Хочешь жить – умей вертеться

Тем, кому это название покажется оскюмороном: какая может быть «сила движения» у неподвижных растений?! Я объясняю: Дарвин с сыном искали ту «силу», т.е. причину, которая вызывает т.н. «тропизмы» растений. Так называется их направленный рост под влиянием тех или иных внешних раздражителей, например, света. Эти первые опыты с влиянием света на изгиб растения вошли в историю науки под названием «Эксперимент Дарвина». Чарльз и Френсис сумели с помощью оптических приспособлений сделать видимым весь процесс такого изгиба и в результате открыли, что его первопричиной является наличие у растения светочувствительного органа (сегодня мы бы сказали - рецептора).

Оказалось, что этот орган находится в самой верхушке т.н. колеоптиля – так называется та оболочка, которая защищает первый лист растения, когда он (еще в свернутом состоянии) пробивается сквозь почву. Действительно, когда они накрывали верхушку колеоптиля светонепроницаемой бумагой, фототропизм у растения исчезал, его стволик уже не нагибался в сторону света к солнцу. Но когда они окружали колеоптиль песком, оставляя открытым только его кончик, фототропизм сохранялся.
В 1913 году датчанин Бойсен-Йенсен продолжил эти опыты. Он отрезал верхушку колеоптиля, положил на срез листик желатин, а поверх водрузил отрезанный кончик колеоптиля. Оказалось, что при этом фототропизм сохранялся. А вот если заменить желатин непроницаемой слюдой, тропизм исчезал. Это означало, что наклон растения в сторону света вызывается тем, что верхушка колеоптиля посылает в стволик химический сигнал в виде какого-то вещества.

В 1926 г. американец Вент сумел выделить из ствола растения это сигнальное вещество. Им оказался гормон, который получил название ауксин. На основании этого открытия Вент - и независимо от него киевский ботаник Холодный – выдвинули гипотезу, согласно которой этот ауксин является главным фактором роста стволика растения: сигнал от фоторецетора с верхушки колеоптиля приводит к тому, что больше ауксина вырабатывается на теневой стороне стволика, поэтому теневая сторона растет быстрее освещенной стороны, и в результате ствол изгибается в сторону света.

Позднее эта гипотеза была распространена также на корни растений. Выяснилось, что и здесь все дело в неравномерной выработке ауксина, только здесь ею управляет не свет, а сила тяжести, а сама эта неравномерность изгибает корешки книзу. Это означает, что верхушки корешков растений обладают каким-то «гравирецептором», подобным фоторецептору колеоптиля. Недаром Дарвин еще в 1880 году писал: «Вряд ли будет преувеличением сказать, что верхушки корешков …наделены способностью получать сигналы от какого-то чувствительного органа и, подобно мозгу какого-нибудь низшего животного, направлять движение прилегающих частей».

Это сравнение корня с мозгом было не случайным. Уже во времена Дарвина было известно, что корни растений способны ощущать свет, влажность, гравитацию, давление и ряд других характеристик окружающей среды, а в наше время уже открыты и их способности реагировать на концентрацию азота, фосфора, солей, токсинов, микробов и разного рода химических сигналов в почве. Вдобавок верхушки корешков способны «чуять» наличие непреодолимых препятствий, еще не коснувшись их, и могут соответственно менять направление своего роста; и, хотя они обычно конкурируют с корешками других растений за пространство для роста, но воздерживаются от конкуренции, если это корешки родственных растений.

Впечатляющий список. Но он, конечно, не дает никаких оснований говорить, будто у растений есть мозги. Мозгов даже у многих людей нет. Я думаю, что и Дарвин говорил о мозге в корешках тоже лишь в порядке сравнения. Но уже после него появились люди, которые заговорили об этом всерьез. В 1973 году на Западе произвела фурор и стала на многие недели бестселлером книга двух журналистов, Томпкинса и Бёрда, «Тайная жизнь растений». В ней говорилось об опытах некого Бакстера, который поставил рядом с растением гальванометр и (якобы) наблюдал отклонение его стрелки, когда мысленно представлял себе, что это растение охвачено пламенем. Описывались там и другие «эксперименты» такого же рода, вплоть до передачи растениям мыслей на расстоянии многих километров (если это были мысли хозяина растения, к которому оно «привыкло»). Сообщалось о чудотворном влиянии на рост растений музыки Моцарта и отрицательном – рок-музыки, о передаче от одного растения к другому «сигналов о бедствии». И так далее.

Разумеется, все эти парапсихологические «открытия» были опровергнуты последующими экспериментами. Однако некоторых вполне серьезных ученых они подвигли к самостоятельным изысканиям и в 2006 году группа таких исследователей опубликовала своего рода «манифест», в котором призвала коллег заняться более глубоким изучением того, что авторы назвали «нейробиологией растений». Этот призыв дал толчок к созданию специализированного журнала «Сигнализация и поведение растений», где по сей день публикуются статьи соответствующего толка.

На этом пути уже открыты многие замечательные (и вполне реальные) способности и свойства растений (в особенности в деле защиты от паразитов и хищников), и это даже побудило некоторых энтузиастов заговорить о «нервной системе растений». Однако большинство специалистов видят в этих «чудесах» лишь проявление присущих растениям своеобразных способов приспосабливаться к окружающей среде и к изменениям в ней.

Так, профессор Хармер из Калифорнийского университета говорит: «Растения весьма чувствительны к окружающей среде, и только это позволяет им выживать, будучи прикованными к одному месту. У них есть много различных рецепторов и сигнальных путей, благодаря которым растения зачастую даже предвосхищают перемены в своем окружении, запоминают смену сезонов, пережитую в прошлом и суммируют разного рода информацию для контроля за важнейшими для себя событиями, вроде цветения и т.п.». «Это, конечно, не означает, - говорит далее Хармер, - будто у растений есть чувства, мысли или сознание. Но у них есть свой, отличный от нашего, тип жизни и они, как и мы, тоже способны к обработке информации, только совершенно своеобразными способами и в совершенно ином временном темпе».

Эти слова явно сказаны в укор чересчур увлекающимся коллегам: не следует искать мозг и сознание там, где «чудеса» вполне можно объяснить работой рецепторов и гормонов в духе механизма Холодного-Вента.
Недавно этот «гормональный подход» нашел новое эффектное подтверждение в работе самой Хармер (Science, 5.8.2016), посвященной причудливым свойствам подсолнухов. Эти растения известны издревле и¸ присматриваясь к ним, люди давно заметили такую странную особенность их поведения: когда подсолнух молод, он все время поворачивается так, чтобы его диск смотрел на солнце. Утром все молодые подсолнухи повернуты лицом на восток, где вот-вот взойдет солнце, а по мере его движения по небосводу они поворачиваются за ним вослед, с востока на запад, так что к вечеру вся молодь смотрит строго на запад. И что еще интересней: за ночь они снова поворачиваются на 180 градусов, чтобы к утру снова смотреть прямо на восток – как будто наперед знают, что там войдет солнце. И еще один загадочный факт состоит в том, что взрослые подсолнухи почему-то не следуют за солнцем, а стоят весь день, как вкопанные, и смотрят в основном на восток.

Не правда ли, удивительные растения? Но вот теперь группе профессора Хармер удалось объяснить все эти подсолнушные загадки. Первым делом исследователи, подобно Дарвину, создали возможность отслеживать самые микроскопические углы поворота и скорость роста подопытных растений. Затем они поместили их в помещение, где роль Солнца играли лампы. Сразу выявилось, что, когда лампы неподвижны, молодые подсолнухи первые 2-3 дня еще поворачиваются в течение суток, как и на воле, но потом останавливаются и всякий тропизм у них пропадает. Однако если лампы движутся подобно Солнцу, подсолнухи послушно поворачиваются следом за ними. Но опять же - лишь в том случае, если период движения близок к 24 часам, как и у Солнца. А вот при 30-часовом и более периоде всякий поворот растений прекращается снова.

Все эти особенности показали ученым, что в деле замешаны т.н. «биологические часы». Эти «часы» (которые есть и у животных, и у растений, и даже у бактерий, как показали недавние опыты) представляют собой группу специализированных клеток (у нас это нейроны), в которых происходит очень интересный циклический процесс: один ген дает клеткам команду на производство вещества, тормозящего работу второго гена, руководящего выработкой вещества, тормозящего работу первого. Понятно, что это приводит к циклической смене выработки то первого вещества, то второго. У всех организмов на Земле этот цикл занимает приблизительно 24 часа; вот почему у нас, например, в течение суток циклически растет и падает уровень т.н. «гормона сна», или мелатонина, а под его влиянием меняется также содержание многих иных веществ, что меняет наше поведение от утра к вечеру и наоборот.

Нечто аналогичное, как обнаружила группа Хармер, происходит в молодых подсолнухах. С восходом солнца сигнал «часов» усиливает работу гена роста в теневой стороне стебля, там образуется больше гормона роста (ауксина) и это наклоняет стебель в сторону Солнца. По мере движения Солнца тень движется с запада на восток, а вместе с ней движется также место максимального выделения ауксина, т.е. роста стебля, – поэтому наклоняется все время та сторона стебля, которая обращена к Солнцу. Но после заката сигнал от «часов» идет к другому гену, распложенному, наоборот, в самой нагретой, т.е. к западной стороне стебля и тогда он наклоняется на восток, навстречу месту будущего восхода Солнца.

Все это, однако, происходит только при достаточной гибкости стебля, т.е. у молодых подсолнухов. А у подавляющего большинства зрелых растений, цветки которых уже раскрылись и готовы к опылению, лица, как уже сказано, всегда остаются направленными на восток, хотя, казалось бы, они должны были застыть в самых разных случайных положениях. Группа Хармер объяснила и эту загадку. Оказалось, что зрелые подсолнухи, обращенные на восток, нагреваются больше, чем те, что «смотрит» иначе. А насекомые, опыляющие цветки подсолнухов, тянутся к теплу. Выходит, такие подсолнухи получают больше шансов на размножение. Иными словами, здесь в процесс вступают эволюционные механизмы.

Так и хочется сказать – учись у подсолнухов: хочешь жить – умей вертеться, а созрев да поумнев – умей стоять на своем.

Рафаил Нудельман
"Окна", 8.9.2016