Феликс Патури - Растения - гениальные инженеры природы
Как отмечалось выше, цюрихский эксперимент — это первая и притом робкая попытка промышленной утилизации избытков тепловой энергии. Однако большое количество дешевых и практически неиссякаемых источников энергии не находит сегодня применения лишь только потому, что мы закрывали глаза на необходимость планомерной и систематической разработки технических средств их освоения. Трудно себе представить то колоссальное количество энергии, которое сулит нам прямое использование перепада температуры воздуха при смена дня и ночи. А какие огромные гидравлические силы, которые можно было бы направить на производство электричества, заключены в процессах, связанных с колебанием относительной влажности воздуха! И уж поистине фантастические потоки энергии изливает день за днем на нашу планету само Солнце! Даже силу притяжения Луны человек, вооруженный современной техникой, способен поставить себе на службу, создавая приливные гидроэлектростанции. И как ни была поразительной и неожиданной сама идея строительства подобных ГЭС, ей уже не один десяток лет. И тем не менее до сих пор еще но построено ни одной сколько-нибудь значительной гидроэлектрической станции, использующей энергию приливов, работа которой была бы экономически выгодной. Крайне невелико сегодня число установок, непосредственно утилизирующих солнечную энергию. Среди них в первую очередь назовем солнечные батареи, который обеспечивают питанием узлы, поддерживающие связь космических кораблей и лунных станций с Землей. Совсем мало используется энергия, высвобождаемая и процессах, которые связаны с перепадами температур и относительной влажности воздуха. Ее применяют в основном для автоматического регулирования положения вентиляционных форточек в зданиях оранжерей (характерно, что этим изобретением мы обязаны тем немногим ботаникам, которых можно встретить среди многочисленной группы технических работников). Список новых, нетрадиционных источников энергии можно продолжить. К сожалению, на пути их практического освоения сделаны лишь первые шаги.
Иная картина наблюдается в растительном мире. В процессе синтеза органических веществ из воздуха и воды растение преобразует солнечную энергию с такой высокой эффективностью, о которой мы можем пока только мечтать. Вся древесина и нефть, весь торф и уголь, весь природный газ и бензин, короче говоря, все то, что мы, люди, сжигаем на Земле или потребляем каким-либо другим образом, в конечном счете есть не что иное, как один-единственный гигантский аккумулятор лучистой энергии, накопленной с помощью растений. Я уже рассказывал о той роли, какую играет солнечный свет в жизни растений, и о том, как используют растения силу ветра и морские течения для расселения своего вида. Сейчас же пойдет речь о том, каким образом растительные организмы преобразуют колебания относительной влажности воздуха в полезную энергию.
В южной части Северной Америки, в американских штатах Нью-Мексико и Техас, а также в Мексике произрастает селагинелла (Selaginella lepidophylla), небольшое растение, которое из-за его удивительной реакции на изменение влажности воздуха нередко продают на рынках в качестве необычного сувенира. В пустынной местности на своей родине селагинелла вынуждена приспосабливаться к частым и очень продолжительным (нередко более года) засухам. Растение научилось различать влажные, благоприятные для его роста периоды и периоды засушливой погоды, когда условия существования становятся исключительно суровыми. Поскольку различие между ними проявляется прежде всего в неодинаковом содержании влаги в воздухе, то требовалось использовать данное обстоятельство для создания таких технических средств, которые помогали бы растению выстоять в условиях засухи.
При нарастании сухости воздуха селагинелла сворачивается в клубок (фото 61). Все жизненные функции растения почти полностью приостанавливаются. Даже хлорофилл незамедлительно перемещается в глубь клетки, из-за чего сухой комочек приобретает желтовато-коричневую окраску. Складывается впечатление, что растение погибло. Но это не так. Его шарообразная форма обеспечивает наименьшую площадь внешней поверхности, что позволяет свести потери воды до минимума. Едва только пройдет дождь, будь то через несколько недель, месяцев или даже через год, растение начнет столь же быстро разворачиваться, и уже через каких-нибудь четверть часа на земле будет лежать плоская по форме и отливающая яркой зеленью розетка растения (фото 62). Как же растение осуществляет этот комплекс жизненно важных движений? Ту самую сухость, от нехватки которой растение вынуждено защищаться, оно использует для того, чтобы сжаться в неприметный комочек, и та самая влага, которая делает возможными нормальную жизнедеятельность и рост растительного организма, поставляет ему энергию, столь необходимую для раскрытия розетки. Принцип, применяемый селагинеллой, удивительно прост. На внешней поверхности ее веточек находятся крошечные чешуйки (фото 63), которые способны легко и быстро впитывать воду и при этом сильно растягиваться. Напротив, нижняя сторона веточек никак не реагирует на увлажнение. По этой причине при колебаниях влажности воздуха растение соответственно либо свертывается, либо развертывается, возобновляя свой рост. Этот механизм работает исключительно надежно: даже после гибели растения он не перестает функционировать. На фото 61, 62, 63 показан взятый из гербария экземпляр, биологическая смерть которого наступила как минимум 15 лет назад.
Фото 61. В засушливые периоды один из видов селагинелл, обитающих в Мексике, сворачивается в сухой клубок, чем-то напоминающий птичье гнездо. Отсюда и его название — «гнездовый мох».
Фото 62. В дождливое время селагинелла быстро разворачивается. Вместо клубка мы видим уже плоскую розетку растения, лежащую на поверхности почвы. Эти жизненно важные движения растение осуществляет с помощью гигроскопического механизма.
Фото 63. Крошечные «веточки» селагинеллы покрыты бесчисленным множеством чешуек, способных быстро впитывать воду.
Впрочем, не только среди селагинелл можно встретить растения, способные «воскресать из мертвых». Своим поведением иерихонская роза, растущая в пустынях Северной Америки и Ближнего Востока (ареал обитания от Ирана до Марокко), напоминает селагинеллу. Но она является одним из представителей семейства крестоцветных, а родина ее лежит на другом конце Земли. И том не менее сходные условия окружающей среды привели и к сходным результатам.
Найденное техническое решение — гигроскопическую форму движения — растения используют также и для других целей. Многие семена и плоды оснащены самыми настоящими миниатюрными гигроскопическими механизмами, источником энергии для которых служит вода, содержащаяся в атмосфере.
Плоды синего василька могут удаляться от материнского растения, совершая движения пресмыкающегося. Каждый плод имеет венчик из жестких и очень коротких щетинок. В сухую погоду щетинки раскрываются, словно веер. Во влажное время «веер» складывается. Эти попеременные колебания, вызываемые изменением влажности воздуха, позволяют семянке перемещаться по земле, поскольку острые волоски каждый раз при смене положения вонзаются в почву. Аналогично «ползают» и плоды пашенного клевера (Trifolium arvense). Применяя все тот же принцип, плоды, а если говорить точнее, то ложные плоды овсюга (Avena fatua), научились передвигаться «вприпрыжку».
Движения, обусловливаемые колебаниями влажности атмосферного воздуха, используются семенами и плодами не только для того, чтобы перемещаться. Весьма интересная комбинация гигроскопических движений поиска и прикрепления к опоре наблюдается у плодов виноградолистного ломоноса (Clematis vitalba). Они добились оптимального использования естественных особенностей окружающей среды, привлекая для этого минимум подручных средств. Ломонос принадлежит к числу вьющихся растений, поэтому в период созревания его небольшие плоды, находящиеся на усиках, зачастую оказываются высоко над землей в кроне дерева. Плоды-семянки имеют изогнутый, густо опушённый отросток длиной до 3 сантиметров. Один-единственный технический принцип позволяет этому «приспособлению» наипростейшим образом решать сразу четыре задачи. Специальная съемка показывает, как этот отросток реагирует на изменение влажности воздуха (фото 64, а). Аппарат запечатлел совершенно мокрую семянку ломоноса, высыхающую под лучами солнца. Для того чтобы картина была наглядной, один и тот же плодик был снят на один кадр пленки с небольшими интервалами во времени. Мокрый плодик на фотографии получился крайним справа. Опушение отростка прижато к ости. По мере высыхания тончайшие волоски распрямляются, а сама ость изгибается. Крайнее левое изображение семянки получено, когда она полностью высохла. Таким образом, мы имеем здесь дело о двойным механизмом: один приводит в движение волоски, другой — сам отросток. Этот единственный в своем роде гигроскопический механизм многоцелевого назначения, как я уже говорил выше, выполняет четыре функции.
