Знание-сила, 2008 № 04 (970)

На языке «Интеркорнета» и других наречиях

Растения живут в вечном страхе. Всюду их подстерегают враги: бактерии, грибы, насекомые, не говоря уж о крупных травоядных. Дерево или цветок не в силах «взять руки в ноги» и бежать от них подальше. Они словно выданы на растерзание всем животным. И все же они не так беспомощны. Их слабость обернулась силой особого рода - умением хитростью побеждать врага. Отпугивать, останавливать, отравлять - обманывая, ошеломляя, осиливая.

Кое-что из секретного оружия флоры открыто учеными лишь в последние годы. Оружие коварное, незримое, словно икс-лучи. В мире растений церемониться некогда. Джентльмены дубы и миледи акации выбирают бои без правил.

Их сила не в крепости тела, не в «физике», как у животных, а в химии - в рецептуре тех опасных коктейлей, которыми они угощают прильнувший к ним рот. Их покой обманчив. Их покой - видимость. Внутри них бурлят соки, кипит своя химическая жизнь.

Эти «немотствующие истуканы» - деревья, кустарники и другие растения - на самом деле ведут оживленные разговоры. На неуловимом языке молекул они объясняются с соседями, как мы - на языке слов или жестов. В их пульсирующих речах угадывается неподдельное волнение. «Избегайте нас!» - кричат ветки всеми листами души. «Избегайте нас!» - покачиваются венчики и колокольца цветов.

Несколько летучих частиц того или иного вещества - «фонем» языка растений - становятся точной фразой. Да что там фразой! Растения разработали целый вокабуляр, содержащий жизненно важные слова - призывы о помощи, ультиматумы врагам, предостережения соседям и... родным.

Растения различают родственников! Они не так пассивны и бесчувственны, как мы привыкли считать. Когда растения делят один и тот же клочок земли, они начинают бороться друг с другом - «наращивают мускулатуру», то есть распускают, как щупальца, свою корневую систему, стремясь добыть побольше питательных веществ и воды. Однако, как показали недавние исследования канадских биологов (они изучали морскую горчицу, произрастающую на побережье США и Канады), если рядом с растениями располагаются родные им стебли, они умеряют свой эгоизм - делятся пищей с родственниками. Очевидно, они каким-то образом умеют различать среди разнотравья своих родичей, - возможно, узнают их по корням. Семейным растениям легче выжить. Семья становится им опорой. Им не нужно напряженно бороться за пищу, и это позволяет экономить силы.

«Способность распознавать и поддерживать своих родственников широко распространена среди животных, но в мире растений мы наблюдаем ее впервые», - призналась одна из участниц исследований Сьюзен Дадли. Очевидно, растения могут выказывать сложные формы социального поведения, например, альтруизм. «Я убедилась, что растения, происходившие от одной и той же матери, лучше относятся друг к другу, чем «дети» разных матерей. И вообще, чем больше мы узнаем о растениях, тем сложнее они кажутся. Порой думается, что предсказать, как поведут себя растения, посаженные рядом друг с другом, так же сложно, как прогнозировать поведение незнакомых людей, которых усадили на вечеринке за одним столом».

Но перенесемся от семейного портрета в интерьере лугов на те поля сражений, где растения мерятся силой с животными. Сам этот поединок подразумевает умение на молекулярном уровне различать, где оно, растение, а где - нечто постороннее, чужое. Атакуя чужаков, оно защищает себя.

Иными словами, у него есть свое «я». У любого растения есть... чувство собственной личности. Оно - эгоист до мозга листьев. Что оно ощущает во время жестокой схватки? Что происходит, например, когда гусеница прогрызает отверстие в листе? Как реагирует растение на нанесенную ему рану?

Выделяет определенные химические вещества. Поврежденный лист по-особому начинает пахнуть. С помощью этих ароматов он предупреждает соседей о том, что «настали опасные времена» - подает сигнал тревоги. В ответ на это соседние ветки и растения начинают выделять яды либо другие вредные вещества.

Любопытна серия опытов над диким табаком, проделанных в последние годы немецкими и американскими исследователями. Табак - одно из самых «разговорчивых» растений на свете и потому привлекает особое внимание ученых. Однако его листья не отзываются на прикосновения человека, очевидно, понимая, что тот не будет их есть. Табак не защищается от человека.

Растение ведь тратит немало энергии на выработку ароматических веществ, а потому может зачахнуть, если будет отвечать на любую померещившуюся опасность. Табак научился распознавать врагов «в лицо» и оценивать беду, которая ему грозит. В лабораторных экспериментах его листья полосовали бритвой, тискали пинцетом, кромсали ножницами. Все было напрасно. Растение молчало.

Лишь когда на лист табака поместили крохотного робота, который стал часами пережевывать его, раздались первые «крики» растения, но они были очень слабыми. Растение испускало их, словно не веря в то, что опасность и впрямь грозит ему. Когда же на ранку капнули немного слюны гусеницы, растение «поняло», что «дело, сказали бы мы, табак», и заголосило всерьез. Итак, табак реагирует на два типа сигналов. Механические жевательные движения подсказывают ему, что кто-то напал на него. По химическому составу слюны растение определяет тип хищника.

Через пять - десять минут после того, как у робота-гусеницы «потекли слюнки», вся поверхность листа, по которому он ползал, стала выделять особый гормон, служивший сигналом тревоги. Вслед за тем начался каскад химических реакций, напоминавших чем-то ответ иммунной системы человека на укус комара или осы. При этом раненое растение пахло так, что те, кому внятен этот запах - другие растения и насекомые, - узнавали о случившемся, о нанесенной ране, за километры от места событий. Так что химические сигналы - это довольно «громкие» сигналы.

Примерно через час после появления хищника началась активизация отдельных генов. И вот пять часов спустя - поистине растения медлительны, как гусеницы, а гусеницы, как растения, - стали выделяться ядовитые вещества (в данном случае - никотин). Правда, если растение определяло по составу слюны, что на него напал табачный бражник, выработка никотина прекращалась, потому что гусеница бражника неуязвима к действию этого нервно-паралитического яда. Теперь табак вырабатывал белки, затруднявшие пищеварение гусеницы, а также целый коктейль ароматических веществ - с их помощью растение подзывало возможных союзников. Зачем сражаться самим, если проще довериться насекомым- паразитам, которые поедают других насекомых или откладывают в них яйца?

Ведь у растений в животном мире есть не только враги, но и друзья - «враги их врагов»: хищные клещи, клопы, осы, наездники. Заметив, что такое-то растение отбивается от гусениц - они спешат поохотиться на них. Гром «химических выстрелов» становится сигналом к атаке, подсказывая, какую добычу можно найти на листе растения.

(Если предаться самым диким фантазиям, то не взывает ли и мать- земля к армии наемных паразитов - к вирусам и бактериям, когда род людской начинает ей досаждать? Не защищается ли она с помощью эпидемий от человечества, как тот же табак с помощью насекомых-паразитов - от гусениц, размножившихся на его листах?)

Чем больше мы узнаем об обитателях этого «примитивного» мирка - общества насекомых и растений, тем большими мудрецами они кажутся. Растение словно доподлинно знает, что личинки ос съедят гусеницу, но не причинят вреда ему самому. Впрочем, в этой мудрости есть и своя «печаль». Химические сигналы улавливают не только соседи и друзья, но и другие враги. Растение, как подранок, выдает себя своими «стонами и криками», своими «суетливыми движениями» химических субстанций. К нему пробираются новые жуки и гусеницы. Поэтому те же соседи поневоле готовятся к обороне, зная, что вскоре доберутся и до них. Не случайно многие растения нанимают «постоянную охрану» - выделяют сладкий нектар и приманивают им муравьев, а уж те защищают свой «склад провианта» от любых врагов.

Гораздо хуже, если раненый сосед изъясняется на каком-то варварском наречии. В другом опыте, проделанном немецкими учеными, они изменили табак на генетическом уровне. Теперь растения не могли понимать друг друга и не замечали, какие «страсти» творились по соседству. Как следствие, через несколько дней количество насекомых, напавших на них, было заметно выше, чем в случае с растениями, которые загодя готовились к нападению.

К сожалению, многие полезные растения - кукуруза, помидоры, хлопок - в результате селекционной деятельности разучились «говорить». Так, дикорастущий хлопок выделяет в десять раз больше ароматических веществ, нежели его культурный собрат. У последнего все подчинено одной цели - приносить урожай. Достигается это за счет подавления побочных функций, среди которых есть и умение разговаривать с насекомыми. Спасая онемевшие растения от гибели, мы вынуждены обрабатывать поля пестицидами, от которых гибнут многие животные. Если бы мы научились понимать растения, говорить на их языке, то, может быть, вернули бы утраченные знания сельскохозяйственным культурам?

Химические вещества, выделяемые растениями, подчас опасны даже для крупных животных (см. «З-С», 1/02). Давно известно, что жирафы в саванне, поедая листья акации, передвигаются так, чтобы ветер дул в их сторону. Теперь мы знаем, почему. Клубы этилена, испускаемые «ранеными» листьями, относит в сторону от жирафа. Именно там, за его спиной, листва начинает выделять терпкое вещество - таннин, действующий в больших количествах, как яд.

В 1990 году в одной только Южной Африке более трех тысяч антилоп были убиты... кустами акаций. Вообще- то антилопы тоже знают, как коварна акация. Обычно они не задерживаются более десяти минут возле одного деревца, а переходят к другому, обязательно перебираясь, как и жирафы, в ту сторону, откуда дует ветер - где растут акации, еще не извещенные об угрозе. Так что причина массового падежа антилоп куду в ЮАР была отнюдь не в их неразумии. Просто цены на их мясо заметно выросли, а потому животных стали содержать в загонах. У них было все: трава, вода, кусты. Только им некуда было податься, пожевав несколько минут листья одной и той же акации. Отрезанные от других кустов, они подолгу толпились возле тех же веток, получая свою смертельную дозу яда.

Что за изощренная тактика! Заманивать врага, а потом сражать его наповал, подменяя специи в любимой пище насыщенным раствором яда! Уж не зачатки ли сознания зародились в бедном растении, которое издавна притеснял любой травоядный зверь?

Растения явно не обделены талантами (см. «З-С», 7/04). Так, в ходе эволюции у них появились датчики света, с помощью которых они определяют степень освещенности, а значит, ориентируются во времени - узнают период суток и время года, чтобы, например, сбрасывать листья или распускать их. Таким датчиком служит пигмент под названием «фитохром».

Они ощущают также прикосновения. К ним наиболее чувствительны вьющиеся растения. Так, усик переступеня, растения семейства тыквенных, в поисках опоры реагирует даже на объект, весящий примерно 0,25 микрограмма. Через двадцать секунд после прикосновения усик начинает изгибаться в направлении опоры и несколько минут спустя обвивает ее.

Наконец, растения различают, где верх и низ, - реагируют на гравитацию. Мы привыкли говорить, что «они тянутся к свету». Но их стебли и в полной темноте растут вверх, а не стелятся по земле. Даже если повернуть горшочек с растением на 90 градусов, его стебель изогнется, но все равно устремится вверх.

Очевидно, механизм восприятия гравитации растениями и животными схож. У последних есть специализированные клетки - статорецепторы, которые отмечают изменение положения тела или его частей в пространстве. Как выяснилось, в корневой системе растений - в тончайших окончаниях корней - есть свои особые клетки, которые содержат твердые образования - статолиты. Те располагаются в 10 - 30 микрометрах от нижнего края клетки. Это могут быть, например, пузырьки длиной в пару микронов, наполненные сульфатом бария. Обычно они пребывают в равновесии - надавливают на мембрану клетки. Так растение определяет, где верх, а где низ. Если направление силы тяжести по какой-то причине меняется, то статолиты теряют устойчивость и падают на сенсорные молекулы, расположенные в мембране. Теперь одна сторона клетки начинает расти медленнее, а другая продолжает расти с прежней скоростью. Клетка искривляется. С помощью гормонов информация об этом передается из корневой системы растения в другие его части, побуждая их тоже менять направление роста.

Вообще гормоны играют для растений, пожалуй, более важную роль, чем для животных, у которых отдельные части тела связаны между собой не только потоками гормонов, но и, главное, нервной системой. У растений такой системы нет. Вся информация из одной части их организма в другую передается преимущественно только с помощью гормонов, поэтому у растений гормональная система устроена изощреннее, чем у животных. Как правило, сразу несколько гормонов управляют разрастанием корневища или формированием цветка. Их соотношение определяет, в каком направлении будет расти та или иная часть растения.

Повилика клеверная - настоящий мастер предвидения. Она питается другими растениями, а потому заранее намечает жертву. Поначалу она лишь дотрагивается присосками до нее и оценивает, как обвить свою добычу. «Чем больше будет витков, - пишет биолог Энтони Тревевас из Эдинбургского университета, - тем больше питательных веществ будет получать повилика. Но если растение-хозяин худосочно, то лишние витки означают лишь напрасную потерю энергии». В течение четырех дней повилика обдумывает судьбу жертвы. Если растение-хозяин исправно снабжает ее питательными веществами, то здесь можно задержаться. Если с ним захиреешь, надо искать другую жертву. «Подобное предвидение обуславливает гибкость поведения повилики, - продолжает Тревевас. - В свою очередь, оно невозможно без умения оценить ситуацию, без умения запоминать и учиться. Все это требует наличия у организма некоторой доли интеллекта».

До сих пор нет строгого определения, что такое интеллект. В биологии его определяют подчас как «адаптивное, варьирующееся поведение индивида в течение жизни». Но именно это и присуще растениям: они приспосабливаются к окружающим условиям и могут менять свое поведение. В любой ситуации они стремятся добиться наибольшей выгоды для себя. Это означает, что растения довольно точно оценивают важные для них факторы окружающей среды. Где находятся питательные вещества? Насколько опасны конкуренты? Стоит ли пускать новые отростки? «Даже бактерии обладают зачаточной формой интеллекта, как полагают ученые.

Многоклеточные же растения способны на все, что могут бактерии, причем их поведение заметно сложнее», - считает Тревевас.

Неужели растения могут думать и чувствовать? Верится в это с трудом, хотя опыты биологов позволяют предположить, что растения наделены едва ли не теми же чувствами, что и животные. Они по-своему видят, слышат, разговаривают! Ориентируются в запахах и вкусах. Возможно, у них даже больше органов чувств, чем у человека. Растения различают более двадцати факторов окружающей среды, в том числе, подобно птицам, реагируют на электромагнитные поля. Чудеса, да и только...

«Корни растений образуют громадную, динамичную сеть связи», - подчеркивает немецкий биолог Дитер Фолькман. И эта информационная сеть - назовем ее тогда уж Интеркорнетом, - пожалуй, так же велика и обширна, как и Всемирная паутина. Так, корневая система одного-единственного растения ржи насчитывает тринадцать миллионов волокон, общая длина которых составляет около шестисот километров. На каждом из этих волокон растут тончайшие волоски - всего их около четырнадцати миллиардов. Если бы можно было вытянуть их в одну линию, то она была бы почти равна диаметру Земли.

На конце любого нервного волокна располагаются специализированные клетки; их открыли лишь недавно. Можно предположить, смело заявляет Фолькман, что эти клетки выполняют «те же функции, что и клетки головного мозга». Все вместе они образуют «корневой мозг» растения, спрятанный глубоко в земле. Отдельные клетки этого «мозга» связаны друг с другом «растительными синапсами» - подобно тому, как соединяются нейроны головного мозга человека или любого другого животного.

«Теперь мы знаем, что растения - особенно под землей - активно общаются друг с другом», - поясняет в интервью немецкому журналу «Р. М.» Франтишек Балушка из Института клеточной и молекулярной биологии при Боннском университете. Они общаются при помощи медиаторов, растворенных в воде. Какой, интересно, видится им действительность?

Полые стебли растений поразительно схожи по своему строению с позвоночником человека, а сосуды, по которым внутри растительной ткани перекачивается вода, - с нашей кровеносной системой. Хлоропласты растений, поглощающие солнечный свет, напоминают палочки - фоторецепторы сетчатки глаза позвоночных животных. Зеленый пигмент растений, хлорофилл, схож с пигментом крови - гемоглобином. Есть у растений, как у животных, и своя врожденная иммунная система.

Схожи у растений и животных также системы связи между отдельными частями организма. Если, например, поднести горящую спичку к листку мимозы, тот отдернется от огня, когда до спички будет еще два десятка сантиметров. Электрические сигналы молниеносно распространяются в тканях растения, подобно сигналам в нервных волокнах животного. Даже скорость передачи сигналов - до 20 сантиметров в секунду - вполне сопоставима: именно с такой скоростью распространяются сигналы в нервных волокнах низших животных.

...Пока многие механизмы процессов, протекающих в тканях растений, по-прежнему непонятны ученым. Зато они едины в одном: в биологии грядут разительные перемены. Возможно, нас ждет смена парадигмы в наших воззрениях на природу. Мы начинаем относиться к растениям, как к существам особого рода, так не похожим на нас и таким удивительным. А ведь именно из растений в основном - на 98 процентов! - и состоит биомасса нашей планеты.

И все же коренной вопрос остается нерешенным. Может ли существовать восприятие без органов чувств, а сознание - без сложно устроенного головного мозга? Когда одни исследователи заводят речь о «корневом мозге» или «растительных синапсах», другие по праву опасаются, что эта игра словами подрывает сами устои биологической науки, поскольку понятия, бытующие в нейробиологии животных, некритично переносятся на характерные особенности растений. К тому же одних только старых понятий отнюдь не достаточно, чтобы описать новые открытия. «Мы нуждаемся в новых междисциплинарных исследованиях, - все чаще слышится на научных форумах. - Специалисты по клеточной биологии, физиологи и экологи должны тесно сотрудничать друг с другом». Только это позволит наконец разгадать секреты разума растений.

Как быть с памятными заявлениями о том, что растения не любят рок-музыку, зато быстрее растут под мелодии Моцарта или Баха? Тут нужна осторожность. Растения реагируют на любого рода механические раздражения. Наши музыка и речь вызывают возбуждение мембран их клеток. Так что растения воспринимают частоту раздающихся звуков, но не слушают музыку, например сонату Баха, в том смысле, какой мы этому придаем. «Может статься, что именно соната Баха содержит звуки той частоты, которая стимулирует рост растений. Впрочем, многие ученые не желают слышать об этом», - говорит Франтишек Балушка.

Кстати, долгое время серьезные ученые отказывались верить в то, что растение лучше растет, если его любовно поглаживать. «Теперь мы знаем, что прикосновения активизируют некоторые гены растений, - подчеркивает Дитер Фолькман, - так называемые Touch-Genes, контактные гены». При их активизации меняется скорость роста растений, например, стебли становятся толще. И тут уже нет никакой эзотерики.