они умеют идентифицировать даже в минимальном количестве. Откуда мы об этом знаем? Растения сами рассказывают об этом, выпуская намного больше корней в том направлении, где выше концентрация минеральных солей, и заставляют их расти вплоть до исчерпания всего обнаруженного запаса.

Рис. 3–2. Корни растения удлиняются в направлении источника питательного вещества

Такое поведение намного сложнее, чем может показаться на первый взгляд. На самом деле, выпуская больше корней по направлению градиента обнаруженного им химического вещества, растение рассчитывает на результат, инвестируя энергию и ресурсы, которые окупятся только в будущем. Это напоминает инвестиции в поиски новых месторождений руды в расчете на будущий успех – еще один пример разумного поведения растений.

Части растения, отвечающие за восприятие вкуса, мы инстинктивно ищем в почве, поскольку именно здесь сосредоточена большая часть потребляемых растением питательных веществ. Однако многие виды растений придерживаются другой диеты: это так называемые хищные растения. Выслушайте историю Dionaea muscipula — первого плотоядного растения, обнаруженного ботаниками.

Благополучный землевладелец из Северной Каролины и управляющий поселением с 1754 по 1765 г. Артур Доббс 24 января 1760 г. в письме к английскому ботанику Питеру Коллинсону (1694–1768), члену Королевского общества, описывал удивительное новое растение, способное заглатывать мух:

«Но самым большим чудом растительного царства является весьма любопытный неизвестный вид чувствительного [растения]: это карликовое растение; его листья напоминают узкие сегменты сферы, состоящие из двух выгнутых наружу частей, как створки кошелька, которые складываются, соединяя зазубренные края (как капкан для ловли лис); когда что-нибудь касается этих листьев или попадает между ними, они немедленно закрываются, как на пружинке, захватывая любое насекомое или предмет; [растение] имеет белый цветок: этому удивительному растению я дал название Sensitiva Acchiappamosche (чувствительная ловушка для мух)».

Коллинсон отослал первые прибывшие в Европу образцы этого удивительного растения британскому натуралисту Джону Эллису, который присвоил виду название Dionaea muscipula. Эллис, понимавший хищную природу растения, писал Линнею:

«…Растение, точный рисунок которого и образцы листьев и цветов которого я прилагаю, показывает, что природа предложила ему несколько способов питания, сформировав верхнюю часть его листа как машину для захватывания еды: внутри него находится приманка для несчастного насекомого, которое становится его добычей. Множество маленьких красных желез, покрывающих внутреннюю поверхность и, вероятно, выделяющих сладкий сок, искушают бедное насекомое: и в тот момент, когда эти нежные части раздражаются лапками насекомого, две половинки поднимаются, быстро захватывают его, сжимают ряды колючек и сдавливают насекомое до смерти. И в дальнейшем животное не может вырваться, даже при самых сильных попытках; в центре каждой доли листа, среди желез, расположены три маленьких прямых шипа, которые в конечном итоге прекращают всякую борьбу»[6].

Не было никакого сомнения: растение охотится! Однако Линней думал совершенно иначе. Он отклонил заключение Эллиса и согласился с начальными предположениями Доббса, классифицировав находку как «чувствительное растение», которое отвечает на тактильные стимулы непроизвольными движениями.

Рис. 3–3. Dionaea muscipula, растение родом с северных широт, произрастающее также в болотах Южной Каролины; данный рисунок был послан Линнею британским натуралистом Джоном Эллисом в письме от 23 сентября 1769 г. В этом письме содержится первое научное описание плотоядного растения

Сегодня кажется очевидным, что росянка охотится на насекомых, но Линней отнес ее к тому же классу растений, что и Mimosa pudica, которая складывает листья при прикосновении. Выводы двух ботаников были диаметрально противоположными: Эллис считал, что росянка охотится на насекомых, а для Линнея это было всего лишь растение, автоматически реагирующее на прикосновение.

Как могло случиться, что наблюдение за одним и тем же растением привело двух ученых к столь разным выводам? Эллис, который известен меньше, чем Линней, не был ограничен рамками представлений того времени и просто описывал то, что видел, и приходил к логическим выводам. А Линней был на вершине славы и не мог отказаться от догмы «упорядоченности природы», устанавливавшей взаимосвязь между всеми живыми существами и принятой всем научным сообществом. Эта догма в такой степени определяла его мировоззрение, что он отрицал очевидное и пытался подогнать свои наблюдения под господствовавшую теорию даже ценой искажения реальности. И по этой причине после долгих исследований и перед лицом неопровержимых доказательств, подтверждавших, что растение может захватывать и убивать насекомых, Линней отказался признать (и тем самым узаконить в глазах ученых) его хищную природу, поскольку такое поведение для растения было просто немыслимым.

Однако любому наблюдателю было видно, что может делать росянка: ведь действительно казалось, что растение способно захватывать и убивать некоторых насекомых. Как иначе интерпретировать эти наблюдения? Многие ботаники того времени прибегали к помощи фантазии. Они утверждали, что листья движутся рефлекторно (то есть закрываются без намерения убить насекомое) и что при желании насекомое способно высвободиться. Если же оно не высвобождается, значит, оно старое или должно умереть. Сейчас такие выводы кажутся смешными, но научное сообщество того времени принимало их без колебаний. Подходило любое объяснение, лишь бы оно исключало возможность существования растений, охотящихся на животных. Такие гипотезы сохранились только на страницах приключенческих книг, в которых в те времена частенько встречались прекрасные деревья, пожирающие людей.

Но как объяснить тот факт, что росянка никогда не высвобождает насекомое, пока не убьет и не переварит его? И почему листья вновь открываются почти сразу, если в них попало что-то безвкусное или несъедобное?

Осмысленные ответы на эти вопросы появились только в 1875 г., когда Чарльз Дарвин опубликовал книгу «Насекомоядные растения». Только тогда ученые начали говорить о «растениях, поедающих насекомых»; такое определение было ближе к истине, но все еще оставалось неточным. К временам Дарвина уже было обнаружено немало растений, которые могли захватывать и переваривать небольших животных, таких как мыши и ящерицы. Вряд ли их можно назвать насекомоядными! Десятки видов были отнесены к насекомоядным растениям не потому, что все они охотились на насекомых, а потому, что в середине 1800-х гг. слова «хищный» или «плотоядный» считались слишком сильными для приложения к миру растений. Несмотря на известное поведение многих видов растений, особенно некоторых непентесов, которые ловят и убивают даже мелких млекопитающих, в конце XVIII в. существование растений, поедающих животную плоть, все еще казалось невероятным.

Но почему некоторые растения выбрали такой способ питания? Опять-таки, это результат эволюции. В сырых болотах, где эти виды развивались на протяжении миллионов лет, мало азота, жизненно необходимого элемента, входящего в состав белков. Растения, живущие в средах с низким содержанием азота, вынуждены искать этот важнейший элемент без помощи корней и почвы.

Как же они это делают? Они используют свою надземную часть. Со временем такие растения модифицировали форму листьев, превратив их в ловушки для насекомых – маленькие подвижные ферментеры для производства азота. Захватив и убив жертву, растения расщепляют ее и впитывают питательные компоненты. На самом деле это и есть главная характеристика хищных растений: они способны переваривать пойманное животное, синтезируя ферменты, которые расщепляют белковые молекулы и позволяют листьям всасывать питательные компоненты.

Давайте посмотрим, как же охотятся эти умелые охотники – Dionaea muscipula и непентесы. Как и все настоящие охотники, они начинают с того, что приманивают жертву. Росянка выделяет из листьев-ловушек очень пахучий и сладкий сок, и насекомые не могут устоять перед таким искушением. При всем уважении к Линнею следует сказать, что у растения нет лишней энергии и листья не закрываются при соприкосновении с гипотетической жертвой; если бы так было, они захватывали бы и несъедобные предметы или позволяли улизнуть насекомым, ухватившимся за край ловушки. Но росянка закрывает лист только тогда, когда насекомое окажется в самом центре листа, исключая возможность неудачи.

На поверхности каждой половинки листа, образующего смертельный капкан, расположены три маленькие ворсинки – именно они заставляют ловушку захлопнуться. Чтобы это произошло, насекомое должно коснуться хотя бы двух ворсинок – с временным интервалом не более 20 секунд. Только тогда растение понимает, что попалось что-то интересное, и захлопывает лист. Трепыхающееся насекомое продолжает касаться ворсинок, что заставляет росянку только крепче сжимать половинки листа. Когда животное погибает (и, следовательно, перестает двигаться), лист начинает выделять пищеварительные ферменты, с помощью которых почти полностью переваривает жертву. На вновь открывающемся листе все еще видны следы жестокой битвы между растением и животным: часто на листе можно обнаружить экзоскелет (внешний скелет) пойманного и съеденного насекомого.

Другой страшный хищник, непентес, использует иную тактику. В процессе эволюции эти растения создали специфические органы в виде мешочков, края которых покрываются сладким веществом с манящим запахом. Когда привлеченное запахом животное подбирается к мешочку, чтобы отведать нектар, оно соскальзывает внутрь и не может выбраться обратно. Внутренняя поверхность мешочка невероятно гладкая (настолько гладкая, что ученые занимаются изучением этой поверхности с целью воспроизведения ее свойств для технологических нужд). Но внутри мешочка несчастное животное попадает в расщепляющую жидкость, в которой и тонет после многочисленных и изнуряющих попыток спастись. Тогда растение начинает переваривать жертву, превращая ее в питательный бульон, который постепенно всасывает.

Непентесы поедают не только насекомых, но и ящериц и мелких рептилий, а также сравнительно крупных мышей. Скелеты жертв остаются на дне ловушек, как охотничьи трофеи и страшные предупреждения для будущих несчастных жертв.

Известно как минимум 600 видов плотоядных растений, использующих разные варианты ловушек и устройств для охоты на животных.

На примере хищных растений можно говорить не только об их «вкусовых пристрастиях», но о рационе питания в целом. Прежде всего, в противоположность тому, что мы привыкли думать, такие растения вовсе не редкость. Сегодня известно как минимум 600 видов плотоядных растений, и все они используют разные варианты ловушек и устройств для охоты на разных животных. Таким образом, плотоядные растения распространены весьма широко и образуют несколько сотен видов. Их число еще больше с учетом тех видов, которые получают выгоду от охоты на насекомых косвенным путем. Всего несколько лет назад считалось, что лишь некоторые виды растений («истинные плотоядные») способны переваривать мелких животных, извлекая из них необходимые для жизни питательные вещества. Однако современные исследования показывают, что использование растениями пищи животного происхождения – достаточно распространенное явление.

Если посмотреть на листья картофеля, табака или некоторых экзотических растений, таких как павловния (Paulonia tomentosa, это дерево родом из Китая сейчас широко распространилось в Европе и США), можно заметить на них тела мелких насекомых. Зачем листьям этих растений секретировать липкие или ядовитые вещества для убийства насекомых, если они не могут их переваривать?

Ответ прост и логичен: даже если тела насекомых не расщепляются листьями, они падают на землю и разлагаются, выделяя необходимый растению азот. А тела, оставшиеся на листьях, становятся пищей для бактерий, и вновь растение выигрывает, потребляя азот, выделяемый бактериями.

Таким образом, некоторые растения, не являющиеся «истинными плотоядными», тоже используют животных для обогащения своего пищевого рациона. Ученые называют такие виды «псевдохищными».

Но это еще не все. В 2012 г. было описано растение, которое охотится на червей с помощью специальных… подземных ловушек! Фиалки, произрастающие на очень сухой и обедненной почве бразильского серрадо, имеют подземные листья, которые умеют захватывать и переваривать нематод – повсеместно распространенных мелких червей. Листья эти липкие, и проползающие мимо черви прилипают к ним, а затем перевариваются растением, обеспечивая его полезными пищевыми добавками, содержащими азот. Этот пример впервые продемонстрировал технику подземной охоты, к которой, возможно, прибегают и другие растения, обитающие на обедненной почве.

Как мы отметили выше, на сегодняшний день насчитывается около 600 видов плотоядных растений. Но если прибавить к этому числу «псевдохищников» и подземных охотников, можно говорить о гораздо большем числе видов. И этот факт позволяет нам в корне изменить представление о способах питания растений.

Тактильные ощущения

Чтобы понять, испытывают ли растения тактильные ощущения, нужно ответить на два простых вопроса: чувствуют ли растения, если касаются каких-то предметов, и могут ли они осознанно дотрагиваться до предметов, чтобы получить о них какую-либо информацию?

В мире растений тактильные ощущения тесно связаны со слуховым восприятием и опосредованы небольшими чувствительными органами, называемыми механочувствительными каналами. Эти органы расположены во всех частях растения, но больше всего их содержится на поверхности клеток эпидермиса, находящихся в непосредственном контакте с окружающей средой. Эти специфические рецепторы активируются при прикосновении или при вибрации. Отсутствие специализированных чувствительных органов не говорит о том, что растение не обладает соответствующей чувствительностью, и наоборот, наличие рецепторов не обязательно подразумевает способность восприятия, хотя может говорить о ее потенциальной возможности.

Замечает ли растение, что до него дотрагиваются? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте проследим за поведением мимозы особого типа, Mimosa pudica, которую называют «стыдливой». Это представитель той самой группы, к которой Линней отнес росянку: это растение сжимает листья при прикосновении, как будто стесняется – отсюда и название.

Это движение листьев происходит за считаные секунды и не является условным рефлексом (например, листья не складываются, если их мочит дождь или обдувает ветер; до них действительно нужно дотронуться). Таким образом, это реальное поведение растения, но смысл его неясен. Кажется очевидным, что растение так защищается, но не понятно, от чего именно. Одни полагают, что это внезапное движение отпугивает растительноядных насекомых, другие думают, что мимоза выработала такую стратегию поведения, чтобы выглядеть менее аппетитной. Сейчас для нас не столь важно, какая теория верна. Важно то, что растение не только чрезвычайно чувствительно к прикосновению, но умеет различать разные стимулы и даже менять тип поведения, раскрывая листья, когда понимает, что опасности нет.

Первым ученым, обратившим внимание на удивительное поведение мимозы, был великий Жан-Батист Ламарк (1744–1829), к заслугам которого относится изобретение самого слова «биология».

Рассказывают, что он поручил своему молодому помощнику Августину Пирамусу де Кандоллю (1778–1841) погрузить на телегу несколько небольших кустиков мимозы, провести их по улицам Парижа и описать их поведение.

Рис. 3–4. Mimosa pudica с раскрытыми (слева) и закрытыми (справа) листьями. Листья закрываются в ответ на определенные тактильные стимулы

Де Кандолль спокойно выполнил поручение великого Ламарка: погрузил на телегу так много горшков с мимозой, как только смог, и провез их по улицам города. В каких-то местах во время прогулки он замечал нечто необычное. Поначалу, когда телега затряслась на булыжной мостовой, растения сложили листья, но затем вновь раскрыли их, казалось бы, привыкнув к тряске.

Объяснение было простым и очевидным, хотя и потрясло де Кандолля: растения быстро поняли, что движения телеги не представляют опасности, и поэтому перестали тратить энергию на бессмысленное сокращение листьев.

Наблюдение за мимозой, естественно, не единственный путь убедиться в способности растений реагировать на прикосновение. Хищные растения тоже демонстрируют яркий пример умения получать информацию о том, что происходит на поверхности листьев или цветов. Как мы видели, в таком случае цветы и листья функционируют как ловушки. Но когда срабатывает пружинка ловушки? Только в тот момент, когда насекомое находится на листе. Плотоядные растения умеют узнавать, когда что-то входит с ними в контакт, а также различать тактильные ощущения специфической природы.

Мы знаем, что такой же способностью обладают и многие другие растения. Многие цветы закрываются при контакте с опыляющими насекомыми и открываются лишь тогда, когда насекомые покрываются пыльцой. Это поведение тоже требует реакции на прикосновение. Так что зададим себе вопрос: если кажется очевидным, что растения имеют пассивную тактильную чувствительность, позволяющую им установить наличие инородного тела, нет ли у них и соответствующей активной способности, позволяющей намеренно ощупывать внешние объекты для получения информации о них?

Для ответа на этот вопрос лучше всего начать с наблюдения за поведением корней. Как мы уже отмечали, каждое растение имеет миллионы корней (иногда сотни миллионов), способных проникать в почву в поисках воды и питательных веществ и двигаться к ним (или от них, если речь идет о потенциально опасных веществах). Что происходит, если при движении к источнику пищи или воды корень встречает препятствие, например камень? Прекращается ли его рост? Изменяет ли он выбранную траекторию движения (например, от света или к свету)? Безусловно, нет.

Рис. 3–5. Усики Bryonia dioica

Лабораторные исследования показывают, что корень «касается» препятствия и продолжает расти, обвиваясь вокруг в попытке найти выход. За эту важную функцию отвечает корневое окончание, верхушка, которое обладает и многими другими удивительными возможностями, о которых мы поговорим позже, в главе 5. Таким образом, верхушка корня ощупывает препятствие, пытаясь понять его природу, и движется в соответствии с полученной информацией. Такая функция корней вполне понятна: если бы они не чувствовали почву и не умели обходить препятствия, как бы они могли расти на каменистой почве?

Существует ли аналогичная функция у других частей растения?

Что касается чувствительности надземной части растения, наилучшей иллюстрацией, безусловно, является поведение вьющихся растений (и всех растений с усиками). Рассмотрим, к примеру, горох. Это скромное маленькое растение выпускает множество нежных усиков, которые при контакте с какими-либо предметами мгновенно закручиваются, пытаясь обернуться вокруг них. Такое поведение характерно для многих растений, которые ощупывают предметы вокруг себя в поисках оптимальной опоры для роста и обхватывают ее. Нужны ли лучшие доказательства того, что растения обладают тактильным восприятием?

Данная способность весьма популярна в царстве растений. За последние 30 или 40 лет, с тех пор как стали проводиться соответствующие исследования, было установлено, что численность растений с таким поведением превышает численность прямостоящих растений и постоянно растет.

На минуту вообразите себя молодым побегом в чаще экваториального леса, где и встречается большинство вьющихся растений. Вы совсем маленькое растение, но перед вами стоит чрезвычайно трудная задача – дотянуться до света.

Рис. 3–6. Вьющееся растение ипомея пурпурная (Ipomea purpurea)

Простые вычисления показывают, что для выращивания достаточно высокого ствола вам понадобятся годы и колоссальные затраты энергии. Становится страшно? Но есть другое решение, легкий путь, который избирают вьющиеся растения. Как истинные лентяи, не способные преодолеть описанные выше трудности, они выбирают короткую дорогу – прикрепляются к уже выросшим стволам и вскоре достигают света, не затрачивая драгоценной энергии. Вам не кажется, что такое поведение не чуждо и некоторым людям?

Слух

Мы добрались до самого неочевидного свойства растений, вокруг которого ведутся горячие споры. Могут ли растения слышать нас? И если да, что мы можем им сказать? Если вы когда-нибудь занимались садоводством, задавали себе этот вопрос и даже экспериментировали, вероятнее всего, вы так и не получили ответа. Многие могут сказать, что их растения чувствуют себя лучше, когда с ними разговаривают. Другие заметят, что разговоры с растениями никак не влияют на их рост. Возможно, оба ответа справедливы, но чтобы понять, в чем дело, нужно сделать шаг назад.

Прежде всего, давайте опишем наш механизм слуха, т. е. дадим определение слуха в нашем представлении. У человека и у животных для восприятия звука существует специализированный орган – ухо. Мы знаем, что звук – на самом деле колебания воздуха, распространяющиеся в виде волн и улавливаемые ушной раковиной. Из ушной раковины звук направляется на барабанную перепонку (среде ухо), которая вибрирует, позволяя транслировать волны в звуки. Физические движения барабанной перепонки превращаются в электрические сигналы, передающие информацию в мозг по слуховому нерву. Таким образом, носителем звука является воздух; в безвоздушном пространстве (в вакууме) передача звуковой волны невозможна, и мы ничего не слышим.

У растений нет ушей. Но это не должно нас останавливать: мы уже знаем, что растения способны видеть, не имея глаз, ощущать вкус, не имея вкусовых сосочков, нюхать, не имея носа, и даже переваривать пищу, не имея желудка. Почему же отсутствие ушей должно им помешать слышать?

Растения способны видеть, не имея глаз, ощущать вкус, не имея вкусовых сосочков, нюхать, не имея носа, и даже переваривать пищу, не имея желудка.

Здесь вновь ощущается та великая роль, которую сыграла эволюция в расхождении растений и животных. В результате эволюции люди, как и многие другие животные, получили уши, расположенные на голове с двух сторон, чтобы улавливать распространяющиеся по воздуху звуковые волны. А вот растения используют другой носитель звуковых волн – почву.

Как же слышат растения? Так же, как и животные, не имеющие внешних ушей, а таких немало. Змеи, черви и многие другие животные не имеют ушей, однако они слышат. Как это возможно?

Дело в том, что такие животные и все растения эволюционировали на прекрасном проводнике колебательных движений. Вспомните фильмы, в которых индейцы прикладывают ухо к земле, чтобы услышать топот приближающихся лошадей. Растения (а также змеи, кроты, черви и другие животные) используют такую же технику.

Земля так хорошо проводит звук, что для того, чтобы слышать, не нужны уши. Вибрация может улавливаться всеми клетками растения благодаря наличию механочувствительных каналов, о которых мы говорили выше, обсуждая способность растений к тактильному восприятию. В растениях восприятие звука тоже диффузно, а не сконцентрировано в специализированном органе, как у человека. Звук улавливает все растение целиком, как будто все его надземные и подземные части покрыты миллионами маленьких ушей. Таким образом, как и все другие сенсорные способности растений, их способность слышать эволюционировала в характерных для них условиях существования, при которых половина растения (причем, наиболее чувствительная половина) находится под землей.

Итак, как и многие животные, живущие в непосредственном контакте с землей, растения не нуждаются в ушах или других аналогичных органах, поскольку прекрасно слышат и без них.

Функционирование механочувствительных каналов можно проиллюстрировать простым примером.

Вы были когда-нибудь на дискотеке? Если были, вы наверняка ощущали внутри себя, где-то в животе, своеобразное эхо, производимое сильной вибрацией. Даже глухие способны ощущать звук таким образом (особенно мощные басы), поскольку тело колеблется под влиянием звуковых волн. Так что представьте себе, что для растений вся Земля – это круглосуточная дискотека. Они используют именно такой способ восприятия звука, но гораздо более сложным образом.

Изучение слухового восприятия растений ведется уже давно, как в лабораторных, так и в полевых условиях, и дает интересные результаты. Недавно лабораторные исследования показали, что звук влияет на экспрессию генов в растениях. Один винодел из Монтальчино в сотрудничестве с Международной лабораторией нейробиологии растений и при финансовой поддержке компании Bose (лидер в области звуковых технологий) уже более пяти лет выращивает виноград под звуки музыки. Результаты этого эксперимента удивительны: при музыкальной поддержке лоза не только лучше растет, но и раньше приносит плоды, которые по цвету, вкусу и содержанию полифенолов богаче, чем виноград, которому нечего слушать.

Более того, музыка отгоняет насекомых, поскольку дезориентирует их. Музыкальное сопровождение позволяет значительно сократить использование инсектицидов. Появилось новое направление сельскохозяйственной биологии – сельскохозяйственная фонобиология. В 2011 г. Европейско-Бразильское бюро по устойчивому развитию (EUBRA) включило этот проект в список из сотни других проектов, призванных изменить «зеленую экономику» в ближайшие 20 лет.

Удивляют ли вас подобные факты? Уже многие годы музыка используется для лечения больных при инсульте, коматозном состоянии, эпилептических приступах, а также при нарушении сна. Музыка помогает нам расслабляться и учиться, она возбуждает и возвышает, вызывает удовольствие или раздражение. По-видимому, даже коровы любят музыку (классическую), так что ее использование стало обязательным условием для выращивания японской породы коров кобе, от которых получают знаменитое мраморное мясо. Что касается современной музыки, каждый, кто занимается индивидуальным спортом, знает, что некоторые музыкальные произведения действуют лучше допинга, поэтому на международных соревнованиях, включая нью-йоркский марафон, запрещено слушать музыку в наушниках. И хотя эти выводы были проверены и подтверждены в научных экспериментах с растениями, мы до сих пор не знаем, почему музыка оказывает такое действие. Но очевидно, что растения не могут отличать один тип музыки от другого, не говоря уже о том, что у них есть какие-либо предпочтения.

Ясно, что на рост растений влияет не характер музыки, а частота звука. Некоторые частоты, особенно низкие (от 100 до 500 Гц), способствуют прорастанию семян, росту растений и удлинению корней, тогда как высокие частоты оказывают ингибирующее действие.

Более поздние эксперименты на подземных частях растений показали, что корни распознают гораздо более широкий диапазон звуковых волн, чем надземные части, и что колебания могут влиять на направление роста корней по так называемому механизму фонотропизма (от греч. phonos — звук и trepein – поворачивать). Так что корни тоже слышат и могут распознавать звуковые частоты. В зависимости от типа колебаний они решают, двигаться ли в направлении источника звука или от него. Зачем нужна растению эта способность? Пока мы точно не знаем, но у нас есть первые предположения, о которых стоит рассказать.

Всего несколько лет назад считалось, что растения могут получать информацию, прислушиваясь к колебаниям почвы, но сами не могут производить звук и, следовательно, передавать полученную информацию различным частям собственного организма. Однако в 2012 г. в Италии было выполнено исследование, в котором было показано, что корни могут издавать звук, хотя пока неясно, как они это делают.

Растения могут издавать звуки, хоть и непонятно, как они это делают.

Издаваемые корнями звуки назвали «кликаньем», поскольку они слышатся как «клик». По всей видимости, эти слабенькие звуки являются результатом разрыва достаточно прочной клеточной стенки, состоящей из целлюлозы, в процессе роста клеток. Эти звуки производятся растением непреднамеренно, но могут иметь очень большое значение. Данное открытие позволяет по-новому взглянуть на общение между растениями. Тот факт, что корни издают и воспринимают звук, может открыть доступ к изучению ранее неизвестных подземных путей передачи информации.

Более того, в соответствии с данными, опубликованными в 2012 г., корни растений демонстрируют организованное поведение, свойственное группам особей и подразумевающее наличие коммуникационных сетей между корнями отдельных растений, необходимых для эффективного зондирования почвы и направленного роста. Это огромное преимущество для того, кто не имеет возможности изменить локализацию в ограниченном пространстве. О поведении групп мы подробнее поговорим в главе 5.

Если в дальнейшем подтвердится теория о том, что корни используют звук для обмена информацией, это вновь кардинально изменит наши представления о возможностях растений.

И 15 других чувств!

Таким образом, растения обладают теми же пятью чувствами, что и мы: они видят, слышат, ощущают запах, вкус и прикосновение. Следовательно, в сфере сенсорного восприятия они ничуть нам не уступают. Более того, они гораздо чувствительнее нас и обладают еще как минимум 15 другими чувствами, которыми мы не располагаем.

Появление некоторых из этих способностей объяснить легко. Например, растения умеют с высокой точностью определять влажность почвы и идентифицировать источники воды даже на большом расстоянии. Они используют своеобразный измеритель влажности – гигрометр (от греч. hygros — влажность и metron — мера), что чрезвычайно полезно для определения количества воды и источников воды в почве. Легко понять, зачем растениям понадобилось такое устройство, которое для нас, способных двигаться, не имеет столь большого значения. Растения обладают и другими удивительными способностями, например чувствуют гравитационные и электромагнитные поля (которые влияют на их рост) и могут распознавать и измерять градиенты химических веществ в воздухе и в почве.

Некоторые из этих чувствительных механизмов сосредоточены в корнях, другие в листьях, а третьи распределены по всему растению, но все они удивительно сложно устроены. Так, растение способно локализовать и идентифицировать следовые количества химических веществ, которые нужны ему для роста или представляют опасность, даже на расстоянии нескольких метров от корней. Наш нос куда менее чувствителен! Корни растения, почуявшие питательное вещество, поворачивают в его сторону и растут до тех пор, пока не дотянутся до него и не воспользуются им. Напротив, если растения обнаруживают ядовитые вещества или другие опасные для растений и животных химические компоненты (такие как свинец, кадмий или хром, которых, к сожалению, в почве становится все больше и больше), корни начинают двигаться в противоположном направлении с максимально возможной скоростью.

Рис. 3–7 а-г. Примеры гравитропизма. Растения ощущают силу гравитации: корни растут вдоль гравитационного вектора, а стволы и побеги – в противоположном направлении