Жизнь в пограничном слое. Естественная и культурная история мхов

Назад к пруду

Я ёжусь на сыром ветру, но не могу заставить себя закрыть окно этой апрельской ночью, когда зима плавно переходит в весну. В воздухе слышны негромкие крики квакш, но мне этого недостаточно, мне нужно больше. Поэтому я спускаюсь, накидываю пуховик на ночную рубашку, сую голые ноги в ботинки «Сорел» и покидаю кухню с ее печным теплом. Шнурки волочатся по пятнам нерастаявшего снега, я тащусь к пруду близ дома, вдыхая запах влажной земли. Пруд притягивает меня. Приближаться к нему — значит выслушивать нарастающий гул сплетенных голосов. Я снова ёжусь. Воздух буквально пульсирует от зова множества квакш, нейлоновая оболочка моей куртки подрагивает. Я поражаюсь тому, сколь громок этот зов: от него я проснулась, а квакши перебрались обратно к пруду. Неужели мы говорим на одном языке и устремляемся в одно и то же место? у квакш есть свой план. А что заставляет меня стоять неподвижно среди этого потока звуков?

Услыхав этот звонкий зов, все окрестные квакши стягиваются к месту сбора, чтобы поучаствовать в весеннем ритуале массового оплодотворения. Самки отложат свои икринки на мелководье, самцы зальют их молочно-белой спермой. Покрытые желатинообразной массой икринки начнут созревать и станут сперва головастиками, а к концу лета — взрослыми лягушками: к тому времени их родители давно уже вернутся в лес. Бóльшую часть своей взрослой жизни весенние квакши проводят как одинокие древесные лягушки, путешествуя по лесной подстилке. Они способны преодолевать большие расстояния, но все до одной обязаны вернуться в воду для размножения. В ходе своей эволюции земноводные оказались привязаны к водоемам: эти самые примитивные из позвоночных перестали обитать в воде, как их предки, и выбрались на сушу.

Мхи — это земноводные в мире растений. Они первыми совершили эволюционный шаг к жизни на суше, оказавшись на полпути между водорослями и сухопутными высшими растениями. У них развились органы, помогающие выжить на суше и, более того, в пустыне. Но, как и квакши, мхи обязаны вернуться к воде, чтобы произвести потомство. Так как у мхов нет ног, им приходится воспроизводить водоемы предков на ветвях, где они обитают.

На следующий день я вернулась к пруду, где теперь царило спокойствие, за листьями болотных бархатцев, чтобы приготовить из них обед. Нагнувшись к бархатцам, я увидела последствия прошлой ночи — множество яиц на залитом солнце мелководье. Они набросаны между зеленых водорослей, поверхность которых усеяна пузырьками кислорода. Я смотрю на то, как пузырьки всплывают и лопаются.

У народа зуни есть поверье: вначале мир состоял из облаков и воды, но потом от союза солнца и воды родились зеленые водоросли. От водорослей произошли все виды жизни. Наука говорит нам, что перед тем, как мир стал зеленым, жизнь существовала только в воде. В мелких бухтах волны накатывали на пустой берег. На освещенном солнце не было ни единого деревца, а значит, и тени. Атмосфера в те давние времена не содержала озона, и солнце со всей силой обрушивалось на землю — смертельный поток ультрафиолетовой радиации, повреждающий ДНК любого живого существа, которое осмеливается вылезти на берег.

Но вода в море и во внутренних водоемах задерживала ультрафиолетовые лучи, и водоросли изо всех сил меняли ход эволюции, совсем как в легенде народа зуни. Пузырики кислорода отрывались от лент водорослей — выхлопные газы фотосинтеза, благодаря которым в атмосфере накапливались молекула за молекулой. Кислород, эта новая сущность, вступал в реакцию с сильным солнечным излучением в стратосфере: так образовался озоновый слой, который в один прекрасный день возьмет под свою защиту всех живущих на планете. Только тогда поверхность земли стала достаточно безопасной, чтобы на ней зародилась жизнь.

Пресноводные пруды стали удобным обиталищем для зеленых водорослей. Поддерживаемые водой и постоянно получающие питательные вещества, водоросли не нуждаются в сложном устройстве: ни корней, ни листьев, ни цветков — лишь переплетение волокон, способных улавливать солнечный свет. Спаривание в теплой жидкости не представляло никакого труда. Отсоединяясь от скользких лент, яйцеклетки бесцельно плавали в воде, куда в изобилии выпускалась сперма. От этого случайного слияния яйцеклеток и спермы вырастали новые водоросли, не нуждавшиеся в оберегающем чреве — вода доставляла всё, что им было нужно.

Кто знает, как это случилось — переход от беззаботной жизни в воде к суровой жизни на суше? Может быть, водоемы высохли, и водоросли растянулись на дне, напоминая рыб, вытащенных из воды. Может быть, водоросли заселили тенистые расселины на скалистом берегу. Ископаемые останки сообщают нам об успешном результате и редко — о процессе. Но мы знаем, что в девонский период, триста пятьдесят миллионов лет назад, самые примитивные из всех известных нам сухопутных растений выбрались из воды и попытались обосноваться на суше. Этими первопроходцами были мхи.

Оставить беззаботную жизнь в воде и рискнуть поселиться на суше было чрезвычайно смелым решением. Главной проблемой стало размножение. Предки водорослей отказались от схемы с плавающими яйцеклетками и потоками спермы: в воде она работала прекрасно, но для суши была непригодна. Высыхание пруда означает гибель для лягушачьих яиц; точно так же иссушающий воздух обрек бы на смерть яйцеклетки водорослей. Жизненный цикл мха сложился с учетом этих обстоятельств.

Наполнив корзинку зелеными листьями, я вынимаю старую банку для консервирования и зачерпываю воду, кишащую лягушачьими икринками. Пусть мои девочки посмотрят, как они превращаются в головастиков. В детстве это очаровывало меня: видеть, как у черной точки посреди икринки вырастают ноги и хвостик. Объемные, округлые икринки напоминают мне о беременности, о тогдашних ощущениях — я вхожу в теплый пруд со своим собственным извивающимся головастиком внутри. Все мы, каждый по-своему, возвращаемся в пруд для размножения, воссоединяясь с матерью-водой. Берег пруда покрыт мхом, и я беру комок. Его можно положить под микроскоп и показать детям.

Чтобы выжить на суше, мхи перешли к совершенно новому внутреннему устройству, более совершенному, чем у простых водорослей. Вместо свободно колеблющихся в воде лент — стебли, способные держаться прямо. Под микроскопом видны изящные завитки листочков и крошечные корневидные ризоиды — коричневые нити, которые крепят мох к земле. На вершине побега листья выглядят иначе, они собраны в плотный пучок. Под прилегающими друг к другу листьями на вершине скрыт невидимый архегоний — женский орган. Я осторожно раздвигаю листья, желая посмотреть, что там внутри, и обнаруживаю три-четыре структуры каштанового цвета, напоминающие бутылки с длинными горлышками. На другом стебле, в пазухе листа, находится еще один пучок волосовидных листьев. Отодвинув их в сторону, я вижу скопление колбасовидных мешочков, каждый из которых зеленый и выпуклый. Это антеридий, мужской орган, полный спермы и готовый ее выпустить.

Мхи придумали много нового, чтобы справиться с трудностями размножения на сухой земле. Яйцеклетка сохраняется внутри женского растения, а не выкидывается в воду. Все современные растения, от папоротников до елей, применяют эту стратегию, некогда изобретенную мхами. Утолщение внизу архегония, наподобие живота-защитника, лелеет сперму. Собранные вместе листья задерживают воду, не дают яйцеклетке высохнуть, создают водную среду, в которой может плавать сперма. Неоплодотворенная яйцеклетка спокойно сидит внутри архегония и ждет.

Но подвести сперму к яйцеклетке — невероятно сложная задача. Первое препятствие — элементарная нехватка воды, которую нелегко достать на суше. Чтобы добраться до яйцеклетки, сперме нужна сплошная пленка воды. Туго упакованные листья улавливают дождевую воду и росу. Капиллярные каналы между листьями образуют прозрачный водовод, перекинутый от мужского органа к женскому. Малейший перебой с водой — и сперма не достигнет яйцеклетки. Идет состязание между спермой и испарением, стремящимся разрушить этот временный водовод. Если мох не будет увлажнен при помощи дождевой воды, росы или брызг водопада, сперма не сможет двигаться, и яйцеклетка останется неоплодотворенной. В засушливые годы размножение почти полностью приостанавливается.

Мох производит сперму в больших количествах, но каждая ее частичка имеет исчезающе малые шансы найти яйцеклетку. В отличие от самок квакши, так настойчиво зовущих самцов, сперме мха никто не сообщает, как добраться до места назначения, и она бессистемно плавает в тончайшем слое воды. Бóльшая часть клеток пропадает в лабиринте листьев. Маленькие сперматозоиды — неважные пловцы, запас энергии для путешествия у них невелик. После выхода из антеридия начинают тикать «часики», определяющие их способность к выживанию. Через час ресурсы закончатся, и все будут мертвы. Яйцеклетки по-прежнему ждут.

Третья проблема связана с самой природой воды. Нам, людям, хорошо: для нас вода выглядит текучей, мы свободно ныряем в нее, погружаясь на большую глубину. Но для крохотного сперматозоида мха пробираться через воду — всё равно что для человека плавать в бассейне с желе. Поверхностное натяжение капли воды создает для него эластичный барьер, и сколько бы он ни старался, сколько бы ни бился о него, проломить преграду не получается. И всё же мхи придумали разные хитроумные способы вырваться из водяной сцепки. Перед выходом спермы антеридий поглощает излишек воды, надувается и лопается. Благодаря гидравлическому давлению сперматозоиды устремляются наружу, совершая стартовый рывок.

Вот еще одно средство справиться с поверхностным натяжением — выпускать сперму вместе с особой добавкой. При разрыве антеридия эта добавка действует как мыло, уменьшая вязкость воды. А при встрече с каплей добавка уничтожает поверхностное натяжение, круглая капля уплощается, и сперма несется поверх движущейся водяной пластинки, как серфер, оседлавший волну.

Сперматозоид отчаянно нуждается в помощи, чтобы плыть к яйцеклетке — он редко преодолевает расстояние больше четырех дюймов. Правда, некоторые виды выработали способы увеличить эту дистанцию, полагаясь на силу выплеска. Возьмем, например, Polytrichum: антеридий окружен плоским диском из листьев, как сердцевина цветка — лепестками. Если на этот диск падает дождевая капля, сперматозоид может вылететь на расстояние до десяти дюймов, что более чем вдвое превышает изначальное значение.

Если все условия налицо, сперматозоид доберется до архегония и спустится по его длинному «горлышку» к яйцеклетке. После оплодотворения появляется первая клетка следующего поколения — спорофит.

У весенних квакш оплодотворенные икринки отданы на милость природы и плавают в пруду, защищенные только студенистой оболочкой. Но у мхов мать не бросает своих детей и взращивает новое поколение внутри архегония. Специальные клетки, предназначенные для переноса питательных веществ, вроде тех, что есть в плаценте, позволяют нарождающемуся потомству впитывать их. До чего же любопытно видеть настолько сильные родственные чувства в растениях: они питают своих детей клетками, очень похожими на те, которые помогли появиться на свет моим дочерям.

Оплодотворенные икринки квакш сначала становятся головастиками, потом — копиями своих родителей. Молодые растения мха не сразу вырастают во взрослых особей, покрываясь листьями и становясь неотличимыми от родителей. Яйцеклетка после оплодотворения дает промежуточное звено — спорофит. Всё еще будучи прикрепленным к родителю и питаясь от него, спорофит создаст и рассеет по миру новое поколение.

Ну, а пруд прогрелся благодаря летнему теплу, и нам с дочерями очень хочется искупаться. Но мутная, полная водорослей вода выглядит не очень-то привлекательно даже в этот жаркий день. Поэтому мы растягиваемся не берегу, спинами вверх, открываем книги и впитываем солнце. Мне нравится, когда земля находится прямо у меня перед глазами. Я лениво вожу пальцем по спорофитам — берег порос мхом. Они упрямо возвращаются в прежнее положение после нажатия и выпускают легкое облачко спор, уносимое ветром. Каждая спора созревает на кончике стебля, где весной архегоний оберегал яйцеклетку. Спорофит, теперь раздувшийся и формой похожий на бочку, сидит на вершине дюймовой ножки — спорофора. Внутри — нечто вроде порошка, множество спор: они станут искать счастья там, куда их занесет ветер.

Обрести дом — задача почти неосуществимая, большинство спор приземляются наудачу в непригодных местах. Но если спора упадет на влажном берегу другого пруда или в ином подходящем влажном месте, произойдет новое преображение. Круглая янтарная спора набухнет от влаги и выпустит зеленую нить — протонему. Нити начнут ветвиться и ползти по земле, образуя зеленую сеть. В этот момент своей жизни мох больше всего напоминает своего дальнего родственника и почти неотличим от нитей зеленых водорослей. Как новорожденный похож на прабабушку, так и протонема имеет все признаки своих предков-водорослей: эхо эволюции звучит в ее генах. Но вскоре сходство исчезает, побеги с листьями поднимаются из почек рядом с протонемой и образуют плотный моховой покров.

Но в большинстве случаев истории мхов не имеют счастливого конца. В деле размножения на суше мхи — всего лишь любители. Они адаптировались и могут размножаться, но с большим трудом. Лишь считаные сперматозоиды добираются до архегония, многие яйцеклетки ждут, как обманутые невесты у алтаря: это громадный расход энергии. Успешному размножению путем спаривания препятствует столько факторов — удивительно ли, что многие мхи вообще отказались от спаривания? Есть масса видов, которые редко образуют спорофиты, есть и такие, которые вовсе не порождают их.

Без размножения путем спаривания не будет икринок и весеннего хора. Но в отличие от квакш, мхи могут распространяться по земле, даже если сперматозоид не встретит яйцеклетку. Спаривание — не единственный способ размножения. Задолго до изобретения биотехнологий мхи научились делать клонов, заполняя окружающую среду генетически точными копиями самих себя. Представители большинства видов могут регенерироваться даже из небольшого фрагмента. Случайно оторвавшийся листок, лежащий на земле, способен произвести на свет целое растение. Бесполое размножение: вот он, альтернативный метод. Почки, луковки, клубеньки, побеги — мхи запаслись целым арсеналом средств бесполого размножения, придатков, которые попросту отделяются от той или иной части растения. Затем они перебираются в иную среду обитания и образуют новые колонии, и всё это — без спаривания, затратного и неэффективного. Клонирование устраняет необходимость в сведении сперматозоида с яйцеклеткой, позволяет экономить время и энергию, которые тратятся на производство спорофита. Оба этих способа, половой и бесполый, — результат сложного взаимодействия генов с их окружением, эволюционные вариации на тему преемственности.

Каждую весну мы с дочерями говорим: «Квакши призывают нарциссы». Зеленые побеги появляются после того, как запоют первые лягушки, цветы распускаются полностью до того, как пение прекращается. Мои предки-потаватоми называли это чудо puhpowee, «сила, которая ночью выгоняет грибы из земли». Думаю, она же влечет меня к пруду апрельскими ночами. Головастики и споры, яйцеклетки и сперматозоиды, мои и ваши, мхи и квакши — мы все связаны общим пониманием этих призывов, что раздаются по ночам ранней весной. Это бессловесный голос желания, дрожащего внутри нас, желания длиться, участвовать в священной жизни мира.