Умные растения - Арцт Фолькер

Тед Терлингс даже сумел расшифровать этот сигнальный код: после нападения личинок корни кукурузы выделяют газ, называемый «бета-кариофиллен». Он проходит под землей, находя нематод, а они, похоже, считают его привлекательным. Червячки, извиваясь, двигаются на встречу запаху. И будут за это вознаграждены. В корневой системе эти организмы обнаружат личинок, которые, правда, существенно превосходят их размерами, но здесь нематоды берут числом. При помощи ротового отверстия и глотки червячки высасывают все соки из своих жертв.

Растения — единственные существа, живущие одновременно внутри почвы и над землей. И в обоих мирах они посылают сигналы вспомогательным войскам. Компенсируя свою собственную неподвижность, растения призывают двигаться другие организмы.

Тед Терлингс даже научился имитировать сигнал о помощи. Если в какой-нибудь участок почвы запустить искусственный бета-кариофиллен, нематоды незамедлительно явятся туда. Правда, они останутся без вознаграждения и уйдут ни с чем, но само появление червячков доказывает, что Тед выбрал правильный привлекающий сигнал.

Что ж, хорошо. Похоже, честь кукурузы спасена. Остается вопрос: почему в лаборатории Теда это получается, а на полях Верхнерейнской низменности — нет?

На самом деле большинство сортов кукурузы «онемели». В постоянных попытках вывести урожайные варианты растения «химический голос» кукурузы был по недосмотру утерян, а соответствующие гены — выключены. Сэкономленные минеральные вещества и ресурсы кукуруза — что полностью устраивает селекционеров — вкладывает в образование плодов.

Команда Теда Терлингса работает над тем, чтобы вновь активировать «замолчавшие» гены и вернуть культурной кукурузе ее «голос». Идея восстановить природные защитные силы растения заслуживает понимания и поддержки, однако вопрос, удастся ли таким образом сократить опрыскивание, вызывает большие сомнения. Собственные защитные средства зеленых организмов могут не сработать на огромных полях с монокультурами, где из года в год высаживают одни и те же растения. Но вероятно, их будет достаточно, если мы помимо этого вернемся к старой, испытанной системе севооборота. Если кукурузный корневой жук в следующем году не найдет кукурузы и обнаружит вместо нее, к примеру, пшеницу, это нанесет ему больший ущерб, чем опрыскивание химикатами, которое поддерживается на государственном уровне. Швейцария уже ступила на этот путь, и в результате «жук за миллиард долларов» действительно снова исчез.

Яблочная кислота полезна для здоровья

Призывы о помощи оказались настолько успешной стратегией, что растения стали применять ее и над, и под землей. При нападении на листья зеленые организмы отдают приказания клопам и летающим насекомым, а в случае нападения на корни — нематодам. Растения справляются в обоих мирах — и в атмосфере, и в ризосфере (так ботаники называют верхние слои почвы — мир корней). Однако недавно профессор Харш Бейс из Делавэрского университета обнаружил, что растения могут комбинировать эти защитные системы. Маленькая резуховидка Таля, по-научному называемая «арабидопсис», отражает нападения на листья с помощью защитников из почвы.

Трудно представить, как это происходит. Но у Харша Бейса нашлись точные документальные подтверждения, а также потрясающие «фотодоказательства». Вот краткое изложение событий.

Листья резуховидки Таля заболевают. Возбудители болезни — бактерии псевдомоны. Они вызывают мягкую бактериальную гниль, и уже через несколько дней листья арабидопсиса желтеют. Если, конечно, он бездействует.

Однако чаще всего арабидопсис наказывает обидчиков, посылая сигнальные вещества в корни, которые, в свою очередь, производят яблочную кислоту, а затем переправляют ее в почву. Кислота служит сигналом для почвенных бактерий бациллус субтилис (Bacillus subtilis) — их также называют сенными палочками. Целое войско этих организмов отправляется в путь. Обросшие жгутиками палочки плывут навстречу питательной яблочной кислоте и тонкой пленкой облепляют корни растения. Обычно это незаметно, однако Харш Бейс и его коллеги заставили бактерии светиться и таким образом смогли их сфотографировать.

Бациллус субтилис — почвенная бактерия с хорошей репутацией. Фермеры и садовники часто насыщают этими палочками почву, так как они производят антибиотики и целый ряд веществ, укрепляющих защитную силу растений. Как именно это происходит, до сих пор точно не известно. Однако в случае с резуховидкой Таля действие сенной палочки нельзя не заметить: мягкая гниль остановлена. Вещества, производимые «хорошей» почвенной бактерией, попали в корни, а затем и в листья, победив «плохие» организмы.

Похоже, жизнь в двух мирах — это вовсе не плохо. Из каждого можно взять лучшее. Однако в каждом из миров нужно еще утвердиться, победив не только вражеские организмы, но и растущую конкуренцию среди собратьев.

Размолвка между соседями

Растения не ссорятся. Не влюбляются. Не изгоняют друг друга. И не травят никого из собратьев. На первый взгляд это именно так. Например, деревья мирно растут рядышком, образуя зеленую общину в лесу или на лугу и оставляя место для нежных травок и цветов. Кажется, агрессивная конкуренция присуща только людям и животным.

Однако еще две тысячи лет назад римский писатель-эрудит Плиний Старший подметил, что ореховые деревья не подпускают к себе другие растения. Под крышей из ореховых листьев нет почти никаких других представителей флоры — как будто присутствие чужаков запрещено. Тень деревьев, должно быть, опасна, считал Плиний, и он не так уж сильно ошибался. Все дело в листьях, отбрасывающих эту тень. Они отравляют почву — конечно, после того, как опадут и подвергнутся разложению. При этом возникает вещество под названием «юглон», препятствующее проращиванию и затрудняющее появление других растений.

Ядовитая защита собственного «дома» привычна для многих растений. Под эвкалиптами земля остается на удивление голой, да и хвойные деревья защищают свое место обитания от назойливых выскочек. Но, как это часто случается с ядами, со временем они становятся менее эффективными. Отвергнутые соседи приспосабливаются к ним и вырабатывают противоядие. Конкуренты не спят.

Надземная часть растения следит за своим «карьерным ростом» — чтобы никто не обогнал его по пути наверх. Оно защищается, если сосед стремиться поставить его в тень. Сражается за место под солнцем и даже пытается убрать всех соперников. Растения поочередно стремятся вверх, борясь за свет и пространство.

В принципе, уже известно, что при этом происходит, известно, как соперники воспринимают друг друга и каким образом влияют друг на друга. Однако ключевую роль в гонке роста играет специальный фоторецептор — присутствующий в растительной клетке пигмент фитохром. Он опознает тончайшие оттенки цвета и «понимает», какой солнечный свет попадает на растение — натуральный или тот, что просочился сквозь другие листья. Именно таким образом деревья, изо всех сил стремящиеся вытянуться вверх, узнают об опасности оказаться в тени и, переработав эту информацию, начинают расти более серьезными темпами. Как именно это происходит, какая цепочка сигналов, запущенная фитохромом, приводит к росту растения, пока еще не исследовано. Но, судя по всему, представители флоры из последних сил пытаются не уступать конкурентам.

Оказывается, подземная борьба, разгорающаяся между корнями, еще более драматична, хоть и менее заметна. Получается, что растения часто промахиваются и вредят себе лишь потому, что не желают счастья своим конкурентам. Подобное гипертрофированное соперничество встречается и в мире людей.

Корни заботятся о снабжении растительного организма водой и питательными веществами. Каждому виду необходимо особое соотношение азота, серы, фосфора и многих других минеральных веществ и микроэлементов. В общей сложности потребность в них, конечно же, увеличивается по мере того, как зеленый организм растет, образует новые листья, плоды или семена. При этом под землей корневая система должна подобающим образом вырасти и уплотниться, чтобы освоить новую территорию с новыми ресурсами. Но, как правило, это непросто. Потому что в большинстве случаев у растений есть соседи, оспаривающие «подземные сокровища». И тогда речь уже не совсем о том, сколько на самом деле нужно зеленому организму, а скорее о том, сколько он может завоевать и на что может претендовать. Иными словами, под землей растения только и делают, что ведут бои. Не уделяя особого внимания надземным органам (листьям, цветам и плодам), они занимаются расширением корневой системы. Как можно быстрее, разумеется. Сначала корни осваивают свободное пространство, затем вторгаются на «суверенную территорию» соседнего растения и наконец заполняют промежутки изящным корневым плетением. Тут нужно действовать проворней, поскольку соперники используют ту же стратегию. Оба распознают, какой корень перед ними — собственный или принадлежащий противнику, и оба пытаются отхватить у соседа как можно больше пространства, пока он их не опередил. Захватывающая шахматная партия, протекающая особенно остро, когда противники — растения одного вида с одинаковыми потребностями в питательных веществах. К примеру, конкурирующие соевые бобы образуют в среднем на восемьдесят пять процентов больше корневой массы, чем отдельно стоящие растения, однако при этом количество их плодов и семян сокращается более чем на треть. Конкурентная битва под землей стоит им потомства. Но кто откажется от нее, тот вскоре и вовсе выйдет из игры.