Жизнь в пограничном слое. Естественная и культурная история мхов

Как хорошо быть маленьким: жизнь в пограничном слое

За мое запястье держится плачущий малыш, и я удостаиваюсь неодобрительного взгляда от дамы с кислым лицом. Моя племянница безутешна — я заставила ее уцепиться за мою руку, чтобы перейти улицу. Теперь она вопит во весь голос: «Я совсем не такая маленькая, я хочу быть большой!» Если бы она знала, как быстро сбудется ее желание… Мы возвращаемся в машину, она рыдает, оскорбленная тем, что ее пристегнули к детскому креслу, я пытаюсь урезонить ее, напоминая о том, как хорошо быть маленькой. Она помещается в секретное убежище под кустом сирени, где брат ни за что не найдет ее. А как насчет того, чтобы послушать сказку, сидя на коленях у бабушки? Но нет, она не покупается на это и засыпает по пути домой, сжимая в руке веревочку своего нового воздушного змея, с той же недовольной миной.

Я принесла обросший мхом камень в ее детский сад, на занятие по науке, и спросила у ребят, что такое мох. Они не стали разбираться, к какому царству он принадлежит — животному, растительному или минеральному, и сразу перешли к главному: мох, он маленький. Дети мгновенно проникают в суть дела. Это самое очевидное свойство мхов колоссально влияет на способ их существования в мире.

Растения мха невелики, поскольку не обладают системой, способной поддерживать их в вертикальном положении. Мох крупного размера встречается большей частью в озерах и реках, где вода может справляться с его весом. Деревья высоки и стройны, поскольку имеют сосудистую ткань, ксилему, состоящую из толстостенных трубчатых клеток, через которые в дерево поступает вода. Мхи — самые примитивные из растений, они не смогли бы держаться прямо, если бы были выше. Отсутствие ксилемы означает также, что они не могут брать воду из почвы и гнать ее к листьям на вершине растения. Только растение в несколько сантиметров высотой, не больше, способно обеспечить себя водой.

Однако «маленький» не означает «неуспешный». Мхи успешны по всем биологическим меркам: они встречаются почти в любой экосистеме Земли, образуют двадцать две тысячи видов. Так же как моя племянница, находящая укромные места, чтобы прятаться, мох может обитать в самых разнообразных микросообществах, где плохо быть большим. Мох заполняет пространства, куда не проникают крупные растения, поселяется внутри трещин в асфальте тротуара, на ветвях дуба, на спине жука, на кромке утеса. Прекрасно приспособленный к миниатюрной обстановке, он сполна извлекает выгоду из своей малости и выбирается из своего мирка на свой страх и риск.

Бесспорно, деревья, с их развитой корневой системой и обширной кроной, — настоящие властелины леса. Обильно роняющие листья, они обладают конкурентным преимуществом, мох им не ровня. Если ты невелик, одно из последствий — невозможность конкурировать за солнечный свет: деревья всегда оттеснят тебя. Хлорофилл, содержащийся в листьях мха, не таков, как у его солнцелюбивых собратьев, он приспособлен к тому, чтобы получать свет, просачивающийся сквозь кроны деревьев.

Мха много во влажных местах, под густыми кронами вечнозеленых деревьев: там он образует плотный зеленый ковер. Однако в лиственных лесах мох практически не может выжить осенью, оказываясь под темным, влажным одеялом опавших листьев. Убежищем для него служат поленья и пни, возвышающиеся над лесной подстилкой, как холмы над равниной. Мху хорошо там, где деревьям не по себе, на твердых, не пропускающих влагу поверхностях — на камнях и скалах, на древесной коре. Изящно приспособившись к этим условиям, он не чувствует себя ущемленным — нет, он безраздельно повелевает средой, которую выбрал.

Мох обитает на поверхности камня, дерева, бревна — там, где земля и атмосфера впервые вступают в контакт. Это место, где встречаются воздух и почва, называют пограничным слоем. Плотно прилегая к камням и бревнам, мох хорошо знает очертания и строение подложки, которую устилает. Размер для него — не минус, а плюс, он позволяет извлечь выгоду из жизни в микросреде, которая возникает в пограничном слое.

Что представляет собой эта область взаимодействия между атмосферой и почвой? Каждая поверхность, маленькая, как у листа, или большая, как у холма, имеет пограничный слой. Каждый из нас соприкасался с ним в самых простых ситуациях. Вы растянулись на земле солнечным летним днем и смотрите, как на небе плывут облака: в действительности вы разместились на пограничном слое земной поверхности. Когда вы лежите на земле, скорость ветра не так высока, вы едва чувствуете дуновение, которое взъерошит ваши волосы, если вы встанете. Еще здесь тепло: нагретая солнцем земля излучает тепло, которое не уносит ветер, отсутствующий близ поверхности. Климат у самой земли не таков, как шестью футами выше. Эффект, свойственный каждой поверхности независимо от ее размеров.

Воздух кажется нематериальным, однако он вступает в любопытное взаимодействие с предметами, наподобие того, как текущая вода взаимодействует с речным ложем. Когда воздух движется над поверхностью (например, скалы), она меняет его поведение. Не встречая препятствий, воздух движется ровно, по прямой (так называемый безвихревой поток). Если бы мы могли увидеть его, он выглядел бы как свободно текущая вода в плавной, глубокой реке. Но воздух встречается с поверхностью, и сила трения уменьшает его скорость. Примером опять же послужит вода: в порожистых местах или там, где торчит бревно, течение реки замедляется. Безвихревого потока больше нет, он разделился на несколько потоков с различной скоростью. На самом верху воздух по-прежнему движется спокойно. Чуть ниже располагается зона турбулентности, где струи воздуха закручиваются, сталкиваясь с препятствиями. Чем ближе к поверхности, тем медленнее течет воздух, пока не становится совершенно неподвижным: его останавливает сила трения поверхности. Именно в этот слой вы попадаете, лежа на земле.

Я наблюдаю за этими слоями воздуха — в более крупном масштабе — каждой весной. В первый же теплый апрельский день наши чудесные воздушные змеи, которые всю зиму лежали на веранде и покрывались паутиной, начинают дрожать на ветру, напоминая о голубом небе. Мы берем их, чтобы поиграть в пограничном слое. В нашей закрытой со всех сторон долине ветра́ редко бывают настолько сильными, чтобы сразу же подхватить гигантских змеев-драконов, которых мы с детьми обожаем. А потому мы бешено носимся взад-вперед по заднему пастбищу, натыкаясь на коровьи лепешки и стараясь вызвать поток воздуха, достаточный, чтобы змей взмыл вверх. Вблизи земной поверхности ветер слишком слаб и неспособен справиться с весом змея, который оказывается в ловушке: воздушный поток не дотягивается до него. Лишь наши безумные прыжки позволяют змею подняться над слоем неподвижного воздуха и весело затанцевать на своей веревочке. Он резко дергается, угрожающе летит к земле: значит, попал в зону турбулентности. Наконец, веревка натягивается, и красно-желтый дракон плывет в свободно движущемся воздухе на большой высоте. Змеи созданы для области безвихревого потока, мох — для пограничного слоя.

Наше пастбище усеяно валунами, которые принес ледник. Я останавливаюсь, сажусь на один из них и разматываю веревку змея, слушая пение луговых жаворонков. Камень нагрет солнцем и мягок благодаря мху. Я представляю себе потоки воздуха, которые плавно обтекают его, пока не достигают поверхности, где живет мох. Солнечное тепло удерживается внутри тонкого слоя почти неподвижного воздуха. Последний служит своего рода изоляцией, препятствуя теплообмену, как мертвая зона в двойном окне. Вокруг меня дует прохладный ветерок, но у поверхности камня воздух намного теплее. Даже в дни, когда температура опускается ниже нуля, мох на залитом солнцем камне часто купается в воде. Будучи небольшим по размеру, он способен обитать в этом пограничном слое — чем-то вроде зеленой теплицы, парящей над поверхностью камня.

Пограничный слой удерживает не только тепло, но и водяные пары. Влага, которая испаряется с поверхности мокрого бревна, застревает в пограничном слое, образуя влажную зону, где мох отлично себя чувствует. Он растет только там, где сыро. Если мох высыхает, фотосинтез прекращается, а с ним и рост. Подходящие условия для роста создаются не всегда: вот почему мох растет так медленно. Жизнь внутри пограничного слоя расширяет окно возможностей — ветер не уносит влагу. Будучи достаточно небольшим, чтобы существовать в этом слое, мох оказывается в теплой и влажной среде обитания, неведомой большим растениям.

Кроме того, пограничный слой может улавливать газы. Химический состав атмосферы в тонком пограничном слое бревна не такой, как в остальном лесу. Гниющее бревно — дом для мириад микроорганизмов. Грибки и бактерии неустанно работают, разлагая древесину, так же неумолимо, как шар для сноса зданий. Твердое бревно становится рассыпчатым перегноем и испускает пары, богатые двуокисью углерода, которая также задерживается в пограничном слое. Концентрация частиц двуокиси углерода в окружающей нас атмосфере — примерно 380 частей на миллион. В пограничном слое бревна она намного (иногда десятикратно) выше. Двуокись углерода — это сырье для фотосинтеза, которое с готовностью поглощают влажные листья мха. Таким образом, пограничный слой не только создает микроклимат, способствующий росту мха, но и в изобилии поставляет последнему двуокись углерода. Зачем же обитать где-нибудь еще?

Быть маленьким — настолько, чтобы жить в пограничном слое, — немалое преимущество. Мох нашел для себя микросреду, где его размер становится сильной стороной. Рост мха резко останавливается, если побеги становятся слишком высокими и дотягиваются до зоны турбулентности с ее сухим воздухом. А потому можно предположить, что все без исключения мхи будут невелики по размерам: таковы ограничения, накладываемые пограничным слоем. И однако, мхи сильно отличаются по высоте: это соответствует разнице между кустом черники и красным деревом. Встречается и крошечная поросль миллиметровой высоты, и роскошные стебли, вырастающие до десяти сантиметров. Обычно это обусловлено разницей в толщине пограничного слоя, неодинакового в зависимости от среды обитания. У поверхности скалы, открытой ветрам и солнечным лучам, этот слой довольно тонок. В таких засушливых местах мох совсем миниатюрен — ему нужно оставаться в пределах защищающего его пограничного слоя. И напротив, мох, растущий на камне в сыром лесу, может быть довольно высоким и всё же не покидать благоприятного для него микроклимата: пограничный слой камня находится под защитой пограничного слоя леса. Деревья замедляют скорость ветра, а их тень препятствует испарению влаги, что создает буферную зону между мхом и иссушивающей атмосферой. Чем толще пограничный слой, тем больше шансов, что мох окажется крупным.

Мох также способен регулировать толщину собственного пограничного слоя, меняя форму. Любой выступ на поверхности, увеличивающий силу трения, которая возникает вследствие движения воздуха, снижает скорость этого движения и увеличивает толщину пограничного слоя. Неровная поверхность замедляет воздух эффективнее, чем гладкая. Представьте, что вы застигнуты жестокой метелью на равнине, ветер швыряет снег вам в лицо. Чтобы спастись от ветра, вы ложитесь, находя убежище в пограничном слое земли. Если бы у вас был выбор, где бы вы легли — на голом месте или в поле, заросшем высокой травой? Трава замедляет поток воздуха и создает более обширный пограничный слой, помогая вашему телу сохранить тепло. Тот же принцип использует и мох, чтобы расширить пограничный слой поверх себя. Сама текстура поверхности мха способна стать препятствием для воздушного потока. Чем больше сопротивление, тем толще пограничный слой. Наподобие поля, заросшего высокой травой, только в миниатюре, побеги мха адаптируются к ситуации и встают на пути движущегося воздуха. У многих видов имеются узкие длинные листья, стоящие вертикально — для замедления воздушного потока. В сухих местах листья мха часто обладают густой опушкой, длинными отогнутыми кончиками или крошечными шипами. Эти выступы на поверхности листьев также замедляют движение воздуха и уменьшают испарение живительной влаги, утолщая пограничный слой.

В засушливых местах мох часто получает свою дневную порцию воды благодаря росе. Взаимодействие между атмосферой и поверхностью камня создает условия для выпадения росы. Ночью, когда полученное от солнца тепло уходит, разница температур между поверхностью камня (всё еще сохраняющей часть этого тепла) и воздуха может привести к формированию конденсата. Тонкая пленка росы создается как раз в месте этого взаимодействия, и мох охотно поглощает образовавшуюся влагу. Лишь крохотные существа способны извлечь выгоду из такого небольшого и быстро исчезающего запаса влаги посреди пустыни.

Пограничный слой, где царят покой и безопасность, — надежное убежище для мха. Но та же самая питательная среда, которая позволяет ему достичь зрелости, создает проблемы для следующего поколения. Как и моя племянница, мох хочет освободиться из-под опеки старших и найти собственное место для проживания. Мох размножается при помощи спор, крохотных клеточек-пылинок, которые разносятся ветром далеко от места их образования. Большинство спор неспособны размножаться в лиственном ковре, созданном их родителями, и им необходимо уйти прочь. Но потоки воздуха в пограничном слое недостаточно сильны, чтобы унести их. Чтобы помочь им поймать ветер и покинуть родительский дом, мох помещает свои споры на длинные ножки, торчащие над пограничным слоем. Быстро созревающие спорофиты устремляются вверх, сквозь пограничный слой, словно воздушные змеи на ветру. Они ничем не отличаются от молодежи любого другого вида, желая избавиться от ограничений, наложенных старшими, и найти свободу на просторе.

Длина ножки прямо зависит от толщины пограничного слоя: в лесу ножка должна быть высокой, чтобы поймать легкий ветерок, дующий над лесной подстилкой, а у мхов, растущих в открытых местах, ножка обычно короткая.

Мох завладевает пространствами, которые недоступны другим растениям из-за их размера. Весь образ жизни мха — это прославление малости. Он добивается успеха благодаря уникальной форме, позволяющей поставить себе на службу законы взаимодействия между воздухом и землей. Ограничения, которым он подвергается из-за небольшого размера, становятся источником его силы. Попробуйте втолковать это моей племяннице.