О чем думают растения - Алессандра Виола

Вот конкретный пример: лимская (луновидная) фасоль. При заражении прожорливым клещом Tetranychus urticae растения фасоли выделяют смесь летучих химических веществ, привлекающих другого клеща, Phytoseiuluspersimilis, который является хищником. Этот клещ специализируется на поедании клещей «вегетарианцев» и быстро уничтожает всю их популяцию – интересный пример сотрудничества между животными и растениями, иллюстрирующий удивительную способность растений фасоли распознавать агрессора и звать на помощь его биологического врага.

Часто ли животные ведут себя подобным образом? А вот среди растений на это способны многие, включая кукурузу, томаты и табак.

История с кукурузой

Мы видели, как ведет себя растение, когда его листья подвергаются нападению со стороны растительноядных животных. Но что происходит, если агрессор нападает не на листья, а на корни? Характерный пример – поведение кукурузы. На протяжении многих лет поля кукурузы в США уничтожались жуком Diabrotica virgifera, который откладывает личинок на корнях и уничтожает молодые растения, не способные себя защитить (финансовые потери в результате этого нашествия оценивались в сотни миллионов долларов). Таким образом, кажется, что растения кукурузы защищаются весьма неуклюже. Однако это не их вина!

Самые старые европейские сорта кукурузы и дикие виды (каждый – продукт очень длительного отбора) чрезвычайно сильно отличаются от современных сортов и прекрасно защищаются от диабротики. Это мы – ненамеренно и по незнанию – в результате селекции новых высокоурожайных сортов с более крупными початками вывели растения, не способные себя защитить. Когда жук откладывает личинки на корни кукурузы старых сортов или диких видов, растения выделяют вещество под названием кариофиллен, единственная функция которого заключается в привлечении мелких червей (нематод), любящих полакомиться личинками диабротики. Поедая личинок, нематоды спасают растения.

Наша непреднамеренная ошибка, приведшая к выведению беззащитных сортов кукурузы, стоила нам дорого. Ежегодные потери урожая кукурузы от этого вредителя во всем мире оцениваются в миллиард долларов США. На протяжении десятилетий диабротика была страшным бичом растениеводов, и на борьбу с этим насекомым направлялись гигантские средства, а в атмосферу попали тонны инсектицидов. Природная способность кукурузы была восстановлена только с помощью генно-инженерных манипуляций: в современные сорта был введен ген, регулирующий выработку кариофиллена, позаимствованный у майорана. Короче говоря, чтобы восстановить утраченные свойства кукурузы, пришлось создать генетически модифицированные (трансгенные) растения.

Половые отношения у растений

Один из моментов в жизни, когда растения в наибольшей степени нуждаются в общении, особенно с животными, наступает при опылении. Этот период, который можно назвать периодом спаривания растений, является важнейшей фазой их жизненного цикла, поскольку от него зависит вероятность их воспроизведения. Очевидно, все виды растений различаются между собой, однако большинство видов – от герани до дуба – придерживаются нескольких общих правил. Например, часто для оплодотворения необходимо, чтобы пыльца (растительный эквивалент мужского семени) была перенесена с одного цветка на другой. Но прежде чем обратиться к рассмотрению удивительного общения между растениями и животными, давайте поговорим о том, как размножаются растения.

Для начала введем определение самоопыляющихся, или аутогамных (от греч. autos — сам и gamos – сексуальный союз), и перекрестноопыляющихся, или аллогамных (от греч. alios — другой и gamas — сексуальный союз), растений. Самоопыляющиеся растения используют «автаркический» метод, опыляя самих себя путем переноса пыльцы от тычинок (мужских половых органов) на пестик (женский половой орган) того же цветка. Напротив, для опыления перекрестноопыляющихся растений пыльца должна быть перенесена от пыльника (окончания мужского полового органа, содержащего пыльцевые зерна) одного цветка на рыльце (принимающую пыльцу часть женского органа) цветка другого растения того же вида, поэтому данный процесс и называют перекрестным опылением.

Еще одно различие между растениями заключается в локализации половых органов. В данном отношении растения можно разделить на три основные категории: гермафродиты, двудомные и однодомные растения.

Рис. 4–2. Пыльцевое зерно. У растений эти зерна играют роль мужских гамет (мужских половых клеток)

Наиболее многочисленную группу составляют растения гермафродиты, в цветках которых содержатся и женские, и мужские половые органы. Таким образом, теоретически цветок каждого такого растения может опылять сам себя, поскольку обладает полной репродуктивной системой. И поэтому в соответствии с приведенным выше определением растения гермафродиты относятся к самоопыляющимся растениям. Самооплодотворение – очень удобный процесс, который практикуется многими растениями, особенно травами (такими как пшеница или рис). Эти растения, а наряду с ними также некоторые виды орхидей, фиалок и плотоядных растений, являются клейстогамными (от kleistos— закрытый и gamos— сексуальный союз), т. е. опыляют сами себя еще до раскрытия цветка.

Хотя теоретически самоопыление возможно у всех растений гермафродитов, на практике оно реализуется нечасто, поскольку имеет ряд физических и химических ограничений. Почему это так, если мы только что сказали, что самоопыление – очень удобный процесс?

Самооплодотворение – очень удобный процесс, который практикуется многими растениями, особенно травами (такими как пшеница или рис).

Причину понять легко, если сравнить самоопыление с близкородственным скрещиванием у животных: эволюция не благоприятствует такому способу воспроизведения, поскольку он снижает вероятность новых генетических комбинаций. Поэтому у растений появилось несколько специфических механизмов, препятствующих самоопылению. В частности, в одном и том же растении женские и мужские половые органы созревают в разное время.

Следующую группу растений составляют двудомные виды, у которых мужские и женские цветки располагаются на растениях разного пола (т. е. у них существуют «мужские» и «женские» растения). К этой группе относится древнее дерево гинкго (Ginkgo biloba), которое можно считать живым ископаемым, а также лавр, иглица шиповатая, тис, крапива и остролист.

Наконец, третью категорию составляют однодомные растения, у которых на одном и том же растении находятся и мужские, и женские цветки; к этой группе относятся, например, дуб и каштан.