я семена, они не смогут и не станут прорастать, пока не появятся требуемые условия.
«Эволюцией этого процесса управляет не столько семя, сколько проросток», — пояснила Кэрол. Хотя прорастание может оказаться успешным в любой момент повышения влажности почвы, по-настоящему важно то, что произойдет потом. Все вложения материнского растения в питание и распространение своих потомков станут бессмысленны, если семена проклюнутся в неподходящий сезон и быстро погибнут от жажды, холода, жары или недостатка освещения. Эти высокие эволюционные ставки привели к появлению высокоспециализированных сигналов, необходимых покоящимся семенам, чтобы пробудиться. Примеры самых замысловатых из них можно обнаружить у растений — выходцев с территорий, подверженных регулярным пожарам, где молодые растения лучше всего растут после того, как огонь опустошит округу и оставит слой богатой питательными веществами золы. Семена — от некоторых видов акаций и сумаха до ладанника и утесника — приспособились к этой системе и зачастую остаются совершенно водонепроницаемыми и неспособными к впитыванию влаги и набуханию до тех пор, пока экстремальный жар открытого огня не расколет их скорлупу или не уберет крошечные пробки, чтобы влага могла проникнуть внутрь. Некоторым видам также требуется воздействие горячих газов, входящих в состав дыма, или они реагируют на особые химические вещества, выделяющиеся из частично обугленного дерева. Специалисты по проращиванию иногда обжигают семена в течение короткого времени и окуривают дымом, симулируя пожар в лабораторных условиях. Для пустынных растений сложность заключается в том, чтобы отличить случайный ливень от продолжительных дождей, которые могут действительно напитать влагой жаждущий росток. Как именно они это делают, до сих пор остается неясным, но некоторые специалисты полагают, что в таких семенах имеются «дождемеры» — химические вещества, препятствующие прорастанию до тех пор, пока вокруг не окажется строго необходимое количество воды.
Кэрол Баскин и ее мужу ни один аспект биологии семян не кажется более интригующим, чем то, как семена засыпают и какими средствами можно заставить их пробудиться. «Это совершенно зачаровывает нас», — призналась она. Всего они с Джерри выделили 15 разных классов и уровней покоя семян и много вариантов для каждого случая. Они различаются на основании того, что именно погружает семя в состояние покоя (например, непроницаемая оболочка, недоразвитие зародыша, химические или экологические ограничители) и какова степень «глубины» этого состояния (насколько трудно из него выйти). Повсюду, от заднего двора их дома в Кентукки до Гавайских гор и холодных пустошей северо-восточного Китая они продолжают находить новые и неожиданные аспекты этого явления. Постоянно возвращаться к данному вопросу их заставляет понимание того, насколько плохо мы в действительности разбираемся в этом процессе. Все соглашаются, что высыхание важно, и ученые знают многие из химических веществ и генов, в нем участвующих, но как именно безжизненное с виду семя распознает такие разные параметры окружающей среды, как мороз, дым, жара, продолжительность светового дня и соотношение длин волн в доходящих до него солнечных лучах, остается загадкой. Даже границы между выходом из состояния покоя и началом прорастания четко не определены. В науке, как и в повседневной жизни, можно многое узнать о том, что происходит, без понимания механизма самого процесса. К примеру, я знаю, что происходит, когда я включаю свой компьютер. Я могу набирать на нем текст, искать что-то в интернете или развлекать бабушек и дедушек моего сына фотографиями и рассказами о его последних проделках. Но о том, как на самом деле работает компьютер, у меня нет даже самого туманного представления, что подтверждается моими частыми обращениями в службу технической поддержки. Наука лучше разбирается в состоянии покоя семян, чем я в компьютерах, но предстоит узнать еще очень многое, и потому это так увлекательно.
В конце разговора я спросил Кэрол, может ли анабиоз служить хорошей аналогией для покоя семян. (Когда наука не может дать полного ответа, вполне естественно обратиться к научной фантастике.) «Не совсем, — ответила она, — потому что семя остается активным». Это вызвало у меня улыбку: только биолог, занимающийся семенами, может назвать жесткое, сухое, никак себя не проявляющее семя в состоянии покоя «активным». Но Кэрол и многие другие полагают, что семена продолжают поддерживать метаболические процессы, как и любое живое существо, — просто они делают это очень-очень медленно.
Главный герой романа Герберта Уэллса «Когда спящий проснется», открыв глаза, обнаруживает, что мир преобразился. Прошло 200 лет, и все его знакомые мертвы. Но есть и хорошая новость: на его счете в банке набежало столько сложных процентов, что он стал самым богатым человеком в истории. Покой может быть сходным опытом для семени — в конце концов, Мафусаил проснулся в собственном маленьком саду. Для семян более типично находиться в состоянии покоя в течение одного сезона или, возможно, пары лет или десятилетий, но выигрыш остается значительным: благоприятные условия для роста и, при некоторой удаче, хороший участок земли. В романе Уэллса Спящий сразу встречает людей в странных одеждах, которые пытаются не дать ему заявить права на свое богатство. Семена также пробуждаются в обстановке конкуренции со случайными соседями, поскольку в течение всего времени их сна и многие годы до того в окружающей почве копились всевозможные другие семена.
Нигде больше в природе нет такой ситуации, которая складывается в почве, хранящей огромный запас разнообразных семян. Если сравнивать покой семян с анабиозом, то тогда семенные запасы почвы воплощают собой отложенную конкуренцию: сотни тысяч непримиримых соперников, относящихся к множеству видов и поколений, лежат бок о бок и ждут своего часа. Когда вдруг возникают нужные условия (особенно после пожара или другого серьезного нарушения растительного покрова), начинается напряженная борьба. Эта конкуренция между столь многими близкими соседями стала движущей силой эволюции семян, влияя на все, от размера семени и скорости прорастания до качества и количества запасенных питательных веществ. Некоторые специалисты полагают, что почвенный запас семян даже вводит новые генетические вариации в популяции растений, поскольку ДНК более старых семян зачастую начинает деградировать и накапливать случайные ошибки. Удивительное разнообразие и жизнеспособность семян могут даже побудить людей, изучающих запасы семян в почве, использовать самый редкий в научных трудах знак препинания — восклицательный. Чарльз Дарвин однажды получил 537 проростков из трех столовых ложек ила из пруда, который «весь умещался в кофейной чашке!».
Поскольку почвенные запасы семян сохраняются очень долго, они могут подарить интереснейшую картину прошлого. В случае Мафусаила «семенной банк» находился в древнем амбаре, но даже в природных условиях среди семян, сохранившихся в почве, зачастую обнаруживаются виды, давно исчезнувшие в данной местности. Экологи обращаются к почвенным семенным запасам, когда хотят получить представление об истории данного биотопа и узнать, какие растения здесь росли раньше. Увлечение Дарвина семенами началось, когда он наблюдал за мальвой — полевым и садовым цветком, проросшим там, где через густой тенистый лес проложили новую дорогу. Он пришел к выводу, что семена, по-видимому, лежали в почве «сотни лет не потревоженными» с тех самых пор, когда на этом месте еще не было леса, а находились возделанные поля. Самые поразительные примеры такого повторного возвращения к жизни появляются, когда нарушение почвенного покрова вскрывает давно погребенные запасы семян, иногда в самых неожиданных местах. Весной 1667 г. лондонцы пришли в изумление: их город зацвел. Внезапно появились поля золотых крестоцветных и других диких цветов, простираясь к северу от Темзы, где шестью месяцами ранее Большой пожар[12] уничтожил тысячи жилых и нежилых строений, обнажив землю и запасы семян, пролежавшие там много поколений.
Почвенные запасы семян могут показать нам картины прошлого, но для растений весь смысл состояния покоя заключен в будущем — в распространении своего потомства во времени. Пожалуй, никто не осознает этого лучше, чем садоводы и фермеры, занимающиеся прополкой сорняков на одних и тех же участках земли год за годом. В сущности, именно группа раздосадованных фермеров побудила профессора Уильяма Джеймса Била предпринять то, что стало одним из самых продолжительных научных экспериментов в истории. Ботаник из Мичиганского сельскохозяйственного колледжа (теперь Университет штата Мичиган), Бил начал свой проект осенью 1879 г. в ответ на просьбу местных фермеров. Они хотели знать, за сколько лет прополки и возделывания исчерпаются семена сорняков на их полях. Чтобы найти ответ, Бил аккуратно закопал 20 стеклянных бутылок на холме неподалеку от своего офиса. В каждой бутылке лежало по 50 семян 23 местных видов, выбранных «с целью проверить их в разное время в будущем». В течение следующих трех десятилетий Бил выкапывал каждые пять лет по бутылке, сажал семена и следил, сколько из них прорастет. Уходя на пенсию, он передал эксперимент более молодому коллеге (вместе с «картой сокровищ» — мест, где зарыл семена). Продолжатели эксперимента расширили временны́е рамки, так что последняя «бутылка Била» не будет выкопана до 2100 г. Неизвестно, работают ли потомки тех фермеров на тех же полях, но если и так, мы теперь знаем, что они будут по-прежнему выдергивать такие сорняки, как коровяк и просвирник пренебреженный. Семена обоих видов из бутылки, выкопанной в 2000 г., охотно проросли, проведя под землей 120 лет.
Многие сейчас рассматривают эксперимент Била как диковину — очаровательный привет из эры великих натуралистов XIX в. Его простая идея продолжает напоминать нам каждые пять лет, что семена могут долго, очень долго сохранять жизнеспособность. Но хотя современные методы исследования стали более сложными и изощренными, работа Била предопределила главные направления в изучении семян. Никогда прежде ученые не отправляли столько семян в будущее — миллиарды семян, относящихся к тысячам видов. Но вместо стеклянных бутылок мы теперь храним семена в защищенных камерах и ледяных арктических пещерах. Как и Джеймс Бил, современные хранители семян время от времени извлекают свои образцы и проращивают их; но, в отличие от профессора, они не пытаются разобраться со старыми запасами семян — они создают новые.