CAM и C4
Суккуленты в мексиканской пустыне
За этими непонятными зашифрованными аббревиатурами стоит специфика жизни кактусов и других суккулентов, произрастающих в пустынях по всей планете. CAM — это crassulacean acid metabolism, или же по-русски «метаболизм крассулацеиновой кислоты». С4 — Carbon4, что значит четыре атома углерода, участвующих в метаболизме. Обе этих особенности обусловлены необходимостью сохранения влаги внутри растения в жарких и засушливых условиях.
Основная масса растений открывает поры в течение светового дня, чтобы впитывать углекислый газ. Но совершенно понятно, что суккуленты не являются основной массой растений как по метаболизму, так и по внешнему виду. На протяжении всего светового дня, когда солнце подвергает все сущее в пустыне испепеляющей жаре, поры этих растений закрыты.
И тут в дело как раз вступает особый вид метаболизма: днём двуокись углерода поглощается для создания белковых соединений, необходимых для потребления сахара, а не его производства. Ночью CO2 соединяется с другим видом белков, фосфоенолпируватов (или сокращённо ФЕП). Эта химическая реакция создаёт четырехатомное соединение оксалоацетата, который «работает» днём. Такая система позволяет пустынным растениям за ночь накапливать углекислый газ и использовать его днем для внутренних процессов.
Лубяной слой и древесина
Ксилема под микроскопом
В научных кругах оба этих простых слова обозначаются куда более витиеватыми «флоэма» и «ксилема». Обе этих структуры, как всем известно из школьных курсов биологии, служат для распределения питательных веществ по всему растению. К слову, растения, в которых присутствуют сосуды (васкулярные растения) могут вырастать гораздо выше, чем представители флоры, лишённые сосудов. Древесина ответственна за транспортировку питательных веществ от корней до листьев. Как известно, клетки древесины жёсткие, что и позволяет растению вырастать.
Лубяной слой, несмотря на другую степень жёсткости, тоже имеет важное значение переноса продуктов жизнедеятельности по клеткам растения, напитывая стебель сахаром и другими веществами. Более подробно об этом процессе можно узнать из специализированной литературы, но это (как мы все знаем) всегда откладывается в долгий ящик.
Непентес
Кувшин наземного непентеса
Любимое растение Эдгара По (если помните, в стихотворении «Ворон»: «пей непентес, пей забвенье…»). Несмотря на романтический ореол, это плотоядное растение не так широко известно, как венерина мухоловка. Цветок непентеса представляет собой кувшин с крышкой, на внутренних стенках которого обильно выделяется липкое воскообразное вещество. На дне этой чаши — сладкий нектар, который привлекает насекомых. Непентес произрастает в долинах и высокогорьях тропических широт. Обе разновидности легко различаются по форме кувшинов: в горах он более вытянутый и «стройный», в низинах — похожий на печной пузатый горшок.
Несчастная жертва, прельстившаяся тонким ароматом нектара, сползает по стенкам на дно чаши, где находится пищеварительная жидкость с активным белком, расщепляющим ткани насекомых. Однако биологи находили внутри кувшинов и целых крыс, так что можно считать непентес и убийцей млекопитающих. Представьте себе размер такого кувшина, который легко может поглотить крупного грызуна!
Интересный факт про геотропизм
Даже маленький росток знает, где солнце
Гравитрапизм (он же геотропизм) можно смело назвать суперспособностью представителей царства флоры. Существует непреложное правило для растений, использующих фотосинтез: расти в ту сторону, откуда исходит солнечный свет. При этом неважно, насколько трудно добиться этого: хоть вбок, хоть вверх ногами, но желанный ультрафиолет будет получен. Удивительно то, что растение может за несколько часов изменить направление роста. Это обусловлено наличием «восьмого чувства», определяющего вектор силы тяжести.
Верхушка растения, именуемая меристемой, содержит особые клетки, статоциты. Именно они ответственны за направление роста и являются крайне чувствительным органом, чувствующим гравитацию. По сути, любой представитель мира флоры всегда знает, где он находится (вот бы иметь и людям такую же способность). Для того чтобы доказать эту теорию, учёные блокировали информацию, поступающую из меристемы. Итог, как и следовало догадаться, был един: растение теряло ориентацию по направлению к солнечному свету и чахло. Дальнейшие исследования могут помочь науке создать инновационные методы ориентирования в пространстве, не требующие участия глаз.
Вспомогательные пигменты
Бурый пигмент водорослей
Каждый школьник знает, что зелёный цвет листьев обусловлен наличием хлорофилла, клеток, ответственных за фотосинтез. Однако также есть вспомогательные пигменты других цветов, которые нужны для улавливания волн разной длины (всё это необходимо для максимального поглощения энергии, выделяемой нашим светилом). С помощью разных «красок» можно поглощать разные по длине волны. Рассмотрим пигментацию на примере одного из самых древних видов растений — водорослей.
Существует три разновидности: цианобактерии (первые сложные живые существа на нашей планете, сине-зелёные водоросли), родофиты (красные водоросли) и окрофиты (бурые водоросли). Как известно, вода хорошо поглощает солнечный свет — достаточно опуститься на пару десятков метров ко дну, и окружающий мир окутывает мрак. По этой причине, пигменты, способствующие улавливанию света разной длины, являются важнейшим фактором выживания.
Красные пигменты улавливают короткие волны, поэтому родофитов можно встретить на незначительной глубине или у самой поверхности. Сине-зелёные водоросли могут улавливать свет на большей глубине, поэтому и распространены шире. Впрочем, разные пути эволюции всё же помогли водорослям занять различные ниши и не бороться друг с другом за выживание.
Самый распространённый белок в мире
Структура РуБисКо
Можно сколько угодно принижать силу и значимость растений, но факт остаётся фактом: белок под названием РуБисКо, или рибулозобисфосфаткарбоксилаза (попробуйте прочитать с первого раза) является самым распространённым на планете. Это единственный фермент на Земле, который может превращать неорганический СО2 в органический. РуБисКо превращает молекулы углекислого газа в нестабильную форму из шести атомов углерода, которые затем распадаются на две молекулы 3-фосфоглицерата. А уже эти частицы участвуют в образовании сахара, необходимого для питания растения.
Для суккулентов РуБисКо может быть губительным, так как высокая продуктивность этой химической реакции приводит к значительным потерям воды. Для всех других представителей мира флоры этот белок чрезвычайно полезен, так как позволяет максимально эффективно существовать в течение светового дня. Он позволяет превращать каждые четыре молекулы углерода в одну молекулу кислорода (это очень хороший показатель). И это особо впечатляет, если учесть, что в атмосфере в пять раз больше молекул O2, чем CO2, несмотря на все старания человечества по загрязнению окружающей среды.
Зооксантелла
Симбиоз водорослей и кораллов
Таким поэтически-красивым термином обозначены фотосинтезирующие водоросли, растущие внутри коралловых рифов. Водоросли и кораллы находятся в симбиотической связи. Сообщество кораллов питается продуктами жизнедеятельности хлорофиллосодержащих растений, предоставляя им место для роста и жизни. Сахар, кислород, аминокислоты — водоросли предоставляют кораллам богатое «меню». Как ни странно, зооксантеллы любят те места, где вода грязнее — в чистой среде им просто нечем питаться. Чем больше мусора, ила, грязи — тем вольготнее им живётся. Однако кораллам нужны прямо противоположные условия
Сложный цикл взаимного обмена веществами позволяет обоим организмам находиться в комфортных для жизни и размножения условиях. Однако если вода станет слишком грязной, кораллы «выгоняют сожителей». Это влечёт за собой последствия: кораллы обесцвечиваются и, скорее всего, погибают всей популяцией. «Отбелённые» участки рифа также покидают более крупные представители экосистемы — рыбы и ракообразные, перебираясь в более «благополучные» районы.
Растения ли?
Водоросли можно выделить в отдельное царство
Немного лукаво называть водоросли растениями. В более узком смысле, они не являются таковыми. По сути, они представляют собой отдельное царство. Конечно, водоросли имеют больше общего с растениями, нежели с грибами или животными, но у них есть ряд особенностей, кардинально отличающихся от мира флоры. Способность к фотосинтезу — основной «роднящий» фактор этих видов живых существ.
Основное же различие заключается в том, что у водорослей нет как таковых стеблей, листьев и корневой системы. Даже похожие части обладают абсолютно другими функциями (например, у бурых водорослей).
То, что принято считать «корнями», является просто структурой, которой водоросли цепляются за поверхность. «Листья» же являются самодостаточными элементами, автономно вырабатывающими и поглощающими питательные вещества. Более того, каждая клетка ламинарии может выжить самостоятельно, чего нельзя сказать о клетках растений. У водорослей нет коры, лубяного слоя и древесины.
Снижение потери воды
Схема работы стомы клетки
Кроме особого метаболизма суккулентов, о котором говорилось выше, можно выделить схожие механизмы у других видов растений, так как экономия влаги является необходимым условием для выживания любого организма на планете. Это и восковое покрытие листьев, и снижение площади испарения (иголки хвойных). У лиственных деревьев есть особый вид клеток, которые контролируют процесс открытия/закрытия пор.
Этот процесс похож на химическую реакцию диффузии, так как охранные клетки активизируются при большом содержании в клетке ионов калия. Это является сигналом к тому, что клетке необходима вода. Как только уровень калия выравнивается, устья стомы закрываются. Также во время открытия стомы (поры), происходит забор углекислого газа для фотосинтеза. Ночью, когда поры закрыты, растение использует накопленные за световой день СО2 и воду.
Этилен
Спасибо газу на вкусные помидоры!
Этот газ выделяется растениями для созревания плодов (овощей и фруктов, которые мы так любим). Хоть люди не видят и не чувствуют запах, а также вкус этого химического соединения, оно играет важную роль в природе. Кстати — ягодные кусты не выделяют этилен. Замечательный факт: как только отдельный плод или дерево начинают выделять этот вид газа, то все окружающие плоды и деревья будто «заражаются» созреванием.
Учёные достаточно давно обратили внимание на эти химические процессы и искусственно «опыляют» сады этиленом для более быстрого созревания. Чаще всего этот метод используется на томатных плантациях (причём весьма успешно). Однако игра в творца может сыграть злую шутку: большое количество газа способно ускорить процесс гниения и старения, сделав плод непригодным для еды. В любом случае, это удивительное открытие позволило человечеству наслаждаться большим количеством вкусных и спелых плодов круглый год.
Как и в любой области человеческого знания, в ботанике ещё есть белые пятна. И нахождение ответов влечёт за собой лишь ворох новых вопросов. Впрочем, это значит только одно: природа никогда не перестанет удивлять нас.
