Феликс Патури - Растения - гениальные инженеры природы
Растения степей и полупустынь, оспаривающие друг у друга почвенную влагу и питание, выделяют в почву через корневую систему биологически активные вещества в жидком состоянии. В данном случае жидкие выделения по сравнению с газообразными имеют то преимущество, что их не могут развеять частые в пустынной местности ветры. Более того, корни степных растений необычайно длинны, что, вне всякого сомнения, увеличивает радиус действия «химического оружия». Растения, высота которых едва достигает 50 сантиметров, нередко имеют корни длиной более 15 метров.
Человек также изобрел химическое оружие: к сожалению, военное искусство в своем развитии нередко опережало развитие других сфер деятельности человека. Искусство же использования мизерных доз безвредных химических веществ для мирных целей взаимного обмена информацией остается для человека пока что утопией. [9] Тем не менее, исключительно важно и в дальнейшем продолжать тщательно изучать механизмы управляемого химического воздействия растений друг на друга. Здесь прежде всего имеются в виду, помимо процессов роста, процессы опадения листвы, изменения внешнего облика растения, контакты между высшими растениями и микроорганизмами, а также другие еще не известные нам явления. Человек здесь может многому научиться.
В поисках пищи
Наиболее примитивными растительными организмами являются одноклеточные: бактерии, жгутиковые споры водорослей и грибов, половые клетки мхов и папоротников. [10]
Понятие «примитивный», употребленное здесь, весьма спорно, если принять во внимание исключительные способности этих крохотных созданий. По своему к.п.д. механизм их передвижения (если взять только этот показатель) оставляет далеко позади все технические средства, созданные человеком (об этом рассказывается в разделе «Через реки, озера, моря»). Но куда и зачем движутся одноклеточные? Перемещаются ли они в определенном направлении, к определенной цели? Или их движение в воде более или менее хаотично? Один английский исследователь, занимающийся изучением проблем поведения, не без иронии заметил, что любое действие в природе тем или иным образом служит одной из двух целей: питанию или размножению. В отношении одноклеточных это высказывание особенно справедливо. Перемещаясь, они ориентируются на химическое либо световое раздражение. Так, определенные вещества помогают мужским половым клеткам найти клетки противоположного пола. Споры водорослей и водных грибов с максимальной для них скоростью спешат туда, где согласно полученной химической «информации» имеются благоприятные условия обитания. С высокой степенью надежности бактерии находят места наивысшей концентрации питательных веществ. О том, насколько совершенен механизм химической ориентации этих мельчайших организмов, которых в одном грамме влажной почвы насчитывается около 25 миллиардов особей, говорит сам за себя такой пример. Обладающая самостоятельным движением половая клетка одного из видов папоротников, обнаружив присутствие яблочной кислоты, тотчас начинает двигаться в нужном направлении. Для того чтобы она могла «взять след», в почве должно находиться всего лишь 0,000 000 028 миллиграмма искомого элемента, то есть такое количество, которое с трудом обнаруживает специалист-химик, располагающий самой современной и дорогостоящей аппаратурой. Но если прибор, сконструированный человеком, способен выявить присутствие только яблочной кислоты, то наши «примитивные» одноклеточные различают множество веществ. Они в состоянии, например, безошибочно распознавать кислород, сероводород, белковые и аммиачные соединения. Более того, они различают изомеры — вещества, одинаковые по составу, но различающиеся по строению и по химическим и физическим свойствам.
Некоторые виды аэробных бактерий по своим «аналитическим» способностям заметно превосходят промышленные анализаторы, с помощью которых фиксируется наличие кислорода. Это обстоятельство используется в тех случаях, когда необходимо обнаружить присутствие этого газа: можно быть полностью уверенным, что в местах скопления этих бактерий непременно имеется кислород.
Впрочем, не только одноклеточные сумели выработать в себе умение отыскивать места сосредоточения питательных веществ. Клетки корневого чехлика у всех высших растений обладают свойством реагировать на полезные для растения элементы. Наблюдая за развитием комнатных растений, высаженных в глиняные и синтетические горшочки, можно видеть, что их корни растут в направлении наибольшей концентрации питательных солей в почве. В посуде из синтетических материалов земля равномерно пронизана корешками растений. Напротив, в гончарном горшке корни сосредоточиваются по краям земляного кома, а мельчайшие из них проникают даже в поры стенок сосуда. Именно по этой причине при пересадке растений, росших в глиняных горшках, многие корешки рвутся: в таких горшках часть влаги, содержащейся в почве, просачивается через стенки наружу и медленно испаряется, в порах же накапливаются растворенные в воде соли, за которыми и «устремляются» корни. Поэтому комнатные растения целесообразнее разводить в синтетической посуде, но поливать их надо менее обильно, так как потери воды здесь будут намного меньше. В противном случае корни начнут гнить.
Совершенно другой механизм химического поиска питательных веществ существует у семян некоторых паразитирующих растений. Они трогаются в рост лишь тогда, когда в непосредственной близости от себя обнаружат присутствие растения-хозяина или же когда, подобно семенам омелы, тем или другим способом окажутся на ветвях деревьев, где приклеиваются и прорастают.
По-иному оценивает питательные вещества, сообразуясь с их химическими свойствами, «плотоядная» росянка. Ее округлые листья сплошь усеяны железистыми волосками с капельками клейкого вещества на концах. Коснувшись листа, насекомое прилипает к волоскам. Механическое раздражение, вызванное попаданием живого существа на лист, передается остальным волоскам, расположенным по периметру листа. Они наклоняются к насекомому и прижимают его. В то же время волоски, расположенные по центру листа, остаются недвижимыми. Они начнут приближаться к добыче только тогда, когда станет известно, что попавший на лист предмет может быть переварен. Иными словами, растение в мгновенье ока определяет химический состав своей жертвы. Если будет обнаружен белок или ценные соединения азота, волоски немедленно примутся за работу. Создавая дополнительное раздражение, они побудят и остальные железистые волоски, прямо не контактировавшие с добычей, изогнуться в направлении к жертве. Выделяемая растением особая жидкость быстро переваривает пойманное насекомое.
Растения - архитекторы, строители, механики
Как был создан Хрустальный дворец
Когда во второй половине прошлого века первые исключительно смелые инженерные сооружения из стекла, стали и бетона начали постепенно вытеснять постройки традиционных архитектурных стилей, то их появление ознаменовало глубокий переворот в зодческом искусстве. Успехи в строительной технике позволили создать новые, ранее неизвестные архитектурные формы и конструкции. Провозвестниками новомодных тенденций в зодчестве явились здания вокзала в Ливерпуле (1852 год), Парижская библиотека (1861 год) и Эйфелева башня, открытие которой было приурочено к Всемирной выставке 1889 года в Париже. Однако первым по-настоящему гениальным монументальным сооружением новой архитектуры был Хрустальный дворец в Лондоне, огромное здание павильонного типа, построенное целиком из стекла и металла.
Создатель Хрустального дворца Джозеф Пакстон, в молодости страстный любитель-садовод, принял участие в конкурсе на разработку проекта ярмарочного павильона для Всемирной выставки в Лондоне (1851 год). Честолюбие Пакстона, присущее ему чувство новизны, горячее желание затмить конкурентов — все побуждало его искать эпохальные решения. Ему виделось сооружение, которое, несмотря на свои гигантские размеры, не воспринималось бы как нечто тяжелое и неуклюжее, а напротив, казалось бы почти невесомым. Это должна была быть конструкция, которая позволила бы экономно расходовать строительные материалы и широко применять стекло, стекло и еще раз стекло. В то же время она должна была быть достаточно прочной, с тем чтобы полностью соответствовать требованиям, предъявляемым статикой сооружений.
В архитектуре не было аналогов для подобного проекта, ибо новое не имеет образцов для подражания. Правда, инженеры, строители мостов, уже в течение почти целого столетия на практике демонстрировали конструктивные преимущества и высокую несущую способность стальных конструкций. Сам Пакстон построил в 1837 году крупнейшую для того времени оранжерею из стекла и стали. Но подобные инженерные решения нельзя было безоговорочно переносить в область создания крупных сооружений павильонного типа. Если бы при возведении таких зданий стали использовать лишь тяжелые фермы, какие применяются при строительстве мостов, то здания получились бы чересчур массивными и громоздкими. Творению же Пакстона надлежало быть изящным и легким. И тут бывший садовод-любитель вспомнил о некоей растительной конструкции, которая сочетала в себе, с одной стороны, малые затраты строительных материалов, а с другой — высокую устойчивость и столь же высокую грузоподъемность. В молодости Пакстону часто приходилось любоваться гигантскими плавающими листьями Виктории регии. Ее округлые листья достигают в диаметре 2 метров (фото 6). Несмотря на незначительную толщину, они достаточно прочны, чтобы выдержать тяжесть взрослого человека. Своей столь высокой прочностью листья обязаны тому, что их нижняя поверхность усилена своего рода балками (фото 7). Из центра листа лучами, напоминающими спицы в колесах, расходятся во все стороны толстые, сильно выдающиеся жилки, которые по мере приближения к краю листа становятся все более и более плоскими. Из-за того, что жилки многократно, до пяти раз, ветвятся, расстояние между ними у кромки листа остается небольшим. В результате из одной крупной жилки в центре листа у его периферии образуется до 32 жилок, скрепленных друг с другом более плоскими поперечными связками.
