Растения - гениальные инженеры природы - Патури Феликс - Страница 29

Итак, автономные движения растительного организма управляются с помощью гидравлики. А не является ля это автономное колебание предпосылкой для получения необходимого давления подобно тому, как это происходит в насосе? В технике конструкторы создают высокое давление за счет сжатия: какая-либо подвижная деталь, например поршень, давит на жидкость. Для растения использование такой технологии означало бы прямое расточительство, ибо потребовало бы больших затрат энергии и создания специальных и к тому же сложно устроенных приспособлений. Поэтому они применяют с конструктивной точки зрения намного более простой, а с точки зрения расходования энергии более эффективный метод. Речь идет в данном случае об осмосе. [21] Такой способ создания гидравлического давления связан с естественной способностью солей притягивать воду, растворяться в ней и уменьшать насыщенность раствора. Положим столовую ложку соли в кастрюлю с водой (соль можно заменить питьевой содой, сахарным песком и т. д.). Соль постепенно растворяется в воде, и вскоре вместо твердых кристалликов образуется концентрированный солевой раствор, который за счет воды, находящейся в кастрюле, все более и более разбавляется до тех пор, пока жидкость в посуде не будет иметь одинаковую концентрацию. Опыт с солью можно провести иначе. Для этого соль насыпают в мешочек из фильтровальной ткани, который и помещают затем в воду. В зависимости от вида фильтра возможны три варианта.

1. Фильтр настолько плотен, что внутрь мешочка молекулы воды попасть не могут. Разумеется, в этом случае ничего не произойдет.

2. Поры фильтра достаточно крупны. В этом случае вода проникает внутрь и растворяет соль. Если же поры очень крупные и частицы растворенной соли могут выходить наружу, то эффект будет тот же, как если бы фильтра вовсе и не было. Спустя некоторое время насыщенность солевого раствора становится одинаковой во всем объеме кастрюли.

3. Можно подобрать фильтр, который бы пропускал внутрь молекулы воды и не выпускал наружу более крупные ионы соли. Такой фильтр химики и физики называют полупроницаемым. Концентрированный солевой раствор [22], образующийся внутри полупроницаемого фильтровального мешочка, обладает способностью притягивать воду. Итак, все большее количество молекул воды проникает внутрь фильтра. В обратном же направления раствор не проходит. Постепенно наполняясь, мешочек я буквальном смысле слова раздувается. В нем создается избыточное гидростатическое давление, которое тем выше, чем концентрированнее раствор.

Подобный фильтр-мешочек, наполненный солевым раствором и окруженный со всех сторон полупроницаемой мембраной, имеется в каждой растительной клетке. Как только клетка попадает в воду, она, а вернее, содержащиеся в ней растворы [23], начинают энергично всасывать воду. Через полупроницаемую мембрану молекулы воды поступают в клетку. Возьмем для очередного опыта высохший и размягчившийся корнеплод сахарной свеклы и положим его в воду. Через некоторое время благодаря осмосу он вновь обретет упругость. Можно наблюдать и обратную картину. Для этого нужно опустить сочное, мясистое растение не в воду, а в концентрированный солевой раствор, концентрация которого выше концентрации клеточного сока. Сок начнет диффундировать через полупроницаемую оболочку, насыщенность внешнего раствора несколько уменьшится. Что произойдет в итоге, можно наглядно видеть на примере засолки огурцов. Крепкий очищенный огурец быстро теряет в солевом растворе свою упругость и становится мягким.

С помощью осмоса растения создают довольно большие давления. Внутриклеточное давление придает жесткость тем растениям, ткани которых не древеснеют. Когда осмотическое давление падает, например у срезанных и поставленных в вазу цветов, растение увядает. Осмос же — главный источник самостоятельных движений растительного организма. Многие растения обзавелись для этих целей самыми настоящими сочленениями, работающими по тому же принципу, по которому действуют гидравлические сочленения в технике. На фото 66 изображено подвижное колено стрелы экскаватора. Манипулирование ковшом осуществляется за счет движения поршня в цилиндре (на снимке это блестящая деталь, расположенная сверху стрелы). Давление в цилиндре управляемо меняется, из-за чего поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое передается ковшу. Ту же картину можно наблюдать и в растениях. Когда черешок листа мимозы стыдливой опускается вниз (фото 67), то это означает, что в нижней части сочленения [24] внезапно упало давление, в верхней же части оно не изменилось. В результате лист почти мгновенно никнет.

Фото 66. Передняя часть стрелы экскаватора приводится в движение гидравлической системой, в которой создаются управляемые перепады в давлении жидкости.

Фото 67. Комбинированная съемка позволяет увидеть, как функционирует гидравлический механизм у мимозы. Стрелка показывает движение, совершенное черешком листа спустя несколько секунд после того, как на лист подействовало внешнее раздражение (касание). Одновременно сложились мелкие листочки. В месте, в котором черешок листа отходит от стебля, заметно небольшое утолщение — гидравлическое сочленение.

Каким же образом растение добивается внезапного падения давления? Причина в том, что оно в состоянии менять размеры пор в полупроницаемой мембране клеток. При увеличении размера пор раствор, находящийся под давлением в клетке, выходит наружу, и давление понижается. В течение считанных минут клеточная оболочка возвращается в прежнее состояние, и процесс может повториться вновь.

В предыдущем разделе я рассказал о растениях, которые используют колебания влажности атмосферного воздуха в целях перемещения. Здесь же я намереваюсь привести еще ряд примеров, которые показывают, как растения совершают те или иные движения посредством изменения осмотического давления. Одновременно я постараюсь объяснить, почему они делают это.

«Чувствительность» помогла мимозе стыдливой войти в поговорку. О легко ранимом человеке мы обычно говорим: «Он чувствителен, как мимоза». И в самом деле, перистые листочки мимозы реагируют на каждую попытку притронуться к ним. Стоит лишь слегка коснуться растения, как мелкие листочки сложного листа складываются, и черешок опускается вниз. При достаточно сильном раздражении аналогичная реакция наблюдается я у соседних листьев, правда, в обратном порядке. Очень многие ломали себе голову над тем, что же, собственно, означает столь необычное поведение растения. Написано об этом чрезвычайно много. Мне лично наиболее достоверными представляются объяснения профессора Хаберландта, долгое время изучавшего мимозу на ее второй родине. Вот что он пишет по этому поводу: