Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Журнал №193, октябрь 2019
Журнал №71, сентябрь–октябрь 2019
Это новый сайт National Geographic Россия. Пока мы работаем в режиме бета-тестирования.
Если у вас возникли сложности при работе с сайтом, напишите нам: new-ng@yasno.media
Наука

Ловцы света

Текст: Роб Данн
20 октября 2012
/upload/iblock/a08/a0892ccdb50d9d70c848c941fdb1ffb5.jpg
Вайи – листья древних папоротников – когда-то возвышались над лесами. Некоторые из современных папоротников считаются деревьями, но большинство из них миниатюрнее. Их вайи тянутся из подлеска – и других мест, где живется нелегко, – ввысь, чтобы поймать немного света.
Фото: Birmingham Archives&Heritage, Великобритания
/upload/iblock/b2e/b2e861adf70383e86f963f1aef0c10e2.jpg
Жизнь чертополоха нелегка. Он растет низко – там, куда склоняются головы коров, овец и других травоядных. Растение защищается шипами, но они не дают стопроцентной гарантии. Иногда чертополох съедают или, как в случае с этим экземпляром, срывают.
Фото: Марселлин Бонне, Facies Plantarum, Муниципальная библиотека Каркассона, Франция
/upload/iblock/761/76121db9c28b8c8461ff61ac50f1984c.jpg
Похожие на разинутые рты устьица – дыхательные органы на листьях кувшинки – обращены вверх, к необходимому для растения воздуху.
Фото: Карстен Питер. Частная коллекция Питера Хайльмана
/upload/iblock/140/140a7fdba16427b7f1d64c2af90edda6.jpg
Глядя на ветвящийся объект, можно подумать, что перед нами растение. Но водоросли – дальние родственники растений и эволюционировали независимо от них. Внешнее подобие – пример эволюционной конвергенции, когда под воздействием одинаковых факторов у представителей разных групп живой природы формируется сходный облик.
Фото: Карстен Питер. Британская библиотека
/upload/iblock/d52/d528c10d51a187b0aa9e8f23feaf9385.jpg
Кровь циркулирует по сосудам человеческого тела, не покидая его. Виноградные листья открыты миру. Газы выходят из жилок – сосудов – на поверхность листа, где происходит газообмен.
Фото: Карстен Питер. Уильям Генри Фокс Талбот, Science & Society Picture Library
Есть такие шедевры, которые можно увидеть только в музеях. А есть другие, они совсем рядом – у нас за окном или даже под ногами.
Все мы не раз держали их в руках, любовались их осенними красками, собирали их граблями, а какие-то из них – ели и едим. Они окружают нас повсюду, и зачастую мы просто не замечаем их. Ну а листья тем временем продолжают ежедневно выполнять свое главное предназначение: превращают свет в жизнь. Когда солнечные лучи падают на лист, отражаются только те волны, длина которых соответствует оттенкам зеленого. Остальная часть спектра – красная, голубая, синяя, фиолетовая – задерживается. В каждом листе есть полости, освещенные собранным светом. О стены этих «светлых комнат» бьются фотоны, и лист забирает их энергию, превращая ее в сахара, из которых строятся растения, животные и цивилизации. Всю работу выполняют хлоропласты, поглощающие солнечный свет, воду, углекислый газ и питательные вещества.
Многообразие форм листьев впечатляет, но так и хочется спросить: для чего все это?
Хлоропласты появились в процессе эволюции 1,6 миллиарда лет назад, когда одна клетка, неспособная использовать солнечную энергию, поглотила другую, способную, – цианобактерию. Последняя и стала предком всех современных хлоропластов. Благодаря им растения могут не заботиться о пропитании: они просто протягивают свои зеленые ладони к солнцу и ловят свет. Большие, маленькие, толстые, тонкие, гладкие, опушенные... Так описываем листья мы с вами, у ботаников в ходу другие определения: перистые и пальчатые, сердцевидные и обратносердцевидные, простые и сложные, в виде шипов и иголок. Многообразие форм впечатляет, но так и хочется спросить: для чего все это, если такие разные листья выполняют всего лишь одну функцию – обеспечивают хлоропластам место под солнцем. Ответ на этот вопрос дает естественный отбор. Листья пустынных растений обычно мелкие, с толстой кожицей и покрыты воском, или же превратились в колючки, как у обитателей солончаков. Вот пример относительно скромного набора инструментов, с помощью которого эволюция решает свои задачи – в данном случае справляется с проблемой нехватки воды. В дождевых лесах проблема прямо противоположная, поэтому у тамошних растений листья обычно узкие, с длинными и тонкими концами. Такая форма позволяет излишкам воды быстрее стекать с поверхности листа. Листья с зубчатым, как у березы и вишни, краем характерны для растений холодных регионов. Для чего предназначены эти зубцы? Ученые пока не выяснили. Самые невероятные формы, возникшие в процессе эволюции, можно найти в тропических высокогорьях, где ночи обычно холодные и влажные, а дни – жаркие и сухие. Поднимитесь достаточно высоко над границей лесов в горах Африки, Азии, Гавайев или любой из Америк, и вы увидите толстые башни, увенчанные копнами живых и засохших листьев. В ряде стран ботаники называют эти округлые композиции «гигантскими розетками». В пазухах толстых, покрытых волосками листьев, составляющих такую розетку, находятся молодые почки. Отмершие листья помогают растениям переносить ночные морозы и запасать прохладную росу для сухого дня. Если увядающие листочки убрать с розеток высокогорных растений, они могут погибнуть от холода. Во многих случаях естественный отбор отдает предпочтение одним и тем же похожим формам. Видимо, определенное сочетание факторов диктует ограниченное количество эффективного приспособления. Гигантские розетки встречаются в похожих условиях на разных континентах. То же относится и к плотоядным растительным формам. В бедных питательными веществами болотах флора неоднократно обращалась к опыту фауны, чтобы компенсировать скудость почвы. В процессе эволюции некоторые болотные растения обзавелись листьями-кувшинчиками, клейкими волосками и листьями-капканами для ловли живой добычи.
В глубокой древности междоусобные войны растений то и дело приводили к возникновению деревьев. Без конкуренции лесов бы просто не было.
Но если бы климат и доступность питательных веществ полностью объясняли разнообразие видов, то все листья в каждом отдельно взятом условном регионе – в пустыне, на вершине горы или у вас во дворе – были бы одинаковыми. А это, как мы знаем, совершенно не так. Многие особенности листьев – в саду ли, в нашем ли салате – предопределены наследственностью и временем. Не у каждого растения есть сочетание генов, которое позволит ему под влиянием естественного отбора, попади он в пустыню, стать кактусом. Условия меняются. Виды меняют места обитания. Природа не любит застывшие формы. Возможно, сейчас листья приспосабливаются к условиям жизни в городах – загрязнению, засухе, перегреву, экскрементам домашних животных. Но естественному отбору понадобится череда поколений, чтобы ценой многих смертей найти наиболее успешные формы. Другие характерные черты могут быть следствием ежедневного соперничества на протяжении сотен миллионов лет. Растения борются за питательные вещества и воду в почве, а также за солнечный свет. Именно благодаря конкуренции стебли становятся стволами, а леса густеют. Выигрывает тот, чьи листья ближе к свету, поэтому деревья в ходе эволюции тянутся все выше и выше, и лишь законы физики и норма осадков в данной местности могут их остановить. В глубокой древности междоусобные войны растений то и дело приводили к возникновению деревьев. Без конкуренции лесов бы просто не было. Борьба растений изменила и системы жилкования в их листьях. Лист, в котором больше жилок, лучше справляется со снабжением хлоропластов водой. А если жилки организованы в густую сеть, то преимущества становятся неоспоримы. Возьмем, к примеру, кленовый лист. Его жилки похожи на дороги в мегаполисе – они достигают каждого уголка и часто пересекаются. Имея в своем распоряжении такую разветвленную транспортную систему, лист клена может быстро получить все необходимое, чтобы эффективно питаться солнцем. Как следствие, хлоропласты производят больше сахаров, позволяющих растению активнее развиваться. «Активнее развиваться» – значит вздымать свои листья выше всех, занимать больше места под солнцем и потреблять больше света, отбрасывая тень на менее успешных соседей. С ходом времени те виды растений, которые смогли оснастить себя более жилистыми листьями, выигрывали многие битвы и даже войны. Но у растений есть и другие проблемы помимо конкуренции с себе подобными. Палеонтологические свидетельства о том, что животные питались листьями, почти такие же древние, как и свидетельства о самих листьях. Их следы можно найти в окаменелых экскрементах динозавров.