Фабрика жизни
Прорастание семени мака — первый шаг от выживания к жизни. Шов на семенной оболочке треснул, корешок пробился наружу и потянулся к почве. Фото: SPL/EAST NEWS
У семенных растений, к которым относятся хвойные и цветковые, то есть подавляющая масса окружающих нас видов, жизненный цикл замыкает маленькое, но очень важное образование — семя. Из него рождается новый организм, и ради этой цели природа наделила семя поистине магическими способностями. Оно может пережить все неблагоприятные моменты, чтобы в нужное время вернуться к жизни и быстро развиться в полноценное растение.
Семя — это многоклеточное образование с зародышем и запасом питательных веществ. Оно способно выживать в неблагоприятные сезоны, и в этом было его изначальное предназначение. Но, как нередко случается в эволюции , структура, возникшая для одних целей, оказывается полезной и для других. Так, семя стало решать еще две важнейшие задачи на пути к сохранению вида: расселение и размножение.
В отличие от споры — одной-единственной клетки, которой для превращения в жизнеспособный организм нужны время и питательная среда, семя ко всему подготовлено заранее. Еще до того как оно покинет материнское растение, у находящегося в нем зародыша формируются все основные органы: зародышевый корешок, готовый по первому требованию взломать семенной шов, чтобы нащупать почву и дотянуться до почвенных растворов, зачаточные листья-семядоли, которые, получив от корешка влагу, разбухнут, развернутся, скинут оковы кожуры и запустят фотосинтез, а почка на верхушке зародышевого стебелька ждет притока свежих питательных веществ, чтобы пуститься в рост и превратиться в молоденькое растеньице. Большая часть семени заполнена провизией — особой тканью, клетки которой плотно набиты зернами крахмала и белков.
Благодаря ячеистой поверхности маленькие и легкие семена садового цветка наперстянки легко подхватывает ветер и рассеивает на большие расстояния. Фото: SPL/EAST NEWS
К слову сказать, у семенных растений есть и другие приспособления, которые позволяют переживать неблагоприятные условия. Вспомним, как перезимовывают морковь, свекла, картофель или лук — в виде подземных корневищ, клубней и луковиц. Принцип формирования этих вегетативных стадий покоя тот же, что и в семени: есть зачатки будущего растения — почки и «емкости» с питательными веществами. Но способ консервации провизии и, главное, самого зародыша у семян гораздо надежнее и позволяет хранить их существенно дольше. Если вегетативные органы предназначены только для зимовки, да и то не слишком холодной, то семена не боятся ни засухи, ни промораживания и могут храниться годами, а порой и тысячелетиями. В Японии нашли семена лотоса, которые пролежали в торфе более 1000 лет, после чего из них выросли нормальные растения.
Главный секрет такого успеха — глубокое обезвоживание. Откачка воды из семени в ходе его созревания — это активный многоступенчатый процесс. Он происходит не сам собой, не простым высыханием — ведь в тканях, окружающих семя, влажность гораздо выше. В семенах пшеницы, к примеру, влаги всего 14%, а бывает и того меньше, в то время как в окружающих тканях — примерно 85%.
В ходе формирования семени, когда зародыш достигает окончательного размера, в нем синтезируется гормон покоя — абсцизовая кислота, которая останавливает рост, активизирует синтез крахмала в эндосперме и белков в алейроновом слое под семенной кожурой, запускает аккуратное свертывание ДНК и быстро, но плавно уменьшает концентрацию воды.
В таком виде ткани зародыша могут переживать и жару, и мороз — в силу высокой концентрации внутриклеточных растворов, они не превратятся в лед, кристаллы которого способны безвозвратно разрушить любые структуры. Абсцизовая кислота надежно контролирует безмятежный покой семян. У некоторых растений они погружаются в сон настолько глубоко, что не могут выйти из него, пока не испытают сильного или длительного охлаждения, что необходимо для разрушения этого гормона. Бывает, что для пробуждения у семян нужно нарушить целостность кожуры или как следует вымочить их в воде, чтобы вымыть абсцизовую кислоту. В природе это достигается действием талых вод и трением о частицы грунта или повреждением скорлупы камешками в желудках птиц. При контакте с эндоспермом влага растворяет алейроновые зерна, высвобождает из них ферменты, разлагающие крахмал на простые сахара, те, в свою очередь, поступают в семядоли, по проводящей системе стебелька передаются в корешок, и он пускается в рост. Переживание позади, впереди — жизнь.
1. Семена мадагаскарского «дерева путешественников» покрыты синей оберткой, привлекающей птиц. В их желудках она стирается, что ускоряет прорастание семян. Фото: SPL/EAST NEWS
2. Белые гранулы — это зерна крахмала в клетке ткани (эндосперм), которыми семя гречихи наполнено до 87%. Вот почему гречка такая питательная. Фото: PHOTO RESEARCHERS/FOTOLINK
Любым существам, не способным двигаться самостоятельно, нужны приспособления для расселения. Ведь они не могут ни переместиться на более плодородный участок в случае истощения старого, ни избежать конкуренции с ближайшими родственниками, ни уклониться от нападения вредителей, расплодившихся на соседях. К каким только ухищрениям не прибегают растения, чтобы обрести хоть какую-то свободу передвижения: дают укореняющиеся отводки, выпускают усы и даже целиком пускаются в путь, как перекати-поле. Но появление семян дало растениям возможности, прежде невиданные: теперь они могут и летать, и плавать, и путешествовать разными видами живого транспорта.
Многие растения в переносе своих, как правило, округлых и мелких семян полагаются на ветер. Классический пример — орхидеи, чьи семена настолько мелки, что могут быть подхвачены даже слабыми восходящими струями, это важно, поскольку под пологом тропического леса царит затишье. В семени орхидей из-за их крошечного размера не помещаются ни оформленный зародыш, ни достаточный запас провизии. Судьба молодого растения полностью зависит от встречи с грибным мицелием, который должен проникнуть внутрь, пробудить семя ото сна, заменить ему недостающие органы и обеспечить зародыш всем необходимым питанием.
Но рекорд миниатюрности принадлежит не орхидеям, а паразитическому растению заразихе, чьи семена весят всего одну стомиллионную долю грамма. Это объяснимо: заботиться о пропитании эмбриону паразита не нужно. На другом полюсе рекордов — гигантские семена сейшельской пальмы весом до 25 килограммов. С такими, конечно, ветру не справиться, они предназначены для путешествий по морю. Некоторые растения предпочитают разбрасывать семена собственными силами, например, выстреливая ими куда подальше, как недотрога или бешеный огурец. У деревьев семена нередко снабжены пленчатыми выростами, которые придают им способность к весьма далекому планирующему полету.
На вершине плода лугового цветка скабиозы находятся длинные выросты, с помощью которых он прикрепляется к шерсти животного. Фото: SPL/EAST NEWS
Но чаще всего семя в путешествие отправляется внутри оригинальной упаковки — плода. Если у голосеменных растений семена образуются прямо на поверхности семенных чешуй, плодов у них нет, то у покрытосеменных семяпочки спрятаны внутри женских органов цветка — пестиков. Все великолепное разнообразие плодов — сухих, сочных, крылатых, с парашютами или шипами — это результат их превращений. Фантазия природы нацелена на одно: поиск оптимального способа транспортировки будущего растения в подходящее место, поэтому вкусные сочные плоды растение создает для ублажения того, кто согласится их съесть, чтобы принудить к невольному распространению своих семян.
Расследуя историю семян и плодов, ученые пришли к заключению, что развитие этих органов было сопряжено с эволюцией сухопутных позвоночных животных. В палеонтологической летописи первые семена найдены в отложениях девонского периода , 400 миллионов лет назад, когда на суше царствовали папоротники. Именно они первыми «изобрели» семена, но тогда их «изобретение» было мельче большинства современных семян и выглядело иначе: кожура укрывала семязачаток не полностью, сначала — лишь наполовину, потом — на три четверти, а зародыш в них развивался уже после опадения на землю. Со временем защита эмбриона усовершенствовалась, кожура окружила его целиком, развитие сместилось на более ранние стадии формирования этого органа. Распространялись такие семена, видимо, ветром.