Каждое растение – живой интернет

До сих пор мы обсуждали функционирование верхушки каждого корня в отдельности, но даже такие небольшие растения, как рожь или овес, могут иметь десятки миллионов верхушек, тогда как у дерева их может насчитываться несколько сотен миллионов (хотя никто их специально не подсчитывал). Как все эти корни действуют сообща? Верхушки корней одного растения нужно рассматривать не как изолированные функциональные центры, но как совместно действующие составляющие единой сети.

Чтобы понять, о чем идет речь, представьте себе интернет – самую обширную и мощную коммуникационную сеть, когда-либо созданную человеком.

В последние десятилетия для выполнения сложных расчетов применяются главным образом два подхода (которые имеют непосредственное отношение к теме нашего рассказа). С одной стороны, создаются все более и более мощные суперкомпьютеры, способные выполнять невероятное количество вычислений за очень короткие промежутки времени (компьютер Sequoia марки IBM, выпущенный в 2012 г., за час может осуществить такое количество вычислений, которое 6,7 млрд человек, работая на простых калькуляторах по 24 ч в сутки, выполнили бы за 320 лет). С другой стороны, для той же цели используется гигантский вычислительный потенциал целой сети компьютеров, такой как интернет. Эти две противоположные стратегии напоминают две стратегии, выбранные эволюцией для повышения эффективности принятия решений живыми организмами. С одной стороны, все более крупный и эффективно работающий индивидуальный мозг (в данном случае аналог суперкомпьютера – человек), с другой стороны, распределенный разум, такой, как мы видим в сообществах насекомых или у растений.

Скорость вычислений, осуществляемых суперкомпьютером в единицу времени, превышает и всегда будет превышать скорость вычислений компьютерной сети, однако нельзя не учитывать и недооценивать такой важный фактор, как надежность, которую обеспечивает компьютерная сеть. Первая версия интернета (Arpanet) была разработана агентством DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) при Министерстве обороны США с целью противостояния масштабным ядерным ударам. Даже если бы большинство компьютеров, составлявших сеть, было уничтожено (так ставилась задача), модульная структура сети обеспечивала ее функционирование и продолжение передачи данных.

Вам это ничего не напоминает? Такую же стратегию избрали растения: миллионы верхушек корней работают в единой сети, так что повреждение или удаление даже значительной части растения не нарушает работу сети в целом. Сама по себе одна верхушка корня не может эффективно осуществлять вычисления, но все верхушки корней вместе способны на удивительные подвиги – как муравей, который в одиночку не может выработать никакой стратегии, но совместно с другими муравьями создает одно из самых сложных и структурированных природных сообществ.

Как же корни сообщаются и сотрудничают друг с другом? Пока мы точно не знаем, но последние исследования позволяют сформулировать несколько интересных гипотез.

Корневая система, прежде всего, представляет собой физическую структуру, внутри которой корни соединены между собой анатомическим образом. Однако эта связь, по-видимому, не является главной. На самом деле сигналы, связывающие между собой корни растений, скорее всего, проходят не внутри растения. Как это возможно?

Рис. 5.4. Корневая система кукурузы в возрасте восьми недель содержит десятки миллионов верхушек корней

Вернемся к аналогии с муравьями и попытаемся представить себе верхушки корней как колонию насекомых: муравьи вообще не связаны между собой физическим образом, но при этом действуют согласованно, общаясь посредством химических сигналов. Может быть, корни действуют таким же путем? Растения, безусловно, мастерски используют искусство синтеза химических молекул всех видов и для всех целей. Так что, вполне возможно, что их подземные части, как и надземные, используют для общения химические сигналы.

Однако это пока лишь гипотеза, и поэтому следует рассмотреть и другие возможности. Например, верхушки корней могут быть чрезвычайно чувствительны к изменению электромагнитных полей, в том числе, производимому соседними верхушками, и могут действовать в соответствии с получаемыми сигналами. Кроме того, они умеют воспринимать звуковые волны, испускаемые другими корнями по мере роста. Как показали недавние исследования (см. главу 3), растущие корни издают звуки («клики»), которые слышат соседние корни. И это может быть весьма удобной системой коммуникаций: как мы видели, растения, по-видимому, производят эти звуки непреднамеренно, а в процессе расщепления клеточных стенок по мере роста. В таком случае этот звук является проявлением так называемого принципа парсимонии – данный сигнал достигает цели, но при этом не стоит растению дополнительных усилий или энергетических затрат.

Стая корней

Представьте себе быстро движущееся черное облако в вечернем весеннем небе – тысячи птиц, летящих в единой стае. До 1970-х гг. их координированное движение оставалось загадкой: теоретически птицы находятся столь близко друг к другу, что должны все время сталкиваться. Ученые блуждали в потемках в поисках ответа, иногда выдвигая странные гипотезы (в серьезных научных журналах), например, что птицы общаются… телепатически! Теперь уже найдено достаточно простое объяснение такого поведения, но тень загадочности все еще не до конца исчезла.

Каждая птица в стае следует нескольким основным правилам, например выдерживает расстояние в несколько сантиметров между собой и соседями впереди, справа и слева. И этого достаточно, чтобы обеспечить слаженный полет всей стаи, даже если тысячи птиц совершают резкий маневр. Одновременно элементарная и функциональная система, которая, по всей видимости, реализуется не только в птичьей стае. В настоящее время наиболее широко распространенная теория относительно функционирования корней растений предполагает, что они ведут себя как единая «стая».

В соответствии с этой теорией верхушка каждого корня сохраняет строго определенное расстояние до соседних верхушек. Такое поведение обеспечивает координированный рост и одновременно наиболее эффективное зондирование почвы и не требует вмешательства какого-то другого координационного («мозгового») центра, управляющего действиями верхушек всех корней. Не имея специфического органа, ответственного за мыслительные функции, растения создали распределенный интеллект, типичный для стай и многих других групп живых организмов.

Собирающиеся в группы живые организмы демонстрируют так называемое эмерджентное поведение, не проявляющееся на индивидуальном уровне.

В последние годы ученые систематически занимаются анализом этого явления. И получают удивительные результаты. Эмерджентное поведение зафиксировано даже в группах людей. Классический пример – аплодисменты в театре. Недавние исследования показали, что первые аплодисменты звучат несинхронно (каждый начинает аплодировать независимо от остальных), но через несколько секунд происходит синхронизация движений. Понятно, что это непреднамеренное действие, являющееся выражением эмерджентного поведения. Со стороны может показаться удивительным: как тысячи людей умудряются синхронно хлопать в ладоши? Кто определяет ритм? И кто заставляет всех следовать сложившемуся ритму?

Модель эмерджентного поведения использовалась для описания многих человеческих действий – от способности людей пробираться в толпе, ни с кем не сталкиваясь, до поведения фондового рынка. Только подумайте: фондовый рынок отражает стоимость ценных бумаг во всем мире, эффективным образом влияет на политику и оказывает серьезное влияние на судьбы отдельных людей, но не подчиняется никакому централизованному контролю. Нет никакого центра, определяющего его функционирование: инвесторы знают лишь ограниченное количество специфических компаний и следуют законам рынка. В конечном итоге поведение рынка управляется исключительно взаимодействием между отдельными инвесторами. Подобно верхушкам корней или муравьям в муравейнике, по отдельности они ничего не значат, но вместе обладают удивительными возможностями.

Сходство между растениями и животными тоже отчасти определяется этим типом поведения, однако существует и серьезное различие. В царстве животных группы образуются в результате скопления большого количества людей, млекопитающих, насекомых или птиц. А в царстве растений такой характер поведения демонстрируют корни одного и того же растения. Короче говоря, каждое отдельное растение – это стая!