Для исследования всех этих многочисленных движений пришлось использовать различные технологии видеосъемки. Аистник некоторые движения совершает крайне медленно, и для их фиксации потребовалось применить методы, изобретенные Пфеффером, а для исследования сверхбыстрых движений, чтобы иметь возможность понять все в деталях, пришлось снять видео, которое потом можно было просматривать в очень медленном темпе. Анализ медленных движений, особенно тех, что совершаются уже на поверхности почвы, потребовал использования покадровой съемки, специально разработанной для визуализации процесса ввинчивания семени в почву за счет разницы между уровнями дневной и ночной влажности. Для того чтобы снять процесс выброса семян и их приземления на почву, пришлось применить специальную видеотехнику скоростной съемки.
Это не было тривиальной задачей. В нашей лаборатории мы все – эксперты по покадровой съемке, но у нас нет никакого опыта съемки скоростных процессов, необходимой для изучения процесса взрыва семенной коробочки. Подобные съемки требовали иной аппаратуры и иных навыков, нам пришлось учиться этому с нуля. Поначалу у нас не было никаких идей, как снять сам момент взрыва: предлагались самые разные решения, от достаточно наивных, разработанных нами, до весьма причудливых, предложенных нам друзьями, заходившими в лабораторию и чувствовавших себя обязанными дать совет.
В конце концов, предложений накопилось больше, чем требовалось, мы просто тонули в них. Главная проблема заключалась в том, что нам недостаточно было заснять один или парочку выбросов семян: нам надо было снять в буквальном смысле тысячи подобных «взрывов», причем при разных температурах и показателях влажности, на разных почвах, имитирующих по возможности внеземные условия. Нам нужна была вдобавок техника, которая бы позволяла заставить семена вылетать по команде, в момент полной готовности необходимых условий эксперимента.
Прошел почти месяц, а у нас не было никакого решения, кроме самого простого – отправить экспериментатора с камерой ждать, пока растение само решит «взорваться». Нам нужны были тысячи фотографий в секунду, снятых с высоким разрешением, то есть объем информации должен был бы превысить все разумные пределы (многие гигабайты в секунду). У нас не было хранилищ для такого объема данных, а ведь для исследований понадобились бы часы съемки! Мы оказались в тупике. За месяц мы обессмертили всего парочку «взрывов» семенной коробочки аистника, а идей, что делать дальше, не было. Пока не наступил один прекрасный день, когда решение пришло совершенно неожиданно (или, точнее, по счастливой случайности), и его принес школьник, пришедший в лабораторию на экскурсию. Все, кто приходят в лабораторию, будь они юными студентами или пожилыми дамами, обязаны прослушать краткую инструкцию о том, как надо себя вести в научном учреждении, и что нельзя ничего трогать. Этот запрет помогает, как избежать повреждения тонких инструментов или вмешательства в эксперимент, так и несчастных случаев с посетителями. Но, к счастью, в этот раз один из школьников решил нарушить запрет.
Подойдя к аппаратуре, предназначенной для опытов с аистником, пока один из наших сотрудников рассказывал об особенностях этого растения, мальчишка воскликнул: «А, круто, аистник!» Он вытащил из кармана тонкую деревянную палочку и начал ею тыкать в семена, висевшие на растении, в то место, где они крепились к стеблю, вызвав их внезапный выброс. Пока учительница, которая сопровождала детей, извинялась за недисциплинированного ученика, я застыл, пораженный результатом такого простого действия. Мальчик оказался родом из окрестностей Флоренции, где растет в изобилии аистник, и научился, бегая по лугам во время игр, устраивать «салют» из семян. Достаточно легкого толчка в место, где семена соединены друг с другом, и упругая сила рвет связь, и семена разлетаются. Наконец у нас была идея, как заставить семена разлетаться, мы получили «контролируемый взрыв». Да защитит Господь недисциплинированных детишек!
Длинные усики Аистника цикутного выполняют двойную задачу: они играют роль двигателей при выбрасывании семян весной и служат буром при посеве их в землю.
Результаты исследований показали, что каждая деталь семени аистника имеет свою особую функцию. Способность пробуравить землю и зарыться в нее обеспечивается:
а) геометрией семени;
б) структурой усиков и их способностью двигаться, используя изменение влажности;
в) наличию у усика неактивного участка;
г) волоскам, растущим на плодолистике и на усиках.
Собранные нами данные были использованы для создания модели двигательной активности аистника, мы передали ее в ЕКА вместе с отчетом (тот, кто заинтересуется, может найти его в Сети), в котором подробно описали все характеристики этого поразительного явления растительного мира.
Может быть, однажды кто-нибудь на самом деле решит построить зонд для космических исследований, основанный на этих принципах. Я был бы счастлив. Мы сделали все, чтобы это стало возможным.
F. Darwin, The address of the president of the british association for the advancement of science, «Science – New series», 716 (28), 1908, стр. 353–362.
C. Dawson, A.-M. Rocca, J.F.V. Vincent, How pine cones open, «Nature», 390, 1997, стр. 668.
M. Ma et al., Bio-inspired polymer composite actuator and generator driven by water gradients, «Science», 339 (6116), 2013, стр. 186–189.
S. Mancuso et al., Subsurface investigation and interaction by self-burying bio-inspired probes. Self-burial strategy and performance in Erodium cicutarium – SeeDriller. Окончательный отчет, по заказу ЕКА, 2014, доступен на сайте: www.esa.int/gsp/ACT/doc/ARI/ARI%20Study%20Report/ACT-RPTBIO- ARI-12-6401-elfburying.pdf.
C. Robertson McClung, Plant circadian rhythms, «The plant cell», 18 (4), 2006, стр. 792–803.
VКапсикофаги и другие рабы растений
Когда принимаешь наркотики, твоей возлюбленной становится наркоторговец.
Кстати, бытующее мнение, что специи использовались изначально для сокрытия запаха протухшей еды, не выдерживает критики. Те, кто мог позволить себе специи, не держали дома протухшего мяса, и в любом случае специи были слишком большой драгоценностью, чтобы использовать их подобным образом.
Фельзума (Phelsuma ornate) – небольшой дневной эндемичный геккон, живущий на Маврикии, играет роль опылителя для многих растений острова.
Искусство манипуляций
Очевидно, что растения не могут покинуть место, где родились. Поэтому они вынуждены сотрудничать с животными, особенно в важные моменты своей жизни. Растения пользуются способностью животных перемещаться для того, чтобы распространить семена, для более надежного опыления или даже в целях обороны. Примеры подобной кооперации неисчислимы, и они выгодны для всех ее участников. Обычно животных за оказанные услуги ждет награда: насекомые, помогая опылению, получают порцию вкусного и богатого калориями нектара; птицы, распространяя семена, лакомятся вкусными фруктами, а лучший в этом мире сеятель, человек, в обмен на пищу, украшения для дома и другие нужные вещи, заботится о растениях, в которых нуждается.
Однако все не так просто, как представляется на первый взгляд. Во многих ситуациях поведение растений более хитроумно и скрытно, чем кажется, и некоторые услуги они получают от животных без какой-либо благодарности со своей стороны. Семена лопуха – растение, которое вдохновило инженеров на создание застежки-липучки, – как и семена многих других «автостопщиков», переезжают на шерсти животных совершенно бесплатно. Во многих случаях поразительные способности растений к мимикрии помогают обмануть животных к выгоде и удобству растений. Ничего нового: на самом деле, обман и дезинформация являются универсальным инструментом для выживания всех живых существ, включая растения. Самое интересное – это те удивительные методы, которые растения применяют, чтобы манипулировать животными (я нахожу, что термин «манипулировать» вполне адекватен явлению).
Репей чертополоха (Dipsacus fullonum) может служить примером плода, эволюционировавшего так, чтобы цепляться за шерсть животных. Существуют даже специальные щетки для вычесывания репьев.
Дилеры и потребители экстрафлорального нектара
В середине XIX века известный итальянский ботаник, сегодня абсолютно забытый, Федерико Дельпино (1833–1905) и великий Чарлз Дарвин вели оживленную переписку, обсуждая цветочный нектар. Нектар интересовал обоих, но ученые придерживались диаметрально противоположных мнений. Многие виды растений способны производить нектар и не только в цветах, обычно полагаемых местом его хранения, но и на стеблях, ветвях и даже оборотной стороне листьев. Функция нектара в цветах понятна – им питаются те, кто их опыляет. Однако зачем нужен экстрафлоральный[12] – долгое время оставалось загадкой. Дарвин полагал, что жидкости, выделяемые вне цветка, служат растениям для вывода отходов. Таким образом, он предлагал рассматривать места выхода экстрафлоральных нектаров чем-то вроде органов выделения, предназначенных для вывода ненужных веществ. Дарвин вдобавок полагал, что цветочный нектар сформировался в процессе эволюции этих выделительных органов.
Растение Nesocodon mauritianus – редкий эндемичный вид, растущий на острове Маврикий. Оно стало известным в 80-е годы ХХ века, когда ботаники обнаружили, что его цветы производят красный нектар, привлекающий гекконов, которые его опыляют.
Выводы Дарвина не удовлетворили Дельпино. Зачем растениям нужно было бы выводить отходы в концентрированном растворе сахара, ведь это требует дополнительных затрат энергии. Это казалось биологу маловероятным. Вещество, содержащее такое количество сахара, никак нельзя было назвать «отходами». По мнению Дельпино, использование столь драгоценных ресурсов должно было приносить растению некие дополнительные выгоды. Он полагал, что экстрафлоральные нектары играли ту же роль, что и нектары в цветах – привлекать насекомых. Непонятным было только, зачем растению нужны были эти насекомые. Присутствие их в цветах было оправдано, но какую пользу могли растению принести насекомые на ветках и стебле? И Дельпино нашел ответ, открыв явление мирмекофилии (от двух греческих слов: