Движения растений

Мир растений кажется нам неподвижным. Но если внимательно наблюдать за растениями, нетрудно убедиться, что это далеко не так. Прежде всего они растут и, значит, совершают ростовые движения. Посаженное во влажную почву семя фасоли трогается в рост, своим согнутым подсемядольным коленом пробуравливает почву и выносит на поверхность две семядоли. Они зеленеют и увеличиваются, затем начинают образовываться настоящие листья. Примерно через месяц с небольшим растение зацвело, а через два с лишним месяца на нем образовались плоды — бобы.

Хорошо можно увидеть ростовые движения у растений с помощью специальной киносъемки. То, что происходило в течение суток, проходит перед вами за несколько секунд: на ваших глазах распускаются цветочные почки плодовых деревьев, прорастают семена, проростки пробивают себе дорогу в почве, извиваясь как змеи. Обычно ростовые движения очень медленны и потому незаметны для нас. Но побеги бамбука растут очень быстро — в среднем на 0,6 мм в минуту. Еще быстрее растут плодовые тела некоторых грибов. Например, плодовое тело гриба диктиофора вырастает за одну минуту на 5 мм.

Листья герани поворачиваются к свету -это фототропизм.

Гораздо большей подвижностью, чем высшие растения (мхи, папоротники, хвойные и цветковые растения), обладают многие низшие растения (грибы и водоросли). Так, например, одноклеточная водоросль хламидомонада при помощи двух жгутиков легко перемещается из не освещенной солнцем стороны аквариума на освещенную. Так же движутся многие бактерии и зооспоры (клетки, служащие для размножения) многих водорослей и грибов.

Но вернемся к цветковым растениям. Мы уже знаем, что они совершают активные движения, связанные с процессами роста. Эти ростовые движения бывают двух типов: тропизмы и настии.

Тропизмы — это движения, вызванные односторонним раздражением растения каким-либо внешним фактором: светом, силой тяжести, химическими веществами. Если проростки пшеницы или овса поставить на подоконник, то через некоторое время они все повернутся в сторону света, окажутся как бы зачесанными в одну сторону. Это фототропизм. Благодаря ему растения лучше используют энергию солнечного луча.

Почему стебель обычно растет вверх, а корень вниз? Оказывается, стебель и корень по-разному отвечают на действие силы тяжести, и потому их движения — геотропизм — направлены в разные стороны. Стебель растет в направлении, противоположном действию силы тяжести (отрицательный геотропизм), а корень — по направлению действия этой силы (положительный геотропизм).

При ярком солнечном свете соцветия одуванчика открываются, с уменьшением освещенности они закрываются — это фотонастия.

Любой тропизм может быть отрицательным или положительным. Пыльцевая трубка пыльцевого зерна, проросшего на рыльце пестика растения своего вида, растет прямо и достигает семязачатка (семяпочки). Это положительный хемотропизм. Если же пыльцевое зерно попадает на рыльце цветка чужого вида, то трубка вначале растет прямо, а затем загибается в обратную сторону. Это отрицательный хемотропизм. В данном случае он препятствует оплодотворению яйцеклетки в семязачатке. Очевидно, вещества, выделяемые пестиком растения своего вида, вызывают положительный хемотропизм, а чужого вида — отрицательный.

Как мы убедились, тропизмы играют большую роль в жизни растения. Начало изучению причин, вызывающих тропизмы, положил великий английский ученый Чарлз Дарвин. Он установил, что восприятие раздражения происходит в точке роста растения, а изгиб — ниже, в зоне растяжения клеток. Дарвин высказал предположение, что в точке роста образуется вещество, которое притекает затем к зоне растяжения, где и происходит изгиб. Эта мысль Дарвина не была понятна современникам и подверглась резкой критике. Только в XX в. опытным путем было доказано, что Дарвин был прав. Оказалось, что в верхушках (конусах нарастания) стебля и корня образуется гормон гетероауксин — органическая (бета-индолилуксусная) кислота. Под влиянием освещения происходит неравномерное распределение гетероауксина в растении: на освещенной стороне гетероауксина меньше, а на теневой больше. Гетероауксин вызывает усиленный обмен веществ в цитоплазме и этим способствует более интенсивному росту растения, так как он тесно связан с обменом веществ. Поэтому теневая сторона растения растет сильнее и оно изгибается в сторону света.

Кислица при раздражении, складывая листья, совершает сократительные движения.

Познакомимся теперь с настиями растений. Настии — это движения, связанные с рассеянным (диффузным) влиянием окружающих условий на растения. Настии тоже бывают положительными и отрицательными. Утром, при ярком солнечном свете, открываются соцветия (корзинки) одуванчика; с уменьшением освещенности они закрываются. Это пример положительной фотонастии. Цветки душистого табака, наоборот, раскрываются в вечернее время, с уменьшением освещенности. Это отрицательная фотонастия. У шафрана цветки закрываются при снижении температуры воздуха — это термонастия. В основе настий тоже лежит неравномерный рост. Если сильнее растет верхняя сторона лепестков цветка — он раскрывается, если нижняя сторона — он закрывается.

Некоторые растения совершают движения более быстрые, чем ростовые. Таковы, например, сократительные движения листьев у стыдливой мимозы и кислицы. Стыдливая мимоза — растение родом из Индии — при прикосновении быстро складывает свои листья. У нас есть своя северная стыдливая мимоза — это широко распространенная в наших лесах кислица (заячья капуста). В 1871 г. профессор А. Ф. Баталии возвращался на извозчике в город после загородной прогулки в окрестностях Петербурга. Ехал он по очень тряской булыжной мостовой и вдруг заметил, что собранная им кислица сложила листья. Так было открыто удивительное свойство этого растения складывать листья под влиянием раздражения. Кислица складывает листья и вечером, причем в пасмурную погоду это происходит обычно на час раньше, чем в ясную. Наблюдая в лесу за кислицей, вы увидите, что листья у нее сложены там, где на них падают солнечные блики. Значит, кислица складывает листья не только от темноты, но и от сильного света. Если кислицу, растущую в тарелке или блюдечке, выставить на сильный солнечный свет, она на глазах, в течение 3—5 мин, сложит свои листья. Если затем ее поставить в тень, она раскроет листья не скоро, а через 40—50 мин.

Отчего же зависят движения листьев стыдливой мимозы или несколько более медленные движения листьев кислицы? Механизм этих движений связан с особыми сократительными белками, сокращающимися при раздражении. При их сокращении тратится энергия, образуемая в процессе дыхания. Она накапливается в растении в виде богатого энергией фосфорного соединения — аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), связанной с сократительными белками. При раздражении особый фермент разлагает АТФ, связь ее с сократительными белками распадается, при этом освобождается заключенная в АТФ энергия. Она и расходуется на сокращение белков — листья складываются. Через определенное время в процессе дыхания снова образуется АТФ и восстанавливается ее связь с сократительными белками — листья растения раскрываются. Вот почему у кислицы после раздражения ее сильным светом листья распрямляются не сразу.

Таким образом, складывание листьев у стыдливой мимозы и кислицы связано не только с изменениями в окружающей среде, но и с внутренними факторами, и в частности с процессом дыхания. Мы уже отмечали, что кислица складывает свои листья вечером, когда начинает темнеть. Раскрывает их она не с первыми лучами солнца, а еще ночью, в полной темноте, когда в процессе дыхания в ее клетках на-копит,ся достаточно АТФ, чтобы восстановилась связь между АТФ и сократительными белками.

Наблюдения за кислицей в природе принесли и другую неожиданность. Летом в лесу среди растений кислицы с открытыми листьями встречалось иногда несколько экземпляров со сложенными. Оказалось, что эти растения цвели, хотя цветение их было внешне незаметно, так как кислица летом, в отличие от весеннего цветения, образует невзрачные нераскрывшиеся цветки. Очевидно, во время цветения у кислицы тратится много веществ на образование цветков и не хватает энергии для того, чтобы раскрыть листья.

В основе сократительных движений у растений и животных лежат общие причины. Об этом свидетельствуют их сходные ответные реакции на раздражение. Мимоза и кислица, как и животные, имеют скрытый период раздражения, который составляет 0,1 с. При длительном раздражении у мимозы наблюдаются явления утомления и скрытый период раздражения удлиняется до 0,14 с.

Помимо перечисленных нами движений существуют еще движения, связанные с изменением напряжения тканей под влиянием прикосновения. Например, при прикосновении зрелый плод растения бешеного огурца как бы «выплевывает» свои семена. При надавливании или при потере воды тургор внутренних тканей околоплодника повышается неравномерно, и плод мгновенно раскрывается. Подобную картину можно наблюдать, коснувшись плодов растения недотроги. Возможно, что во многих случаях настий большое значение имеют сократительные движения, а не ростовые, но это еще предстоит окончательно доказать.