Движение растений

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Растения способны совершать самые различные движения, которые обусловливаются обменом веществ и на которые затрачивается определенное количество энергии. Прежде всего, сам рост уже есть движение. Правда, движение в большинстве случаев медленное, почти незаметное для человеческого глаза. Но есть и исключение из правила: молодые побеги бамбука, например, вырастают за сутки на 1—2 метра. У некоторых растений можно наблюдать, как быстро — на глазах — распускаются цветки.

Известно движение соцветия подсолнечника. В течение дня его корзинка неотступно следует за солнцем, а вечером, перед наступлением темноты, она уже поворачивается лицом к востоку, готовясь встретить лучи утренней зари. Желтые соцветия одуванчика закрываются к вечеру и вновь распускаются солнечным утром.

На ночь складываются или опускаются листья многих растений из семейства бобовых, или мотыльковых (белой акации, стыдливой мимозы, десмодиума), семейства кисличных (кислицы и биофитума), некоторых водных и болотных растений (амбулии, херпестеса). С наступлением же утра их листья постепенно раскрываются или приподнимаются.

Любые движения растений ботаники называют настиями. В конкретных же случаях, когда речь идет о движениях, вызванных вполне определенной причиной, к этому термину добавляют соответствующие приставки. Так движения, которые обусловлены суточным ритмом, как, например, закрытие листьев на ночь и открытие их днем, называются пикт и настиями. Опушенные или сложенные листья занимают более спокойное и энергетически выгодное положение. Днем растение поддерживает их в горизонтальном положении — ведь интенсивность процессов фотосинтеза зависит от положения листа относительно источника света. В темноте же фотосинтез, как известно, не происходит. Нет надобности тратить энергию на поддержание листьев в горизонтальном положении, и потому на ночь листья складываются.

У многих растений листья двигаются и в течение дня, поворачиваясь внешней своей поверхностью к источнику света. При слишком же сильном солнечном освещении, например, в полуденные часы, листья, наоборот, поникают, словно уклоняясь от лучей. Подобные движения можно наблюдать у десмодиума, кислицы, фасоли и других растений. Изменяя положение листьев относительно источника света, растение регулирует процессы фотосинтеза. В частности, момент поникания листьев соответствует минимуму на суточной кривой хода фотосинтеза. (Биологам известно, что обычно в полуденные часы, когда световая радиация максимальна, фотосинтез ослабевает, а подчас даже прекращается совсем.)

Механизм складывания листьев прост. Они поникают тогда, когда изгибается сочленение между черешком и листом. Изгиб этот, в свою очередь, происходит вследствие изменения давления клеточного сока, вызванного сжатием тела клетки под действием осмотически активных веществ — растворов солей, сахаров и других. При этом вода, находящаяся в клетках, перемещается в межклеточное пространство, вызывая падение давления клеточного сока.

От того, в какой части сочленения происходит изменение давления сока, зависит поднятие или опускание листа.

Занимательны растения-недотроги. С одним из них — нежным субтропическим растением мимозой стыдливой — вероятно, знакомы многие. Ее перистые листочки тотчас же складываются, если к ним прикоснуться.

Мимоза стыдливая.

Такие движения, проявляющиеся при внешних раздражениях — ударах, порывах ветра, прикосновениях, — называются сейсмонастиями. Они свойственны не только стыдливой мимозе. Нептуния, или болотная мимоза, десмодиум, кислицы, особенно кислица копеечниковидная, тоже реагируют на прикосновение, опуская листья вниз. Правда, у этих растений движения листьев более медленные. Перечисленные растения имеют чувствительные подушечки-сочленения между стеблем и черешком, между главным и вторичными черешками и, наконец, между черешком и сложными листочками.

В этих подушечках и происходят реакции, конечным результатом которых является движение листьев. Реакции эти в основном сводятся, как уже было сказано, к изменению давления клеточного сока в той или иной части сочленения. Пластинка листа и черешки таких растений снабжены чувствительными волосками, которые воспринимают и передают раздражения.

Наибольшей чувствительностью к раздражению отличается стыдливая мимоза; даже при легком прикосновении перистые листочки ее поднимаются вверх, складываясь попарно. При сильном сотрясении поникает, опускаясь вниз, весь сложный лист вместе с черешком. Раздражении распространяется по растению от одного листа к другому со скоростью от 15 до 50 миллиметров в секунду.

Зачем у стыдливой мимозы и других сейсмонастических растений выработался механизм, складывающий листья? Некоторые ученые склонны думать, что, внезапно складывая листья, растение отпугивает приблизившееся к нему животное. Однако это маловероятно. У мимозы есть более надежная защита — крепкие и острые шипы на стеблях. Другие же сейсмонастические растения имеют более медленную реакцию, складывают листочки постепенно, и их плавное движение вряд ли способно испугать кого-либо. Более обоснованным кажется другое мнение. Родина всех описанных растений — влажные тропические страны, где часты сильные ливни, ветры и бури. Нежные листья мимозы, например, если бы они не обладали свойством складываться, могли бы пострадать от действия стихий. Очевидно, сейсмонастии — эти жизненно полезные для растений качества — возникли и развивались в процессе длительной эволюции.

Сейсмонастии свойственны и некоторым цветкам. Если, например, прикоснуться к тычинкам цветка комнатной липы — спармании, то они быстро расходятся в стороны. Это облегчает опыление цветка: когда на него садится насекомое, тычинки раздвигаются, открывая дорогу к пестику. У опыленных цветков тычинки остаются неподвижными при прикосновении; механизм сейсмонастии стал ненужным.

Между прочим, растения способны «уставать». Если их часто раздражать, способность к движениям на какое-то время теряется.

Наиболее удивительны растения, обладающие способностью к автонастиям — быстрым самопроизвольным движениям, происходящим строго ритмично и без каких-либо внешних воздействий. Представитель таких растений — десмодиум тиране, называемый еще сигнальным растением или растением-семафором. Это невысокий кустарник, который растет в Индии по берегам рек и водоемов. У десмодиума самопроизвольно двигаются маленькие боковые листья, расположенные по два напротив друг друга на черешке большого листа. Листочки движутся скачкообразно — то вверх, то вниз — с интервалом в 1,5—2,5 минуты. Длительность этого интервала зависит от времени года, температуры и влажности окружающего воздуха. Ночью большие листья опускаются — «спят», но маленькие по-прежнему ритмично двигаются.

Механизм этого движения связан с происходящими в растении реакциями, регулируемыми процессом дыхания. Известно, что растения непрерывно — и днем и ночью — дышат, и процесс этот происходит с выделением значительного количества тепла.

Энергия эта используется растениями для роста, цветения и прочих жизненных процессов. Десмодиум тиране распространен в тропических странах Азии. Климат здесь влажный и жаркий, и дыхание растений усиленное. При этом выделяется большое количество энергии. Растение не может использовать ее только на внутренние процессы, ибо количество ее более чем достаточное. В этих условиях растение, по-видимому, приспособилось к превращению избыточной энергии в механическую работу движения листочков.

На самом деле, при понижении температуры воздуха интенсивность дыхания падает, а следовательно, выделяется меньшее количество энергии, и движения листочков становятся редкими и медленными. Наиболее интенсивно движение при 28—30°С. При дальнейшем повышении температуры темп движения листочков снова падает, а при 43—45°С прекращается совсем. Аналогичным же образом изменяется и дыхание растений, которое достигает максимума интенсивности при 25—28°С и практически прекращается при 45—50°С.

Если растение долгое время содержится в условиях низких температур — 10—15°С, его боковые листочки отпадают, как ненужное приспособление. То же самое происходит при длительном пребывании растения в сухом комнатном воздухе с относительной влажностью 55—65 процентов. Ведь темп дыхания зависит также и от влажности воздуха, усиливаясь с ее повышением и замедляясь с понижением. Аналогичным образом усиливается и замедляется движение листочков десмодиума.

На связь движения листочков с дыханием указывают также опыты, при которых растение помещали в среду инертного газа аргона. В этих условиях, когда растению «нечем дышать», прекращалось и движение листочков.

Между прочим, даже определенная нагрузка на листочки (0,015 г) не может приостановить движения их. При поднятии нагрузки каждый из листочков выполняет работу, достигающую 0,0075 гсм.

Механизм автонастий листочков десмодиума — настоящий растительный регулятор. Поэтому в последнее время растением этим заинтересовались кибернетики. У десмодиума движения боковых листочков непосредственно связаны с дыханием и не связаны с процессами фотосинтеза. Иной механизм автонастий у кислицы копеечниковидиной, родина которой — влажные тропические леса Южной Америки. Ее красивые тройчатосложные листочки свекольно-красного цвета также периодически поднимаются и опускаются. Правда, движения их более редки, чем у десмодиума (около 20 циклов за 2 часа), однако двигаются у кислицы все листья.

Интенсивность движения листьев кислицы копеечниковидной зависит в первую очередь от освещенности. С уменьшением освещенности она падает. При полном затенении растения в дневное время уже спустя 40 минут листочки опускаются, и движения их прекращаются. В ночное время листочки неподвижны.

Как видим, кислица копеечниковидная также имеет характерный регулирующий механизм. Конструкция его, к сожалению, пока не изучена.

Кроме автонастий, кислице копеечниковидной, как уже упоминалось выше, свойственны и сейсмонастии. При прикосновении ее листочки быстро складываются, опускаясь вниз.

Все эти оригинальные растения, описанные в статье, декоративны и культивируются у нас во влажных оранжереях. Можно содержать их и дома, в комнатных тепличках и оранжерейках. Желательно помещать их на светлом месте, особенно зимой. При достаточной освещенности они хорошо перезимовывают в условиях комнатной — 16—18°С — температуры.

Автор: Е. Назаров.