Вкусовые ощущения

У растений, как и у животных, восприятие запаха и вкуса тесно связано между собой. На практике за вкусовые ощущения у растений отвечают рецепторы химических веществ, которые растения используют в качестве пищи – тех веществ, которые они ищут в почве, когда исследуют ее при помощи корней. «Вкусы» растений в этом поиске оказываются не менее взыскательными, чем вкусы самых придирчивых гурманов. Возможно, такое сравнение вас рассмешит, но речь идет о том, что способность чувствительного человеческого нёба распознать минимальные ингредиенты в составе того или иного блюда не очень сильно отличается от способности корней растений идентифицировать бесконечно малые количества минеральных солей, распределенных в объеме нескольких кубических метров почвы.

Однако есть и различия. И, как это часто бывает, при сравнении выигрывают растения. Способность растений улавливать минимальный градиент химических веществ в почве говорит о том, что вкусовое восприятие корней растений намного тоньше, чем у любых животных! Корни непрестанно пробуют почву в поисках «вкусных» питательных веществ, таких как нитраты, фосфаты или калий, которые они умеют идентифицировать даже в минимальном количестве. Откуда мы об этом знаем? Растения сами рассказывают об этом, выпуская намного больше корней в том направлении, где выше концентрация минеральных солей, и заставляют их расти вплоть до исчерпания всего обнаруженного запаса.

Рис. 3–2. Корни растения удлиняются в направлении источника питательного вещества

Такое поведение намного сложнее, чем может показаться на первый взгляд. На самом деле, выпуская больше корней по направлению градиента обнаруженного им химического вещества, растение рассчитывает на результат, инвестируя энергию и ресурсы, которые окупятся только в будущем. Это напоминает инвестиции в поиски новых месторождений руды в расчете на будущий успех – еще один пример разумного поведения растений.

Части растения, отвечающие за восприятие вкуса, мы инстинктивно ищем в почве, поскольку именно здесь сосредоточена большая часть потребляемых растением питательных веществ. Однако многие виды растений придерживаются другой диеты: это так называемые хищные растения. Выслушайте историю Dionaea muscipula — первого плотоядного растения, обнаруженного ботаниками.

Благополучный землевладелец из Северной Каролины и управляющий поселением с 1754 по 1765 г. Артур Доббс 24 января 1760 г. в письме к английскому ботанику Питеру Коллинсону (1694–1768), члену Королевского общества, описывал удивительное новое растение, способное заглатывать мух:

«Но самым большим чудом растительного царства является весьма любопытный неизвестный вид чувствительного [растения]: это карликовое растение; его листья напоминают узкие сегменты сферы, состоящие из двух выгнутых наружу частей, как створки кошелька, которые складываются, соединяя зазубренные края (как капкан для ловли лис); когда что-нибудь касается этих листьев или попадает между ними, они немедленно закрываются, как на пружинке, захватывая любое насекомое или предмет; [растение] имеет белый цветок: этому удивительному растению я дал название Sensitiva Acchiappamosche (чувствительная ловушка для мух)».

Коллинсон отослал первые прибывшие в Европу образцы этого удивительного растения британскому натуралисту Джону Эллису, который присвоил виду название Dionaea muscipula. Эллис, понимавший хищную природу растения, писал Линнею:

«…Растение, точный рисунок которого и образцы листьев и цветов которого я прилагаю, показывает, что природа предложила ему несколько способов питания, сформировав верхнюю часть его листа как машину для захватывания еды: внутри него находится приманка для несчастного насекомого, которое становится его добычей. Множество маленьких красных желез, покрывающих внутреннюю поверхность и, вероятно, выделяющих сладкий сок, искушают бедное насекомое: и в тот момент, когда эти нежные части раздражаются лапками насекомого, две половинки поднимаются, быстро захватывают его, сжимают ряды колючек и сдавливают насекомое до смерти. И в дальнейшем животное не может вырваться, даже при самых сильных попытках; в центре каждой доли листа, среди желез, расположены три маленьких прямых шипа, которые в конечном итоге прекращают всякую борьбу».

Не было никакого сомнения: растение охотится! Однако Линней думал совершенно иначе. Он отклонил заключение Эллиса и согласился с начальными предположениями Доббса, классифицировав находку как «чувствительное растение», которое отвечает на тактильные стимулы непроизвольными движениями.

Рис. 3–3. Dionaea muscipula, растение родом с северных широт, произрастающее также в болотах Южной Каролины; данный рисунок был послан Линнею британским натуралистом Джоном Эллисом в письме от 23 сентября 1769 г. В этом письме содержится первое научное описание плотоядного растения

Сегодня кажется очевидным, что росянка охотится на насекомых, но Линней отнес ее к тому же классу растений, что и Mimosa pudica, которая складывает листья при прикосновении. Выводы двух ботаников были диаметрально противоположными: Эллис считал, что росянка охотится на насекомых, а для Линнея это было всего лишь растение, автоматически реагирующее на прикосновение.

Как могло случиться, что наблюдение за одним и тем же растением привело двух ученых к столь разным выводам? Эллис, который известен меньше, чем Линней, не был ограничен рамками представлений того времени и просто описывал то, что видел, и приходил к логическим выводам. А Линней был на вершине славы и не мог отказаться от догмы «упорядоченности природы», устанавливавшей взаимосвязь между всеми живыми существами и принятой всем научным сообществом. Эта догма в такой степени определяла его мировоззрение, что он отрицал очевидное и пытался подогнать свои наблюдения под господствовавшую теорию даже ценой искажения реальности. И по этой причине после долгих исследований и перед лицом неопровержимых доказательств, подтверждавших, что растение может захватывать и убивать насекомых, Линней отказался признать (и тем самым узаконить в глазах ученых) его хищную природу, поскольку такое поведение для растения было просто немыслимым.

Однако любому наблюдателю было видно, что может делать росянка: ведь действительно казалось, что растение способно захватывать и убивать некоторых насекомых. Как иначе интерпретировать эти наблюдения? Многие ботаники того времени прибегали к помощи фантазии. Они утверждали, что листья движутся рефлекторно (то есть закрываются без намерения убить насекомое) и что при желании насекомое способно высвободиться. Если же оно не высвобождается, значит, оно старое или должно умереть. Сейчас такие выводы кажутся смешными, но научное сообщество того времени принимало их без колебаний. Подходило любое объяснение, лишь бы оно исключало возможность существования растений, охотящихся на животных. Такие гипотезы сохранились только на страницах приключенческих книг, в которых в те времена частенько встречались прекрасные деревья, пожирающие людей.

Но как объяснить тот факт, что росянка никогда не высвобождает насекомое, пока не убьет и не переварит его? И почему листья вновь открываются почти сразу, если в них попало что-то безвкусное или несъедобное?

Осмысленные ответы на эти вопросы появились только в 1875 г., когда Чарльз Дарвин опубликовал книгу «Насекомоядные растения». Только тогда ученые начали говорить о «растениях, поедающих насекомых»; такое определение было ближе к истине, но все еще оставалось неточным. К временам Дарвина уже было обнаружено немало растений, которые могли захватывать и переваривать небольших животных, таких как мыши и ящерицы. Вряд ли их можно назвать насекомоядными! Десятки видов были отнесены к насекомоядным растениям не потому, что все они охотились на насекомых, а потому, что в середине 1800-х гг. слова «хищный» или «плотоядный» считались слишком сильными для приложения к миру растений. Несмотря на известное поведение многих видов растений, особенно некоторых непентесов, которые ловят и убивают даже мелких млекопитающих, в конце XVIII в. существование растений, поедающих животную плоть, все еще казалось невероятным.

Но почему некоторые растения выбрали такой способ питания? Опять-таки, это результат эволюции. В сырых болотах, где эти виды развивались на протяжении миллионов лет, мало азота, жизненно необходимого элемента, входящего в состав белков. Растения, живущие в средах с низким содержанием азота, вынуждены искать этот важнейший элемент без помощи корней и почвы.

Как же они это делают? Они используют свою надземную часть. Со временем такие растения модифицировали форму листьев, превратив их в ловушки для насекомых – маленькие подвижные ферментеры для производства азота. Захватив и убив жертву, растения расщепляют ее и впитывают питательные компоненты. На самом деле это и есть главная характеристика хищных растений: они способны переваривать пойманное животное, синтезируя ферменты, которые расщепляют белковые молекулы и позволяют листьям всасывать питательные компоненты.

Давайте посмотрим, как же охотятся эти умелые охотники – Dionaea muscipula и непентесы. Как и все настоящие охотники, они начинают с того, что приманивают жертву. Росянка выделяет из листьев-ловушек очень пахучий и сладкий сок, и насекомые не могут устоять перед таким искушением. При всем уважении к Линнею следует сказать, что у растения нет лишней энергии и листья не закрываются при соприкосновении с гипотетической жертвой; если бы так было, они захватывали бы и несъедобные предметы или позволяли улизнуть насекомым, ухватившимся за край ловушки. Но росянка закрывает лист только тогда, когда насекомое окажется в самом центре листа, исключая возможность неудачи.

На поверхности каждой половинки листа, образующего смертельный капкан, расположены три маленькие ворсинки – именно они заставляют ловушку захлопнуться. Чтобы это произошло, насекомое должно коснуться хотя бы двух ворсинок – с временным интервалом не более 20 секунд. Только тогда растение понимает, что попалось что-то интересное, и захлопывает лист. Трепыхающееся насекомое продолжает касаться ворсинок, что заставляет росянку только крепче сжимать половинки листа. Когда животное погибает (и, следовательно, перестает двигаться), лист начинает выделять пищеварительные ферменты, с помощью которых почти полностью переваривает жертву. На вновь открывающемся листе все еще видны следы жестокой битвы между растением и животным: часто на листе можно обнаружить экзоскелет (внешний скелет) пойманного и съеденного насекомого.

Другой страшный хищник, непентес, использует иную тактику. В процессе эволюции эти растения создали специфические органы в виде мешочков, края которых покрываются сладким веществом с манящим запахом. Когда привлеченное запахом животное подбирается к мешочку, чтобы отведать нектар, оно соскальзывает внутрь и не может выбраться обратно. Внутренняя поверхность мешочка невероятно гладкая (настолько гладкая, что ученые занимаются изучением этой поверхности с целью воспроизведения ее свойств для технологических нужд). Но внутри мешочка несчастное животное попадает в расщепляющую жидкость, в которой и тонет после многочисленных и изнуряющих попыток спастись. Тогда растение начинает переваривать жертву, превращая ее в питательный бульон, который постепенно всасывает.

Непентесы поедают не только насекомых, но и ящериц и мелких рептилий, а также сравнительно крупных мышей. Скелеты жертв остаются на дне ловушек, как охотничьи трофеи и страшные предупреждения для будущих несчастных жертв.

Известно как минимум 600 видов плотоядных растений, использующих разные варианты ловушек и устройств для охоты на животных.

На примере хищных растений можно говорить не только об их «вкусовых пристрастиях», но о рационе питания в целом. Прежде всего, в противоположность тому, что мы привыкли думать, такие растения вовсе не редкость. Сегодня известно как минимум 600 видов плотоядных растений, и все они используют разные варианты ловушек и устройств для охоты на разных животных. Таким образом, плотоядные растения распространены весьма широко и образуют несколько сотен видов. Их число еще больше с учетом тех видов, которые получают выгоду от охоты на насекомых косвенным путем. Всего несколько лет назад считалось, что лишь некоторые виды растений («истинные плотоядные») способны переваривать мелких животных, извлекая из них необходимые для жизни питательные вещества. Однако современные исследования показывают, что использование растениями пищи животного происхождения – достаточно распространенное явление.

Если посмотреть на листья картофеля, табака или некоторых экзотических растений, таких как павловния (Paulonia tomentosa, это дерево родом из Китая сейчас широко распространилось в Европе и США), можно заметить на них тела мелких насекомых. Зачем листьям этих растений секретировать липкие или ядовитые вещества для убийства насекомых, если они не могут их переваривать?

Ответ прост и логичен: даже если тела насекомых не расщепляются листьями, они падают на землю и разлагаются, выделяя необходимый растению азот. А тела, оставшиеся на листьях, становятся пищей для бактерий, и вновь растение выигрывает, потребляя азот, выделяемый бактериями.

Таким образом, некоторые растения, не являющиеся «истинными плотоядными», тоже используют животных для обогащения своего пищевого рациона. Ученые называют такие виды «псевдохищными».

Но это еще не все. В 2012 г. было описано растение, которое охотится на червей с помощью специальных… подземных ловушек! Фиалки, произрастающие на очень сухой и обедненной почве бразильского серрадо, имеют подземные листья, которые умеют захватывать и переваривать нематод – повсеместно распространенных мелких червей. Листья эти липкие, и проползающие мимо черви прилипают к ним, а затем перевариваются растением, обеспечивая его полезными пищевыми добавками, содержащими азот. Этот пример впервые продемонстрировал технику подземной охоты, к которой, возможно, прибегают и другие растения, обитающие на обедненной почве.

Как мы отметили выше, на сегодняшний день насчитывается около 600 видов плотоядных растений. Но если прибавить к этому числу «псевдохищников» и подземных охотников, можно говорить о гораздо большем числе видов. И этот факт позволяет нам в корне изменить представление о способах питания растений.