Профессор Тимирязевки рассказал порталу "Наука.РФ", как и зачем перемещаются растения

– В нашем представлении растения обычно считаются неподвижными организмами. Насколько это верно?

– В школе мы получаем информацию о том, что растения как представители отдельного царства живой природы неподвижны. Но это лишь в сравнении с животными. Не стоит забывать, что движение – свойство всего живого, и растения тут не исключение. Просто в мире растений движение приобретает свои, особые формы. И, конечно, оно далеко не всегда видно нашему глазу. Хотя многие, наверняка, слышали про перекати-поле в бескрайних открытых степях или могут представить себе плавающие водные растения на реке, в пруду или аквариуме, а ведь вода – тоже фактор перемещения организмов в пространстве.

– Почему в ходе эволюции у растений появилась неподвижность? В чем её преимущества?

– Как известно, растения способны к фотосинтезу. То есть они сами синтезируют органические вещества (углеводы) под действием солнечного света. Значит, им нужно «поймать» кванты света. А скорость перемещения солнечного зайчика по поверхности планеты – величина внушительная. А зачем «носиться» по планете, если можно просто расти на одном месте и ждать своей «порции» Солнца. При этом растения развивают большую площадь боковой поверхности – собственно, это листья, которые и улавливают кванты света.

– Тогда зачем растениям нужна подвижность?

– Если коротко – для размножения, расселения в пространстве, занятия новых территорий. Еще одна причина – уход от конкуренции, ведь многие виды растений растут совместно, на одной территории. А получить своё место под солнцем – актуально для каждого. Это одна из причин, побуждающая растения перемещаться в пространстве. Таким образом повышается экологическая стабильность растений, благодаря чему они на полную используют окружающую среду через движение своих органов и структур (так называемая «поисковая» активность).

– За счет чего способность двигаться возникает?

– Вообще, формы подвижности у растений тесно связаны с их способностью к росту и развитию. По сути, это всё разные стороны единой жизни растительного организма. В основе всех этих процессов лежит активное деление растительных клеток. А это, в свою очередь, регулируется растительными гормонами (фитогормонами) – низкомолекулярными органическими соединениями, связанными со всеми процессами физиологии.

 Часто растения для движения используют части собственного тела, но могут перемещаться в пространстве целиком. Причем как вегетативные органы (побеги, корни), так и репродуктивные (споры, семена, плоды) могут «пригодиться» для перемещения.

– Каким растениям подвижность особенно нужна? Могут ли на появление этой способности повлиять какие-нибудь внешние условия (климат, животные, обитающие в этой местности)?

– Подвижность нужна всем растениям, но особенно помогает она в исключительных случаях. Движение органов-ловушек у хищных растений – это тоже подвижность. Климатические факторы тоже влияют на это. Животные могут служить важным фактором переноса частей растений (спор, плодов, семян, вегетативных диаспор) в пространстве.

– Как разные растения используют подвижность?

– Физиологи различают у растений три основные формы движения – тропизмы, настии и нутации. Тропизмы – двигательная активность особого рода, связанная с ростовыми процессами и освоением пространства. В первую очередь, это реакция растений на свет и гравитацию. Одностороннее действие фактора вызывает изгибы побега или корня. Настии – это более быстрые периодические сонные движения, связанные с диффузным влиянием факторов. Настические движения бывают разные. Это складывание листьев, как у стыдливой мимозы, движения устьиц, открывание-закрывание цветка у кувшинки, что зависит еще и от погодных условий, ловчие аппараты росянки и венериной мухоловки.

У растений даже есть особые моторные клетки. В таких случаях задействованы особые сократительные белки клеток, а сам механизм близок к мышечному сокращению. Нутации – круговые колебательные движения, связанные с неравномерным распределением и перераспределением фитогормонов (в первую очередь, ауксина) на верхушке побега. Они известны у лиан – вьющихся и лазящих растений. Такие движения по спирали возможны как по часовой стрелке (у жимолости, хмеля), так и против часовой стрелки (у вьюнка заборного, декоративной фасоли, декоративной древесной лианы древогубца).

– Все растения двигаются одинаково? Какие органы и части тела участвуют в обеспечении разных форм подвижности?

– Есть полностью неподвижные растения, например, многие деревья и однодольные. Есть также малоподвижные растения. Но в целом, в ходе эволюции у растений способность к разным формам подвижности прогрессировала.

– Деревья и кустарники тоже перемещаются в пространстве? Как они это делают?

– Да, но они скорее исключение. Травы перемещаются гораздо лучше и быстрее. В отношении древесных растений скажу, что к подвижности способны их стланиковые формы – стелющиеся растения, у которых развиваются полегающие к земле побеги. Среди них корнеотпрысковые и ветвеукореняющиеся формы. Таковы многие виды бересклетов, а также очень декоративное дальневосточное дерево – бархат амурский.

– А что с травянистыми растениями? Высшими споровыми растениями (мхи, папоротники)? Они тоже способны передвигаться? Как и зачем они это делают?

– Некоторые травы совершенно неподвижны, как наши весенние эфемероиды (многолетние травянистые растения с коротким, обычно ранневесенним периодом цветения) – хохлатки и цикламены. Другие, наоборот, весьма активны в этом отношении: корневищные виды луков, многие дерновинные злаки и кочкообразующие осоки, куртинообразующие растения типа белозора болотного. Также много длиннокорневищных травянистых растений, к которым относятся хвощи и многие наши папоротники. У мхов вегетативная подвижность осуществляется через распространение маленькой нитевидной структуры – протонемы, развивающейся из спор. Она, кстати, нередко способна к длительному существованию (впоследствии из нее развивается взрослое растение мха). Смысл здесь тот же – расселение в пространстве, занятие новых территорий.

Наконец, среди травянистых растений выделяется особая группа наземно-ползучих трав, у которых развиваются специализированные побеги. Вспомним «усы» у клубники и земляники.

– Что можно сказать про рекордсменов в мире растений по дальности перемещения? Можно ли отнести к таким перекати-поле?

– Среди рекордсменов можно назвать группу так называемых столонообразующих растений: некоторые лютики, ослинники, лапчатки, земляника, камнеломки, кислица, картофель. Сюда же относятся многие водные растения: стрелолист, валлиснерия, водокрас; а еще и некоторые папоротники – страусник обыкновенный. Луковичные растения иногда поражают скоростью перемещения дочерних луковиц на подземных столонах, как у тюльпана Биберштейна. Подземный столон – это видоизмененный побег с ограниченным по времени сроком жизни, односезонный.

Здесь речь может идти о расстояниях от десятков сантиметров до нескольких метров от исходного материнского растения.

Но, конечно, особый рекордсмен здесь именно перекати-поле. Это особая жизненная форма растений из разных систематических групп, у которых вся система надземных побегов (включая соцветия) после цветения на стадии плодоношения превращается в компактный, сильно ветвящийся «шар», отрывается в основании от земли и переносится на существенные расстояния. Сюда относятся виды гулявника, качима, кермека, василька, синеголовника, и др. Расстояния, на которые переносятся такие растения могут измеряться сотнями метров, и даже более, это сильно зависит от скорости и направления ветра на открытых пространствах степей и пустынь.

– Могут ли какие-нибудь растения передвигаться не целиком, а только некоторыми частями? В чем преимущества такого способа передвижения? Какие растения и для чего перемещают только часть своего тела?

– Частично ответ мы уже дали. «Вершина» эволюции всех форм и способов перемещения растений в пространстве – это так называемая вегетативная диаспория, когда вегетативные зачатки (луковички, выводковые почки, клубеньки) способны рассеиваться наподобие плодов и семян. Это можно наблюдать у некоторых камнеломок, папоротника асплениума живородящего, некоторых злаков, или широко известных комнатных растений – каланхоэ, бриофиллум.

– Получается, что у растений может быть поведение, как у животных и человека?

– Да, хотя словосочетание «поведение растений» для многих звучит и непривычно. Обычно мы думаем: поведение – это же функция нервной системы, мозга. Но элементы поведения возможны уже на уровне отдельных живых клеток. Цитофизиология – основа всех форм движения у растений. Ответные реакции на внешние воздействия – это свойство раздражимости, оно проявляется уже на уровне мембран живых клеток и в конечном итоге приводит к изменению положения отдельных частей или всего тела в пространстве.

– Каковы основные направления исследований российских ученых-ботаников в сфере изучения подвижности растений?

– Здесь нам потребуется небольшой исторический экскурс. Дело в том, что в Советском Союзе и России сложились крупные научные школы в области изучения жизненных форм растений – биоморфологии. Причем в наш век молекулярно-биологических исследований и мира ДНК Россия остается одной из немногих стран, где это направление активно развивается до сих пор, причем с привлечением молодых научных кадров.

Основа всего этого была заложена пионерскими работами школы Ивана и Татьяны Серебряковых в 40-80-х гг. XX века. Эстафета вскоре была подхвачена исследованиями Зои Артюшенко и Марины Барановой (Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН в Санкт-Петербурге) по амариллисовым и луковичным; Маи Мазуренко и Андрея Хохрякова (Москва) по явлению вегетативной подвижности в разных группах растений; Евгения Любарского (Казань) по вегетативной подвижности вообще; Ольги Смирновой (Пущино) по структуре травяного покрова широколиственных лесов и классификации клонов у растений; работами Нины Шориной (Москва) по луковичным и папоротникам; Натальи Савиных (Киров) по водным травянистым растениям; Веры Черемушкиной (Новосибирск) по лукам. Наконец, следует упомянуть работы Олега Коровкина из РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева по столонообразующим травянистым поликарпикам (многолетние, многократно цветущие и плодоносящие травы, дающие столоны).

Остается добавить, что учение о жизненных формах растений (по сути, организации их тела) как раз тесно связано с рассматриваемой нами проблемой их подвижности.

– Какие наиболее интересные, важные открытия в этой области, на ваш взгляд, были сделаны за последние годы?

– В последние годы активно идет разработка физиологических основ разных форм подвижности у растений с привлечением молекулярно-генетических методов и подходов. Нам важно понимать, что же конкретно происходит в растительных клетках при механическом прикосновении руки человека, или когда насекомое или иное животное садится на ловчий аппарат хищного растения. В чем причина столь быстрой реакции? Какова роль генов и сократительных белков в осуществлении таких механизмов? Будущее этой области науки обещает быть крайне интересным!

– Для чего нужно изучать эту область ботаники? Какую практическую пользу могут принести эти исследования?

– Эта область, обогащающая наши знания в области биологии растений, имеет не только теоретический интерес для фундаментальной ботаники. Прикладной аспект рассматриваемой проблемы – ее использование в декоративном садоводстве и цветоводстве при размножении растений, решении проблемы биологических инвазий (это активное расселение чужеродных видов растений на новых территориях, как печально знаменитый борщевик Сосновского в Средней России: что способствует его столь нежелательному для человека успеху?), изучении и использовании важнейшего пищевого культурного растения – картофеля с его подземными клубнями и столонами, а также большого числа водных растений в аквариумистике.

Источник: https://наука.рф/journal/zhizn-v-dvizhenii-kak-i-zachem-peremeshchayutsya-rasteniya/