Движение как реакция растения на освещение — раскрытие и закрытие цветов, поднимание, обращение и опускание листьев и целых соцветий и прочее — издавна привлекало к себе внимание ученых и практиков.
В разные времена движения растений изучало много выдающихся ученых. Одним из первых интересные научные опыты по изучению движения растений под действием света провел французский астроном Жан-Жак де Меран. Еще в первой половине XVIII столетия он обнаружил у чувствительного к свету гелиотропа движения листков, которые отвечали периодам «сна и бодрствования». Растение вело себя в темноте так же, как если его постоянно держали на свету: оно по-прежнему «просыпалось» на рассвете, листочки его надень раскрывались, а на ночь свертывались, опускались.
В свое время движением лепестков и листьев у растений интересовался крупный ученый и поэт М.В. Ломоносов. Он даже проводил специальные опыты, чтобы вызвать движение частей растений под влиянием искусственного освещения.
Подобные опыты проводили французский ученый Генри-Луи Дюамель, а со временем и швейцарский ботаник О. Декандоль. Они также подтвердили, что растения будто имеют живые часы и осуществляют свои суточные ритмы в зависимости от восхода и захода солнца. Позднее ритмику суточных движений у растений (у календулы) наблюдал немецкий ботаник Вильгельм Пфеффер. Он установил зависимость этого явления от осмотического давления и силы тяжести, земного тяготения.
Большим шагом вперед в раскрытии тайн жизни растений стали работы крупного русского ученого К.А. Тимирязева по изучению зависимости фотосинтеза от интенсивности освещения и роли в этом зеленого пигмента — хлорофилла.
Дальнейшее развитие физиологии растений позволило более детально изучить разнообразные особенности их движения. Установлено, что разные виды движения у растений развились как приспособительная реакция на условия существования, такие, как смена дня и ночи, их продолжительность, интенсивность освещения, смена тепла и холода, колебание влажности воздуха и атмосферного давления, влияние газового состава воздуха, действие электрических и магнитных полей, географическое положение и много других. Чарльз Дарвин в своих опытах с виргинским табаком и иными растениями отмечал закономерное движение листьев при смене «сна» и «бодрствования» у растений. Вследствие наблюдений ученый пришел к выводу, что во время сна листья всегда принимают такое положение, чтобы их поверхность, обращенная к ночному небу, была как можно меньшей. Иначе говоря, в процессе эволюции, путем естественного отбора растения приобрели способность ограждаться от холода и предотвращать потери тепла из-за излучения. А это как раз и связано с тем, какое положение принимают их листья ночью. Серией опытов Чарльз Дарвин доказал, что растения с опущенными — спящими — листьями выживали в холоде намного лучше, чем подопытные, лишенные возможности поднимать и опускать листья.
Движения растений, в особенности их листьев и цветов, под влиянием света называют фототропизом (от греческих слов фотос — свет и тропос — возвращение). Они осуществляются не кое-как и не в любое время, а строго регламентированно, ритмично, в зависимости от освещения, смены дня и ночи, температуры воздуха и действия многих других факторов. Такая поступательность движений определяется способностью растений реагировать на условия жизни, запрограммированные их генетическим кодом.
В осуществлении двигательных реакций растениям помогают раздражимость и способность передавать раздражения по тканевым жидкостям. Большое значение в этом отношении имеет также степень наполнения растительных клеток и тканей жидкостью — тургором, который придает растениям прочность и поддерживает листья и стебли в вертикальном положении. Кроме того, на движение частей растения влияют испарение воды через листья и стебли, разные ферменты и биологически активные вещества, а также гравитация — земное притяжение.
Хорошо изучено движение листвы у мимозы. Обычно у нас так называют растение с перистой листвой и пушистыми соцветиями, веточки которого завозят с юга. Однако это не мимоза, а акация серебристая. Настоящая мимоза, которая также имеет сложные перистые листья, — жительница далекой Австралии. Она прославилась тем, что ее листочки при ударе, прикосновении, даже легком порыве ветра складываются попарно, а затем опускаются. Отсюда и пошло название растения — мимоза стыдливая, или мимоза-недотрога. У себя на родине мимоза таким образом оберегает листочки и цветы от повреждений во время тропических ливней, вихрей, ураганов.
Есть очень чувствительные растения, которые реагируют на малейшие раздражения листвы, цветов, других частей. Это растения-хищники, имеющие специальные органы, которые улавливают и переваривают насекомых. Наиболее известны из них росянка, росолистник, венерина мухоловка, водяная лилия непентес, альдровада пузырчатая, дарлингтония, саррацения, цефалотия и прочие.
Большинство растений — светолюбивы, хотя есть немало и таких, которые боятся слишком яркого света. А некоторые, как, например, уже знакомый нам подсолнух, не только не боятся прямых солнечных лучей, а наоборот — целыми днями ловят их, вращаясь за ними следом.
Движение цветов подсолнуха и многих других растений за солнцем называют гелиотропизмом (от греческих слов гелиос — солнце и тропос — возвращение). По сути, это один из вариантов фототропизма. В основе механизма такого движения лежат сложные физиологические процессы, о которых уже было сказано. Определенное значение имеет и то, что с освещенной стороны в тканях растения усиливается испарение воды, масса его клеток становится меньше, чем на затемненной стороне, и это облегчает наклон соцветия — шапки подсолнуха, в частности, — в направлении солнца. Кроме того, и это, наверное, важно, скорость роста клеток и тканей на освещенной стороне замедляется, а на затемненной — ускоряется. Вследствие действия этих факторов шапка подсолнуха и вращается за солнцем.
Не менее солнцелюбива и отава — однолетнее травянистое растение из семейства сложноцветных. В нашей стране отава встречается почти везде во влажных местах — на берегах ручьев, рек, на протоках и болотах. Ее расцветшие головки-корзиночки так же оборачиваются вслед за солнцем, как и головки подсолнуха. А взгляните на куст шиповника. Он со всех сторон осыпан цветами. Они, оказывается, тоже следят за солнцем: утром смотрят восточнее, днем — на солнце, которое движется по небу, а вечером провожают его за горизонт.
Шиповник — настоящий солнцепоклонник. Но так реагируют лишь цветы, которые растут на солнечной стороне. Те, что находятся на северной стороне или затенены в глубине куста, смотрят вверх или в открытую сторону.
Собирая на лесных полянах землянику, присмотритесь к ягодам, они могут вам кое-что рассказать о сторонах света.
• Спелая ягода всегда краснее с южной стороны и зеленее с северной.
И не случайно: чтобы созреть, ягоды требуют много тепла и солнечного света. Если кустики земляники растут вокруг пня или дерева, то ягоды скорее созреют на южной стороне.
Животные также могут помочь определить направление по линии север-юг. Очень удобно пользоваться для этого подсказкой муравьев, а точнее, строением их муравейников.
• Эти теплолюбивые насекомые обычно строят свои груды-пирамиды над подземным жильем с южной стороны дерева или пня. Южная сторона муравейника, которая лучше прогревается солнцем, всегда более пологая.
Если муравейник стоит на открытом месте, это общее правило остается в силе: южная сторона более пологая, длинная, а северная — более крутая и короткая.
Кое-что могут подсказать и птицы.
• Так, в средней и северной полосах России птицы строят свои гнезда большей частью на южной, более теплой стороне деревьев, кустов или зданий.
• Дятел выдалбливает себе дупло в старом дереве всегда отверстием на юг.
Он будто знает, что в средней полосе страны дожди и ветры чаще бывают с северо-запада. Дятел и зимнее дупло выдалбливает отверстием на юг.
• Отдают предпочтение домикам и дуплам с входом на юг и юго-восток и скворцы.
А посмотрите, как осенью или зимой устраиваются на ночевку в стогах сена воробьи.
• Они терпеливо выдергивают травинки или соломинки, чтобы создать свое пристанище, и всегда — с южной или западной стороны. А вот с холодной северной или восточной стороны вы не найдете их ночлежек.
Следует, однако, учитывать, что издавна известна такая народная примета:
• Перед холодным летом птицы строят гнезда на солнечной стороне деревьев, а перед теплым — на теневой стороне.
А вот ласточки в городах этого правила не придерживаются.
Еще рискованнее определять линию север-юг по подсказке перелетных птиц, которые улетают осенью в теплые края. Дело в том, что птицы не всегда летят строго на юг, и если судить по их полету о сторонах света, то можно ошибиться. Однажды такое произошло даже с двумя опытными охотниками. Один из них был профессор-геолог, второй — известный писатель-натуралист, замечательный знаток птиц Виталий Бианки. Именно он и описал этот случай в рассказе «Кроткое озеро Сарыкуль».
В теплый осенний день они охотились на озере Большой Сарыкуль, на юго-восток от Челябинска. Интересное было озеро. Много километров можно было пройти по его густым камышам, а вода не поднималась выше охотничьих сапог. Охотники с азартом стреляли дичь, а хватились — забыли, в какую сторону идти назад. Солнца в тот день не было видно: оно пряталось за тучами и мглой. В небе время от времени пролетали стаи уток, гусей, журавлей. Птицы спешили в теплые края. «Пойдем вслед за птицами и выйдем прямо на юг», — решили охотники. Так и сделали. Прошел час, второй, третий, а берега нет. Куда ни глянь — бесконечные камыши. И только тогда охотники вспомнили, что, улетая на юг, птицы летят не по прямой, часто их пролетные пути направлены на юго-запад, они делают углы, зигзаги, повороты. А утки и гуси над огромным озером долго кружат — питаются, жируют. Выручила охотников стайка ронжей — представителей семейства вороновых. Ронжи летели над озером прямо к берегу — как и следует «сухопутной» птице. Охотники пошли вслед за ними.