Текст книги "Революция растений"

III
Тонкое искусство мимикрии

Воссоздание природной красоты либо следует одной-единственной модели, либо является результатом соединения в одно целое результатов наблюдений над разными моделями.

Иоганн Винкельман. Рассуждения о подражании

Чем больше я изучаю природу, тем глубже становится моя убежденность, что различные приспособления и улучшения, медленно зарождающиеся в процессе случайных изменений, неспешных и многократных, какого-либо организма, и сохраняемые и накапливаемые в силу приносимой ими пользы организму в сложных и постоянно меняющихся условиях жизни, безусловно оставляют далеко позади те приборы и приспособления, каковые способна придумать самая буйная человеческая фантазия.

Чарлз Дарвин. Различные приспособления, при помощи которых орхидеи опыляются насекомыми

Эти растения, относящиеся к роду Lithops, получили название «живые камни». Они растут в самых засушливых районах Южной Африки и Намибии

Найти образец для подражания, прикинуться и победить

Когда речь заходит о способностях к мимикрии, обычно в качестве примеров приводятся те или иные животные: хамелеон, палочник, богомол, некоторые виды бабочек и гусениц, разные рыбы, камбала, осьминог… И при этом никто не вспоминает о растениях, хотя они могут составить достойную конкуренцию самым изощренным чемпионам мимикрии животного мира, и которые в своих способностях порой достигают гораздо большего изящества и изобретательности.

В природе существуют самые разные формы мимикрии. Чаще всего мы встречаемся с двумя основными формами, имеющими по большей части камуфляжный характер: мимикрией цвета и формы, когда один организм имитирует другой, подражая его форме, цвету, поведению, и мимикрией, имитирующей исчезновение, когда организм делается невидимым, подражая окружающей среде. Однако термином «мимикрия» следовало бы обозначать феномен, имеющий гораздо более разнообразные проявления, о которых многие и не подозревают. Чтобы вы смогли понять по-настоящему природу и механизм этого явления, потребуется небольшое отступление от темы. Вы увидите, что оно необходимо для продолжения повествования.

Стремление поддерживать в порядке внутреннюю организацию перед лицом естественного стремления к деградации и беспорядку – важнейшая и необходимая способность живого организма, не зависящая от его сложности. Эта способность проявляется через умение существа делать правильный выбор. К примеру, выбрать правильную молекулу из некоего субстрата и выжить, в отличие от других, отличать врагов от друзей, размножаться или сокращаться в зависимости от наличия или отсутствия ресурсов, и т. п. Любой организм – это открытая система, которая обменивается информацией с окружающей средой. Любое существо сообщает миру данные о себе и получает данные об окружающем его мире – в конечном итоге это помогает ему выживать. Именно по этой причине обмен информацией – неотъемлемое свойство живых существ: без него даже самые примитивные организмы не смогли бы поддерживать крайне хрупкое равновесие, от которого зависит выживание.

Итак, распознание различных объектов, представителей собственного вида, опасности и тому подобного – насущная задача для каждого живого существа в каждый момент его жизни. Взаимодействие с другими организмами – неизбежность, и оно осуществляется путем обмена сообщениями.

Когда живое существо подает сигнал тем или иным способом (визуальным, в виде запаха или звука) другому существу, с целью повлиять на его поведение к собственной выгоде, мы имеем дело все с той же мимикрией. Потому что так или иначе для этих действий нужен пример для подражания (т. е. организм-передатчик, который посылает соответствующее сообщение), подражатель (который воспроизводит сигнал, используя его для получения желаемого), и, наконец, организм-приемник (который должен среагировать на сигнал в соответствии с потребностями подражателя).

Бокила трехлистная, королева мимикрии, и океаны растений

На мой взгляд, возможно, слегка заинтересованный, искусство мимикрии у растений достигло уровня столь утонченного и виртуозного, что животные вряд ли смогут с ними сравниться ловкостью и эффективностью. Понимание того, насколько изысканными могут быть способности растений прикидываться кем-то другим, приводит к совершенно неожиданным выводам. Изучение этого феномена приоткрывает дверь к возможностям, наличие которых у растений вряд ли кто мог предвидеть. Случай бокилы трехлистной – явление удивительной способности к мимикрии.

Бокила – настоящий Зелиг (герой одноименного фильма Вуди Аллена, умевший перевоплощаться в человека, с которым общался[5]5
  Точнее говоря, герой фильма перевоплощался не в собеседника, а в типичного представителя той среды (социальной, профессиональной, национальной и т. д.), к которой принадлежали те люди, с которыми он вступал в общение. При этом изменялся он как ментально, так и физически. – Прим. ред.


[Закрыть]) растительного мира: несомненно, это самый удивительный пример мимикрии из всех, что существуют в природе. Бокила – лиана, произрастающая в тропических лесах Чили и Аргентины, и является единственным представителем этого рода. Это растение носит множество разных названий (пилпил, воки, вокичилло, вокилло, белый воки) и имеет съедобные плоды.

Растение известно уже давно, его изучали сотни ботаников, экспертов, любителей, описавших все основные периоды его роста в естественной среде. Тем не менее до совсем недавнего времени никто не знал о его поразительной способности к мимикрии. Только в 2013 году, во время расслабленной прогулки по лесу на юге Чили, ботаник Эрнесто Джаноли в очередной, далеко не первый раз встретил бокилу трехлистную. Он не нашел в этом ничего странного – растение было многажды описано и хорошо известно, но вдруг нечто привлекло его внимание. Ботаник в лесу – то же самое, что коллекционер на блошином рынке, все его существо начеку, он ищет что-то, что ускользнуло от взглядов коллег. Когда он бродит по лесу в поисках новых видов, его глаза шарят по сторонам в поисках незамеченных другими учеными деталей, каких-то особенных форм или цветов, какого-то необычного, ранее не изученного растения или новых проявлений у уже известных экземпляров. Так, пристально изучая распространенную в этом регионе Чили флору, Эрнесто вдруг увидел, что листья, трепетавшие на его пути, не принадлежат кустарнику, росшему в этом уголке леса. Подойдя поближе, он обнаружил, что на самом деле это листья лианы, обвивавшей кустарник, и эта лиана – бокила трехлистная, листья которой вдруг стали необычайно похожи на листья кустарника, по которому она карабкалась вверх. Ботаник чрезвычайно заинтересовался явлением и начал искать другие ветви бокилы поблизости, чтобы проверить, похожи ли они на увиденные. То, что он обнаружил, лишило ученого дара речи: на всех деревьях и кустах, на которые забралась бокила, она мастерски имитировала листья «гостеприимного» растения.

Бокила трехлистная, лианоподобное растение, встречающееся в тропических лесах Чили и обладающее удивительными способностями к мимикрии. На фото у растения листья находятся в нормальном состоянии.

Уникальная бокила может с легкостью имитировать листья самых разных растений. Насколько мне известно, ни одно другое растение не обладает способностью делать нечто подобное. Даже орхидеи, считающиеся чемпионами мимикрии в растительном мире, могут имитировать только одно растение. Максимум, они цветут цветами, напоминающими цветы других видов. Способность имитировать представителей других видов до недавнего времени считалась прерогативой животных.

Возбужденный открытием, но все еще пребывающий в сомнениях по поводу того, что он видел, Эрнесто, вместе со студентом Фернандо Карраско-Урра провел длительную серию опытов и проверок, необходимых для доказательства собственного открытия. Это было на самом деле трудно – убедить научное сообщество в том, что растение способно имитировать размеры, форму и даже цвет других – совершенно разных – растений. Окончательные результаты исследований оказались еще более поразительными, чем можно было вообразить вначале – бокила не просто способна имитировать растения, на которых она закрепляется, она делает еще более удивительные вещи. Произрастая поблизости от двух или трех растений разных видов, бокила способна изменить собственные листья на разных ветках так, чтобы они походили на листья того растения, которое ближе к конкретной ветке. Кроме того, один и тот же экземпляр бокилы может менять форму, размер и цвет листьев несколько раз в течение дня, в зависимости от того, какое растение оказывается с ним рядом. Открытие Джаноли и Карраско-Урра имеет фундаментальные последствия. Способность изменять с такой поразительной гибкостью характеристики листьев означает наличие у растения способности менять собственную генетическую природу доселе невиданным способом.

Как вы уже поняли, бокила является уникальным случаем мимикрии. Я не эксперт в этой области, и мне нелегко представить себе достаточно четко те пути, которыми шло чередование бесчисленных способов и форм, посредством которых способность к мимикрии развилась у разных живых организмов. Тем не менее я полагаю, что можно достаточно уверенно утверждать: никакой другой вид не способен к мимикрии, предполагающей одновременное изменение формы, размера и цвета собственного тела.

Изменение одного параметра в целях мимикрии, как правило цвета, встречается довольно часто; изменение двух параметров – весьма вероятно, но сразу трех и одновременно – случай уникальный даже для мира животных, не то что растений. Как я уж отмечал в начале главы, способность к мимикрии, по идее, должна давать какое-то преимущество нашему уникальному зеленому артисту, в данном случае – бокиле: однако какую выгоду может получить растение, заставляющее собственные листья подражать листьям дерева, которое его приютило? Первое, что приходит на ум – она защищается таким образом от вредоносных насекомых. К примеру, если бокила делает свои листья похожими на листья растения, ядовитого для насекомых, питающихся зеленью, и научившегося таким образом отгонять вредителей, то, несомненно, она учится на чужих ошибках и достижениях. Подобная форма мимикрии называется бейтсовской; она получила свое название в честь английского естествоиспытателя Генри Уолтера Бейтса (1825–1892).

Получается что-то типа ситуации, когда овца переодевается волком, чтобы затеряться среди хищников. Случаи бейтсовской мимикрии в мире растений весьма распространены: наиболее известны случаи защиты таким способом от травоядных животных.

Например, растения семейства губоцветных, яснотка белая (Lamium album) и чистец лесной (Stachys sylvatica), способны имитировать листья крапивы. Вторая, более простая гипотеза, предполагает, что бокила, делая свои листья похожими на листья других растений, стремится не быть съеденной насекомыми – и это объяснение, будучи более простым, скорее всего, и есть правильное, согласно известному принципу Оккама[6]6
  Уильям Оккам (1285–1349) – английский монах-францисканец, философ. Методологический принцип, им сформулированный (т.н. «бритва Оккама»), гласит, что «не следует умножать сущности без необходимости». Или, говоря иначе, «что можно сделать на основе меньшего числа [предположений], не следует делать, исходя из большего». – Прим. ред.


[Закрыть].

И действительно, в случае нападения насекомых, растение, приютившее бокилу, пострадает сильнее – у него просто листьев больше. Так или иначе, но на сегодняшний день нет достаточно надежных доказательств ни первой, ни второй гипотезы. Ученые предполагают, что возможно и сочетание сразу нескольких причин, объясняющих подобную мимикрию.

Чистец лесной, чье название на латыни переводится как «лесной колдун», успешно притворяется крапивой.

Эрнесто Джаноли отметил, что зафиксировать специфические характеристики каждого из листочков бокилы (например зубчатость) оказалось весьма непросто: растение ловко «создавало впечатление наличия зубчиков», как бы рисуя их по краю листочка. Открытие этого уникального поведение стало спусковым крючком для массы вопросов. Самый важный из них – это не как бокила смогла с такой скоростью изобразить соседа, но как она узнает, кем ей срочно надо прикинуться. В своей статье, впервые описывающей этот случай мимикрии, Эрнесто Джаноли и Фернандо Карраско-Урра выдвинули две гипотезы. Первая гипотеза предполагает, что бокила улавливает некие летучие вещества, испускаемые соседом, и начинает процесс мимикрии. Однако это предположение кажется маловероятным – бокила в лесу обычно окружена десятками растений с более или менее мощными эманациями летучих субстанций. Вторая гипотеза предполагает горизонтальный обмен генной информацией с растением, на котором пристроилась лиана бокилы, осуществляемый с помощью микроорганизмов; она кажется еще более невероятной. Итак, пока тайны артиста остаются за семью печатями.

У крапивы (Urtica dioica) листья и стебли покрыты жалящими волосками, таким образом она защищается от врагов.

В сентябре 2016 года мы с моим другом и коллегой, профессором Франтишеком Балушкой из Боннского университета (мы являемся соавторами около 50 научных работ), выдвинули предположение, объясняющее загадку: мы думаем, что у растения есть нечто, что можно назвать «зрением». Это может показаться невероятным и фантастичным, однако с моей точки зрения это может оказаться вполне реальным. Думаю, вам интересно, почему мы так считаем – попробую объяснить.

Еще в 1905 году знаменитый ботаник Готлиб Хаберландт (1854–1945) написал статью, вызвавшую большой скандал в научной, да и не только научной, среде, предположив, что растения способны воспринимать изображения, то есть наделены неким подобием зрительного восприятия. Эта способность возможна благодаря клеткам эпидермиса, которые имеют выпуклую форму, и могут передавать, как линзы, изображения на нижние клеточные слои. Хаберландт считал, что клетки эпидермиса растений служат чем-то вроде глаз (совсем простых, даже примитивных) – подобные глаза есть у многих беспозвоночных. Эта теория очень понравилась Френсису Дарвину (1848–1925), сыну великого Чарлза, и, как и его отец, действительному профессору кафедры физиологии растений Кембриджского университета. Френсис неоднократно упоминал эту теорию в своих статьях, подчеркивая ее научность и обоснованность.

На конгрессе в Дублине Френсис Дарвин в своем докладе поведал о способности растений запоминать события и вести себя определенным образом (я уже писал об этом в моей книге «О чем думают растения»), а Гарольд Уоджер (1862–1929), член Королевского общества, продемонстрировал пораженной публике многочисленные фотографии, для создания которых он использовал в качестве линз клетки эпидермиса различных видов растений. На фотографиях достаточно четко можно было увидеть портреты разных людей и пейзажи английской природы. Помимо оптических качеств клеток, фотоизображения показали, что наличие у растений примитивного зрения вполне возможно. А потом – ничего.

Фотографии, сделанные Гарольдом Уоджером при помощи клеток эпидермиса листьев некоторых видов растений. Сбоку – объявление о мероприятии в газете New York Times.

Как это часто случается в биологии с многочисленными теориями, особенно объясняющими жизнь растений, теория Хаберландта была благополучно забыта. Никто не озаботился ни доказательствами, ни опровержением. Возможно, предположение о том, что у растений есть зрение было слишком смелым и эксцентричным для научного сообщества того времени и не заслуживало, по мнению ученых, ни временных, ни финансовых затрат. Теория Хаберландта канула в Лету – она не была упомянута ни в одной статье на протяжении последующих ста лет. Умерла, так умерла. Однако целый ряд удивительных открытий, сделанных в течение последних пяти лет, подтверждающих на основе солидных доказательств возможность наличия зрения у растений, вновь вытащил ее на свет. Предположения Хаберландта о наличии у растений глаз стали в результате чем-то весьма более интересным и значимым, чем просто старая забытая теория.

Динофлагелляты – микроскопические водоросли, один из самых важных представителей фитопланктона. Некоторые виды обладают сложно устроенными глазами.

Некоторые признаки, характерные для глаз, структуры, похожие на роговицу и сетчатку, можно обнаружить в эпидермисе листьев и корней некоторых растений.

То обстоятельство, что растения, возможно, обладают рудиментарным зрением, как я уже писал, стало одним из наиболее вероятных объяснений изменчивой мимикрии бокилы. На самом деле эта функция, которую мы боимся признать у растений, есть у многих более примитивных одноклеточных организмов. Недавние исследования прокариота[7]7
  Прокариоты – домен (надцарство) живых организмов, клетки которых, в отличие от эукаритов, не содержат ядра. Прокариотами являются такие одноклеточные организмы, как бактерии и археи. – Прим. ред.


[Закрыть], цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803, доказали, что она способна оценивать яркость и цвет падающего на нее светового луча, и делает это с помощью многочисленных фоторецепторов. Клетка работает как микрообъектив, который измеряет свое местоположение по отношению к источнику света. Изображение источника света поступает через выпуклую мембрану клетки и проецируется на ее противоположную стенку, и провоцирует реакцию движения.

Другие одноклеточные организмы – эукариоты, имеющие более высокий уровень внутриклеточной организации, такие как динофлагелляты, – обладают уже весьма хитроумно устроенными окелоидами (протоглазами), которые функционируют посредством линзы и сетчатки, как настоящие глаза. У большинства беспозвоночных окелоиды заменяются настоящими глазами, устроенными более или менее сложно, но заметно отличающимися от наших глаз. На самом деле, сегодня, когда мы обсуждаем функцию зрения, следует учитывать, что в природе существует множество зрительных устройств, весьма разнообразных и несхожих между собой.

Итак, у нас есть все предпосылки для выводов о том, что растения (например, такие как бокила трехлистная) вполне могут обладать примитивной формой зрения.

Наверное, вам интересно узнать, подтвердилась ли моя гипотеза? Еще чуть-чуть терпения, осталось совсем немного, и вы узнаете, к чему привели научные изыскания. «Красивые теории разрушаются уродливыми фактами», – вспоминал Эйнштейн.

Растения, камни и цветные сигналы

Мимикрия в растительном мире встречается повсеместно: не все, конечно, способны устраивать столь яркие представления, как бокила, но, тем не менее, есть и другие удивительные артисты. Несомненно, заслуживает упоминания такое загадочное растение, как литопс. Об этом явлении в мире растений многие знают именно из-за его уникального камуфляжа. Литопс (название происходит от греческого lithos – камень, и opsis – внешний вид) – род из семейства Aizoaceae (Аизовые), он включает виды растений, произрастающих в пустынных зонах Намибии и Южной Африки. Речь идет о растениях, похожих, как намекает их название, на камни. И, помимо сходства с камнями, они проявляют свои удивительные способности к адаптации в других удивительных формах, что позволяет им выживать в пустыне. Литопсы растут в виде длинных колоний и имеют всего по два листочка, разделенные щелью, из которой растут цветы. Суккуленты бывают разных цветов (от зеленого до красновато-розового, серовато-бежевого и даже фиолетового, часто они покрыты полосками и пятнами); их листья прекрасно имитируют форму и оттенки мелких камней. Весьма вероятно, что вы видели их в магазине или на рынке, они обычно продаются под названием «живые камни». Для того чтобы выжить при высоких температурах и в условиях нехватки воды, эти растения сократили стебель до минимума, его небольшой кусочек спрятан под землей, и наружу торчат лишь листья, в основном их плоские верхние части – все, чтобы стать похожим на камешек. Листья литопса имеют даже специальные прозрачные кончики, лишенные хлорофилла – они позволяют лучам солнца проникать вглубь, во внутреннюю часть листьев, лишенную света.

Блоссфельдия (Blossfeldia liliputana) – кактус, который, как и Литопс, имитирует камни, чтобы не быть съеденной.

Растение Lithops aucampiae: половинки овала представляют собой листья растения, которые приспособились к засухе, специально став особенно мясистыми.

Растения, не защищенные колючками или другими приспособлениями, вряд ли бы выжили и не были съедены животными, если бы не были так похожи на каменистую почву пустыни. В этой местности вода, запасенная в толстых листьях суккулентов, является драгоценностью. Кроме того, изменение цвета и цветовых сочетаний может служить эффективным инструментом коммуникаций. Тем не менее хотя роль цвета была одной из ключевых в истории эволюции, и ей посвящено значительное количество научных исследований в области биологии животных, в ботанике этот фактор как-то стыдливо замалчивался, если исключить труды, посвященные опылению цветов. На самом деле, помимо растений, таких как литопс, использующих форму и цвет для маскировки от хищников, существует масса случаев использования цвета для отправки вовне сообщения о собственной силе и опасности. Одним из наиболее интересных примеров подобного типа мимикрии могло бы служить осеннее окрашивание листьев. Я использую условное наклонение, поскольку до сих пор не ясно, откуда взялась эта гипотеза. Несколько лет назад появилось предположение, которое объяснило осенний взрыв красного, желтого, оранжевого в лесах банальным побочным эффектом деградации хлорофилла, который, постепенно разрушаясь, позволяет выйти наружу другим краскам, прячущимся в листьях под зеленым.

Я же подозреваю, что это явление имеет более сложную природу, учитывая то, что, согласно недавним открытиям, некоторые виды растений вкладывают значительные ресурсы в производство веществ, необходимых для окрашивания листьев в осенний цвет. Причем все это происходит всего за несколько дней, порой недель, до опадания листьев с деревьев. Зачем же прилагать столь значительные усилия, если результат заведомо будет скоро утрачен? Это просто бессмысленно. Гипотеза, сформулированная в 2000 году, за несколько месяцев до смерти, Биллом Хамильтоном из Оксфордского университета, допускает, что усилия деревьев, направленные на создание великолепного осеннего представления, можно рассматривать как сигнал чести, или послание силы от растения насекомым, в частности, тле. Послание, привлекающее гораздо больше внимания, с учетом усилий, которые пришлось потратить на его создание.

Я не знаю, возможно, вы видели газелей, которые при появлении льва не убегают, а начинают подскакивать на месте, словно на пружинках. На первый взгляд, их поведение кажется бессмысленным; на самом же деле они как бы приглашают льва обратить внимание: «Смотри, как я сильна и крепка, попытка поймать меня для тебя будет лишь пустой потерей сил и времени». Своим ярким окрасом деревья могут, возможно, тоже слать сообщение тле, насекомым, у которых на осень приходится пик миграции, сообщение о том, что они сильные и крепкие, и что следует поискать менее чреватое опасностями убежище.

Случайно ли, что клены, которые больше всего страдают от атак тли, имеют и наиболее яркую осеннюю окраску? Другие характерные примеры подобного типа сигналов – например, хвост павлина, или чисто человеческая привязанность к различным видам статусных отличий; эти проявления никак не интерпретировать, кроме как в виде посланий о собственной мощи.

Американский исследователь в области физиологии и эволюционной биологии Джаред Даймонд строго доказал, что многие наши рискованные поступки, например прыжки вниз головой с моста на резинке, тоже могут быть посланиями миру такого же рода.