Вначале все было зеленым – только масса растительных клеток. Позже Бог создал животных и в последнюю очередь самого достойного из них – человека. В Библии, как и во многих других космогониях, человек считается высочайшим результатом работы Творца и его избранником. Он появляется в конце акта Творения, когда уже все его ждут, готовые подчиняться и покоряться «высшему достижению Творца».

В библейском изложении Бог справился со своей работой за семь дней. Растения были созданы в третий день, тогда как самый самонадеянный из живых существ появился лишь на шестой день. Эта последовательность событий в каком-то смысле коррелирует с современными научными данными, в соответствии с которыми первые клетки, способные осуществлять фотосинтез, появились на планете более трех с половиной миллиардов лет назад, тогда как современный человек, Homo sapiens, возник около 200 000 лет назад (это лишь несколько мгновений по эволюционной временной шкале). Однако столь позднее прибытие не уберегло людей от ощущения собственной привилегированности, хотя последние эволюционные исследования в значительной степени принизили нашу роль «хозяев Вселенной» и присвоили статус «новоприбывших», что не дает нам никакого априорного превосходства над другими видами вне зависимости от того, чему нас учит наша культурная традиция.

На протяжении нескольких столетий многие философы и ученые выдвигали идею о том, что растения обладают «разумом» или «душой» и что даже самые простые растительные организмы могут чувствовать внешние воздействия и реагировать на них. Демокрит и Платон, Фехнер и Дарвин и многие другие самые выдающиеся умы всех времен верили в разумность растений. Кто-то приписывал им способность чувствовать, кто-то воспринимал их в виде людей с зарытыми в землю головами: чувствующие живые существа, разумные и наделенные всеми человеческими способностями, за исключением тех, которые не могут реализоваться из-за… их странного положения.

Десятки великих мыслителей выводили теории и приводили доказательства разумности растений. Однако в человеческой культуре и в нашей каждодневной жизни все еще сохраняется и проявляется идея о том, что растения менее развиты, чем беспозвоночные животные, и что на «эволюционной лестнице» они расположены чуть выше неживых объектов. На самом деле это представление не имеет под собой научного основания, но глубоко укоренилось в нашем сознании. Неважно, сколько голосов поддерживает наличие интеллекта у растений на основании экспериментов и научных открытий, значительно большее количество голосов отстаивает противоположное мнение. По молчаливому согласию религия, литература, философия и даже современная наука распространяют в западной культуре идею о том, что уровень организации растений (пока мы даже не будем говорить об «интеллекте») ниже, чем у других существ.

«Введи также в ковчег из всех животных, и от всякой плоти по паре, чтоб они остались с тобою в живых; мужеского пола и женского пусть они будут. Из птиц по роду их, и из скотов по роду их, и из всех пресмыкающихся по земле по роду их, из всех по паре войдут к тебе, чтобы остались в живых».[1] С этими словами, если верить Ветхому Завету, Бог обратился к Ною, чтобы спасти жизнь после Всемирного потопа. Подчинившись наставлению, Ной собрал на ковчег птиц, животных и всех движущихся существ – «чистых» и «нечистых» созданий, парами, чтобы обеспечить их воспроизводство.

А растения? О них не сказано ни слова. В Священном писании растительный мир не только не ставился наравне с животным миром, он просто не брался в расчет. Растения были предоставлены самим себе, и, возможно, должны были погибнуть в водах Потопа или выжидать вместе с остальными неодушевленными предметами. Растения считались столь незначительными, что о них не стоило беспокоиться.

Но вскоре содержащиеся в этом отрывке противоречия становятся очевидны. Первое противоречие вскрывается уже во время плавания. Когда дождь прекратился на несколько дней и ковчег сел на мель, Ной послал голубя узнать, что происходит в мире. Есть ли где-нибудь суша? Не выступает ли она из-под воды? Не живет ли там кто-нибудь? Голубь возвращается с ветвью оливы: где-то над водой показалась земля, и там опять возможна жизнь. Таким образом, Ной понимает (хотя и не говорит об этом), что без растений на земле жизни нет.

Принесенная голубем новость вскоре подтверждается, когда ковчег останавливается на вершине горы Арарат. Старец высаживается на сушу, выпускает животных и воздает хвалу Господу. Его миссия выполнена. А что он делает потом? А потом он сажает виноградную лозу. Но откуда взялась лоза, если она ни разу не упоминалась ранее? По-видимому, Ной взял ее с собой на ковчег до потопа, поскольку знал, что без нее не обойтись, хотя она и не относится к разряду живых существ.

Таким образом, хотя читатель этого практически не осознает, Священное писание сообщает ему, что растения не являются живыми существами. В Книге Бытия два растения – олива и виноград – ассоциированы с идеей возрождения жизни, хотя жизненная ценность растительного мира в целом остается непризнанной.

Все три основные авраамические религии не признают растения живыми существами, относя их к неодушевленным объектам. Например, в исламском искусстве запрещено изображать Аллаха и любых других живых существ, зато в нем в изобилии представлены растения и цветы, так что изображения цветов – эмблема ислама. Это не оговаривается напрямую, но подразумевается, что растения – неживые, иначе их нельзя было бы изображать! На самом деле в Коране нет явного запрета на изображение животных; этот запрет сформулирован в хадисах – высказываниях пророка Магомета, являющихся основой для интерпретации законов ислама. В соответствии с этими законами, нет бога кроме Аллаха, все происходит от него и все есть он: очевидно, к растениям это не относится.

Но связь между людьми и растениями двойственная. Например, основанный на Ветхом Завете иудаизм запрещает необдуманную вырубку деревьев и празднует Новый Год деревьев (Ту би-Шват). Двусмысленность проявляется в том, что, с одной стороны, люди понимают, что не могут существовать без растений, но, с другой стороны, не желают признать, что растения играют на планете ведущую роль.

Конечно, несправедливо утверждать, что отношение к растительному миру одинаково во всех религиях. Американские индейцы и другие аборигены безоговорочно признают священное значение растений. В одних религиях некоторые растения (или их части) считают священными, в других растения ненавидят и даже приписывают им демоническую силу. Например, в период разгула инквизиции некоторые растения (чеснок, петрушку и фенхель), которые обвиненные в колдовстве женщины якобы использовали для изготовления зелья, подвергали испытанию вместе с самими колдуньями! Даже сегодня к растениям, обладающим психотропным действием, относятся специфическим образом: какие-то полностью запрещают (но как можно «запретить» растение? или животное?), посадки других строго контролируют, а третьи считают священными, и их, например, используют шаманы в различных ритуалах.

Ненавидимые, любимые, незамеченные или обожествляемые – растения являются частью нашей жизни и, следовательно, нашего искусства, фольклора и литературы. Воображение художников и писателей помогает сформировать видение мира. И что же искусство сообщает нам о связи между человеком и растениями? Безусловно, существуют важные исключения, но в целом в литературе растительный мир представлен как статичная, неорганическая часть сельской местности, пассивная, как холмы или горные хребты. Вспомним, к примеру, «Робинзона Крузо» Даниэля Дефо (1719), где растения описаны как часть ландшафта, но совсем не как живые организмы. Первые сто страниц романа посвящены описанию того, как Робинзон разыскивает на острове живых существ, хотя он в буквальном смысле окружен растениями. Сравнительно новая книга Амоса Оза «Внезапно в глубинах леса» («Suddenly in the Depths of the Forest», 2005) описывает маленькую деревню, в которой, кроме людей, не живут никакие другие живые существа, хотя эта деревня полностью окружена лесом!

В философской среде, как мы уже упоминали, вопрос о природе растений вызывал живой интерес на протяжении многих столетий. Вопрос о существовании жизни (или «души») у растений очень активно обсуждался еще за сотни лет до Рождества Христова. В Древней Греции, где зародилась западная философия, долгое время сосуществовали противоположные мнения на этот счет: Аристотель из Стагиры (384/383-322 гг. до н. э.) считал, что мир растений ближе к неорганической природе, чем к миру животных, а Демокрит из Абдер (ок. 460–360 гг. до н. э.) и его последователи высоко оценивали растительные организмы, сравнивая их с людьми.

Классифицируя живые организмы, Аристотель разделил их на группы в соответствии с наличием или отсутствием души, что в данном случае не имело никакого отношения к духовности. Чтобы понять его концепцию, нужно обратиться к исходному смыслу слова «animate» (живой, животный – в противоположность растительному), которое даже теперь означает «способный двигаться». В сочинении «О душе» Аристотель писал: «Те, у кого есть душа, отличаются от тех, у кого нет души, по двум главным характеристикам – движению и чувствам». На основании этого определения и на основании наблюдений, которые можно было сделать в то время, Аристотель изначально отнес растения к неодушевленным предметам, но позднее передумал. Ведь растения могут размножаться! Как же можно утверждать, что они неживые? Философ выбрал другое решение, посчитав, что у растений есть примитивная душа, созданная специально для них, которая в практическом смысле означает для них лишь возможность размножаться. Хотя растения нельзя считать неодушевленными, поскольку они могут размножаться, по мнению Аристотеля, их все же не следует считать полностью одушевленными.

Мнение Аристотеля довлело над западной культурой на протяжении многих столетий, вплоть до начала эпохи Просвещения, особенно в таких дисциплинах, как ботаника. Поэтому не приходится удивляться, что философы долгое время считали растения «неподвижными» и не достойными дальнейшего изучения.

Однако от Античности до наших дней были и такие философы, которые считали растительный мир чрезвычайно важным. Например, еще за сто лет до Аристотеля Демокрит описывал растения совершенно в другом ключе. Его философия была основана на атомистической механике: каждый предмет, даже если он кажется неподвижным, состоит из атомов, находящихся в постоянном движении и разделенных вакуумом. В соответствии с этой теорией все в мире движется, так что на атомном уровне подвижны даже растения. Демокрит сравнивал деревья с перевернутыми людьми, головы которых находятся под землей, а ноги в воздухе. Этот образ неоднократно использовался на протяжении последующих столетий.

Теории Аристотеля и Демокрита, возникшие в Древней Греции, послужили причиной неосознанной двойственности, в результате которой растения воспринимают одновременно и как неодушевленные предметы, и как разумные организмы.

Карл Линней (1707–1778) был врачом, исследователем и натуралистом. К числу его многочисленных интересов относилась и систематика растений. По этой причине его часто называют «великим классификатором», воздавая ему должное лишь отчасти, поскольку всю жизнь он активно занимался разнообразными исследованиями, а не только классификацией.

Идеи Линнея относительно растительного мира с самого начала были весьма примечательными. Во-первых, он обнаружил у растений «репродуктивные органы» и в качестве основного таксономического критерия для своей системы классификации избрал именно «половую систему». Занятно, что этот выбор обеспечил ему одновременно университетский пост и обвинение в «аморальности». В то время уже было известно, что растения имеют пол, но изучать половые признаки растений, чтобы их классифицировать – это просто скандал! Затем ученый предложил другую новую теорию, которая лишь случайно не вызвала такой же критики, как и первая: Линней с удивительной решительностью и простотой утверждал, что растения могут… спать.

Даже название трактата Somnus Plant arum («Сон растений»), опубликованного в 1735 г., не содержит ни тени осторожности, которой часто отличались ученые того времени, пытавшиеся уберечь свои теории от возможной критики. На основании научных знаний той эпохи и собственных наблюдений за положением листьев и ветвей растений в ночное время Линней посмел утверждать, что растения спят. Однако это произошло за несколько столетий до того, как сон был признан фундаментальной биологической функцией организма, связанной с активностью развитого в эволюционном плане мозга, поэтому в то время идея Линнея не вызвала никаких споров.

Сегодня та же самая теория имеет множество оппонентов, и если бы Линней знал о многочисленных функциях сна, возможно, он совершенно иначе интерпретировал бы свои наблюдения и отрицал бы существование у растений такой же функции, какой обладают животные. На самом деле он отрицал сходство растений и животных, но в другом контексте – в связи с вопросом о насекомоядных растениях. Линней знал о существовании растений, которые поедают насекомых, например таких, как венерина мухоловка (Dionaea muscipula), и, безусловно, наблюдал, как они захлопываются и переваривают насекомых. Однако эта реальность (растение, поедающее животное) была настолько несовместима с догматом об иерархическом устройстве природы, в рамках которого растения располагались на низшей ступени развития, что Линней, как и его современники, выдвинул множество различных объяснений, но не признал очевидного. Например, без всякого научного основания он предполагал, что захваченные хищными растениями насекомые вовсе не умирают, а остаются внутри растения для собственного удобства, или что они приземляются на растение случайно, а не потому, что оно их привлекало. Или даже что ловушка захлопывается случайно и поэтому не может быть приманкой для животного. Двойственное отношение к миру растений явственно проявляется даже во взглядах великого шведского ботаника!

До публикации Чарльзом Дарвином трактата о насекомоядных растениях в 1875 г. ученые так и не могли согласиться с существованием растений, которые питаются животными. Но даже Дарвин, известный своей осторожностью, не смог назвать эти растения хищными, как мы их называем сегодня, хотя прекрасно знал о существовании растений, питающихся крысами и другими мелкими млекопитающими, таких как некоторые плотоядные растения из рода непентес (Nepenthes). Такие вот «насекомоядные»!

Осторожность Дарвина не должна удивлять нас сильнее осторожности Галилея или других ученых прошлых веков. Именно из-за их «дипломатичности» некоторые революционные идеи медленно просачивались в толщу общественного сознания, включая сознание ученых, которые были весьма консервативны. Но давайте еще раз вернемся к исследованиям Линнея и сами себе зададим вопрос: как он смог твердо заявить, что растения умеют спать, и при этом не навлечь на себя критики других ученых? Ответить на этот вопрос легко: долгое время считалось, что в основе его теории нет никаких фактических данных, так что она вовсе не требует опровержения. Более того, какая разница, спят растения или нет, если сон не имеет никакой физиологической функции?

Сегодня мы знаем, как много важных жизненных и мозговых функций связано со сном. И вплоть до начала текущего столетия наука утверждала, что спят только самые высокоорганизованные животные. В 2000 г. эта догма была ниспровергнута итальянским нейробиологом Джулио Тонони, который показал, что отдыхают даже такие «примитивные» насекомые, как дрозофилы. Так почему же растения не могут спать? Единственное возможное объяснение нашего неприятия этой идеи кроется в нашем отношении к растительному миру.

Наше представление о растительном мире и идея так называемой пирамиды живых существ существовали на протяжении столетий и практически не изменились с момента написания Шарлем де Бовелем (1479–1567) «Книги о мудреце»[2](Liber de sapiente, 1509). Яркая иллюстрация в этой книге вполне заменила бы тысячу слов: она изображает живые существа и неживые объекты в восходящем порядке. Все начинается с камней (которым дается такое краткое описание: Est – существуют, но не имеют никаких других признаков). Выше располагаются растения (Est et vivit – существуют и живые, но не более того), затем идут животные (Sentit – чувствуют) и, наконец, человек (Intelligit-только человек наделен интеллектуальными способностями).

Рис. 1–1. «Пирамида жизни» Шарля де Бовеля из «Книги о мудреце» (1509). С момента выхода книги наше восприятие природы несильно изменилось

До сих пор популярна восходящая к эпохе Возрождения идея, что какие-то виды живых существ являются более развитыми в эволюционном плане и обладают более разнообразными жизненными способностями, чем другие. Это часть нашего культурного воспитания, и мы практически не в силах отказаться от него, даже несмотря на то, что после публикации в 1859 г. книги «О происхождении видов» прошло более 150 лет. Сформулированная Чарльзом Дарвином идея настолько важна для понимания жизни на планете, что знаменитый биолог Феодосий Добжанский писал: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Теории великого британского биолога, ботаника, геолога и зоолога теперь являются частью научного наследия всего человечества. Однако идея о том, что растения – пассивные существа, не имеющие чувствительности, способности к коммуникации, поведенческих реакций и умения обрабатывать информацию, вытекающая из совершенно неверного понимания эволюции, все еще сохраняет свои позиции даже в обществе ученых.

Дарвин показал, что рассматривать живую природу в терминах более или менее эволюционно развитых организмов нельзя; с точки зрения Дарвина все существующие ныне организмы находятся на вершине их эволюционной ветви – в противном случае они бы уже исчезли. Это очень важное предположение, поскольку, согласно Дарвину, нахождение в конце эволюционной ветви означает максимальную способность к адаптации, достигнутую в ходе эволюции. Конечно же, этот гениальный натуралист прекрасно знал, что растения – чрезвычайно сложные организмы, обладающие множеством иных возможностей, нежели те, которые им обычно приписывают. Значительную часть своей жизни и научной работы он посвятил ботанике (шесть томов научных трудов и около 70 сочинений), иллюстрируя на примере растений теорию эволюции, обеспечившую ему бессмертную славу. Но при этом большую часть исследований Дарвина, посвященных изучению растительного мира, всегда считали второстепенной – еще одно подтверждение недостаточного внимания к растениям со стороны ученых.

В книге «Сто один ботаник» (One Hundred and One Botanists), опубликованной в 1994 г., Дуэйн Изели писал: «О Дарвине было написано больше, чем о любом другом биологе… Однако забавно, что его редко представляют как ботаника. Тот факт, что он написал несколько книг об изучении растений, отмечался в посвященных ему трудах, но обычно упоминания о нем как о ботанике случайны, из разряда «Действительно, Дарвин несколько раз утверждал, что считает растения самыми удивительными живыми существами»». («Мне всегда нравилось возвышать растения в иерархии организованных существ», – писал Дарвин в автобиографии.) Эту тему Дарвин развивал в фундаментальном труде «Сила движения растений» (The Power of Movement in Plants), опубликованном в 1880 г. Это был ученый старой школы: он наблюдал за природой и выводил ее законы. Дарвин не был заядлым экспериментатором, но в этой книге он объяснял результаты многих сотен экспериментов, проведенных вместе с сыном Френсисом, и описал и интерпретировал бесконечное множество движений растений: самые разнообразные движения, большинство из которых происходят не в надземной части, а в корневой системе, которую Дарвин считал «командным центром» растения.

Очень показателен последний параграф самой знаменитой книги английского натуралиста. Именно здесь в простой и доступной для каждого форме он формулирует свое окончательное заключение. Вот замечательная фраза из знаменитого эпилога из книги «О происхождении видов»:

«Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм»[3].

В выразительном параграфе в заключительной части книги «Сила движения растений» ученый ясно излагает свое убеждение, что корни растений в какой-то степени аналогичны мозгу низших животных (к этой важной гипотезе мы обратимся в главе 5). На самом деле растение имеет тысячи корневых окончаний, каждое из которых снабжено собственным «вычислительным центром». Это выражение мы используем, чтобы показать даже самым злобным критикам, что со времен Дарвина никто не сказал и не подумал, что в корнях заключается настоящий мозг (конечно, не напоминающий по форме грецкий орех, как мозг человека), поскольку на этот факт на протяжении тысячелетий почему-то не обращали внимания. Однако существует гипотеза, что верхушки корней аналогичны мозгу животного и обладают множеством таких же функций. Что в этом такого невероятного?

Хотя на основании своих предположений Дарвин мог сделать очень важные выводы, он был осторожен и не стал разрабатывать эту тему в книге. Он был уже стар, когда писал «Силу движения растений», и, хотя был уверен в том, что растения следует воспринимать как разумные организмы, также знал, что заявить об этом означало вызвать негативную реакцию на все его труды. Вспомните, что ему уже приходилось защищать теорию происхождения человека от обезьяны! Поэтому он оставил разработку теории о разумности растений другим ученым, в частности своему сыну Френсису.

Френсис Дарвин (1848–1925), находившийся под глубоким влиянием идей и открытий своего отца, продолжил его дело и стал одним из первых в мире профессоров в области физиологии растений и написал первый в мире труд на эту тему на английском языке. В конце XIX в. все еще считалось парадоксальным объединять проблемы ботаники и физиологии. Однако Френсис Дарвин, долгие годы вместе с отцом изучавший растения и их поведение, был убежден в их разумности. Уже будучи известным ученым, на открытии ежегодного конгресса Британской научной ассоциации 2 сентября 1908 г. он отбросил всяческие предосторожности и заявил, что растения являются разумными существами. Это вызвало весьма ожидаемый шквал протеста, но Дарвин стойко придерживался своей идеи и в том же году опубликовал на эту тему статью на 30 страницах в журнале Science.

Последствия были невообразимыми. Дебаты нашли отражение в мировой прессе и поделили ученых на два враждующих лагеря. На одной стороне были те, кто быстро согласился с разумностью растений благодаря убедительным доказательствам, представленным Френсисом Дарвином. На другой стороне – те, кто отрицал такую возможность. Как в Древней Греции!

Рис. 1–2. Страница из New York Times, в которой сообщается о заявлении, сделанном Френсисом Дарвином на ежегодном конгрессе Британской научной ассоциации: растения обладают примитивной формой разума

За годы до этих событий Чарльз Дарвин вел плодотворную переписку с ныне незаслуженно забытым итальянским ботаником из Лигурии. Федерико Дель-пино (1833–1905) был одним из выдающихся натуралистов своего времени и даже может считаться создателем такого направления исследований, как биология растений. Этот выдающийся ученый был директором ботанического сада в Неаполе. Благодаря переписке с Дарвином он убедился в разумности растений и лично занялся экспериментальными исследованиями, направленными на изучение их возможностей. Долгое время он занимался так называемой мирмекофилией – симбиозом между растениями и муравьями (термин происходит от греческих слов murmex — муравей и philos — любящий). Чарльз Дарвин знал, что многие растения производят нектар не в цветах (хотя, конечно же, значительная часть нектара синтезируется в цветах, чтобы привлекать насекомых и использовать их для опыления). Он также знал, что сладкий нектар привлекает муравьев. Однако он никогда не изучал это явление подробно и считал, что выделение нектара не цветами, а другими частями растений, объясняется выделением ненужных растению продуктов жизнедеятельности. Однако по этому вопросу Дельпино не согласился с великим ученым. Нектар – чрезвычайно энергетически богатое вещество, которое растение производит с большими издержками для самого себя. Так что растению невыгодно от него избавляться. По-видимому, должно быть какое-то другое объяснение.

Занявшись изучением муравьев, Дельпино пришел к заключению, что растения-мирмекофилы секретируют нектар в иных участках, нежели в цветах, чтобы привлечь муравьев и использовать их для защиты: довольные предложенным угощением муравьи защищают растения от растительноядных животных, как настоящие солдаты. Вам приходилось когда-нибудь прикасаться к растению или прислоняться к дереву и тут же отскакивать от укусов этих злобных маленьких перепончатокрылых насекомых? Муравьи непрестанно охраняют хозяйское растение, выстраиваясь рядами, окружая потенциального противника и заставляя его отступить! Нельзя не признать, что подобное поведение чрезвычайно выгодно обоим видам организмов.

Энтомологи считают, что муравьи ведут себя чрезвычайно разумно, охраняя свой источник питания. Однако ботаники всегда воспринимали (и до сих пор воспринимают) ситуацию иначе. Немногие готовы признать, что поведение растений разумно (и целесообразно) и что выделение нектара – преднамеренная стратегия растений, предназначенная для привлечения столь необычной армии телохранителей.

В наши дни не у кого ни вызывает удивления, что многие невероятные научные открытия, сделанные в результате экспериментов с растениями, на протяжении десятилетий «подтверждались» в экспериментах на животных. Фундаментальные механизмы жизнедеятельности, которые полностью игнорировались или в значительной степени недооценивались, пока относились к области ботаники, вдруг становились общеизвестны, когда выявлялись у животных.

Например эксперименты Грегора Иоганна Менделя (1822–1884), проведенные на горохе, стали отправной точкой для развития генетики, но на протяжении 40 лет выводы Менделя практически полностью игнорировались, пока в результате экспериментов на животных не начался расцвет генетики. Или счастливая история открытия подвижности геномов Барбарой Мак-Клинток (1902–1992), удостоенной за эту работу Нобелевской премии. До того как Мак-Клинток не доказала обратное, все считали, что геном каждого организма не изменяется в процессе его жизни. «Стабильность генома» была неприкосновенной научной догмой. В 1940-х гг. в результате серии экспериментов на кукурузе Мак-Клинток обнаружила, что этот принцип вовсе не является неопровержимым.

Ее открытие имеет основополагающее значение. Так почему же она получила Нобелевскую премию только через 40 лет? Причина проста: ее эксперименты были выполнены на растениях, и, поскольку выводы Мак-Клинток шли вразрез с академической догмой, научное сообщество ей не доверяло. Однако в начале 1980-х гг. аналогичные эксперименты на животных подтвердили возможность изменчивости геномов других видов организмов, и это «повторное открытие», а не только ее собственные результаты, позволили присудить Мак-Клинток Нобелевскую премию и признать ее вклад в это открытие.

Конечно же подвижность геномов – далеко не единственный пример подобных открытий. Список весьма длинен – от открытия клеточной структуры организмов до РНК-интерференции, за исследование которой Эндрю Файер и Крейг К. Мелло были удостоены

Нобелевской премии в 2006 г. На самом деле они «повторно открыли» на червях Caenorhabditis elegans то же явление, которое за 20 лет до этого Ричард Йоргенсен выявил в экспериментах с петунией. И что же? Никто не знает об экспериментах с петунией, но эксперименты на примитивном черве (но на животном!) были отмечены Нобелевской премией по физиологии и медицине.

Таких примеров существует гораздо больше, но их суть одна и та же: мир растений всегда находится на втором месте, даже в академических кругах. И при этом растения часто используются в исследованиях благодаря сходству их физиологии с физиологией животных, не говоря уже о том, что эксперименты на растениях вызывают меньше этических проблем. Но так ли мы уверены в том, что этическая сторона экспериментов на растениях несущественна? Мы надеемся, что данная книга поможет разрешить некоторые сомнения на этот счет.

Когда наконец исчезнет абсурдное, приниженное восприятие растительного мира по сравнению с миром животных, мы сможем изучать растения в связи с их отличиями от животных, а не в связи с их сходством – это ведь гораздо полезнее. Нам откроются новые удивительные возможности для исследований. Но пока позволительно спросить: что заставило блестящего ученого посвятить свою жизнь исследованию растений, а не животных, хотя было понятно, что это в значительной степени исключает возможность научного признания?

Как мы уже видели, данная ситуация является естественным результатом нашей культурной традиции.

В жизни, как и в науке, растительному миру отводится нижняя ступенька иерархической лестнице живых существ. Все царство растений в целом остается недооцененным, несмотря на то, что от него зависит выживание планеты и ее будущее.

Люди живут рядом с растениями с момента своего появления на Земле около 200 000 лет назад. Казалось бы, этого времени вполне достаточно, чтобы познакомиться. Однако нам не хватило 200 000 лет, чтобы как следует понять растения. Мы очень мало знаем о растительном мире и, возможно, воспринимаем растения примерно так же, как их воспринимали первые Homo sapiens.

Продемонстрировать это напрямую невозможно, но можно прояснить с помощью нескольких примеров. Допустим, мы хотим описать свойства какого-то животного, например кота. Что можно сказать о коте? Это сообразительное, хитрое, привязчивое, контактное, приспосабливающееся, шустрое и быстрое животное, и список эпитетов можно продолжать и дальше. А теперь попробуем описать растение, скажем, дуб. Что можно сказать о дубе? Дубы обычно высокие, раскидистые, сучковатые, пахучие… Ачто еще? Наверное, нам удастся описать несколько свойств, передающих практические характеристики дуба. Но, безусловно, мы не станем говорить о его «социальном поведении», тогда как при описании кота мы бы отметили, что это общительное животное (хотя эпитет «независимое» тоже вполне подходит). При описании растений нам не придет в голову использовать прилагательные, относящиеся к чувствительности или интеллекту – никто не назовет дуб «нежным»!

Но тут что-то не так. Как может быть, что на планете выжило и эволюционировало разумное существо, не имеющее социальных связей и не способное общаться с окружающим миром? Если бы растения действительно были столь мало функциональными, естественный отбор давно привел бы к их исчезновению!

Нет нужды отправляться за доказательствами в далекое прошлое. Научные исследования последних десятилетий показали, что растения способны чувствовать, имеют сложные общественные связи и общаются с другими растениями и с животными, о чем мы поговорим в следующих главах. Так почему же люди до сих пор воспринимают растения только в качестве сырьевого материала, источника пищи или декорации? Что мешает нам выйти за пределы древнего и поверхностного восприятия этой формы жизни?

Кроме культурной традиции, о которой мы говорили в первой главе, на наше восприятие растительного мира влияют еще два других фактора: эволюция и время.

Давайте начнем с рассмотрения эволюционного фактора и проанализируем ситуацию, выяснив, какой смысл мы вкладываем в понятие «эволюция». Эволюцией называют медленные непрерывные процессы адаптации организмов к внешним условиям, в результате которых они приобретают характеристики, максимально способствующие выживанию. В этом процессе каждый вид приобретает или теряет какие-то признаки и способности в соответствии с характеристиками среды обитания. Конечно же, все это происходит за очень протяженные отрезки времени, но в результате между исходным видом и его ныне существующим потомком накапливаются макроскопические различия. Эволюция играет ведущую роль в дифференцировке растений и животных, и сегодня отчасти именно это мешает нам достаточно глубоко проникнуть в суть мира растений.

Чтобы понять, о чем идет речь, давайте сделаем шаг назад.

Известно, что первые одноклеточные организмы, появившиеся на нашей планете, были водорослями – т. е. живыми организмами растительного типа. Благодаря фотосинтезу они наполнили атмосферу кислородом, что способствовало распространению жизни на Земле, в том числе появлению эукариотических клеток (животных).

Тогда, как и сейчас, растительные и животные клетки различались не так сильно, как думают многие. Вообще говоря, растительные клетки устроены сложнее животных, поскольку имеют дополнительные органеллы – хлоропласты, в которых происходит фотосинтез, – а также окружены клеточной стенкой, которая делает их намного более прочными, чем клетки животных. Но за исключением этих двух различий растительные и животные клетки очень похожи друг на друга.

Так почему же при сравнении одноклеточных «растений» и одноклеточных «животных» мы всегда воспринимаем последние как более сложные, более продвинутые в эволюционном плане – т. е. обладающие очевидным превосходством?

Давайте сравним два одноклеточных существа – животное парамеций и растение эвглену. Называя парамеций животным, мы делаем некоторое допущение, поскольку наряду с другими простейшими (протозоями) теперь он относится к другой классификационной группе – к протистам[4]. Однако всего несколько лет назад парамеций рассматривали в качестве животного. Как следует из названия, протозои – это первичные животные (греческое слово protozoa состоит из двух корней: protos — первый и zoon — животное).

Парамеций (инфузория туфелька) – малюсенькое одноклеточное существо, покрытое ресничками, которые действуют как весла, позволяя животному перемещаться в воде. Если вы взглянете на парамеций через микроскоп, вас восхитят его эволюционные приспособления и те движения, которые позволяют ему быть столь элегантным. Это истинный чемпион среди живых существ: это всего одна клетка, но она обладает удивительным спектром возможностей. Описывая другое маленькое амебоподобное существо в книге «Поведение низших организмов» (Behavior of the Lower Organisms), вышедшей в 1906 г., Герберт Спенсер Дженнингс (1868–1947), задавался вопросом, признали бы мы разумность хищной амебы, если бы она была размером с кита и представляла опасность для человека.

Рис. 2–1. Сравнение структуры парамеция и эвглены.

Оба организма чрезвычайно малы, но у второго есть примитивный глаз (фоторецептор), с помощью которого он воспринимает свет

Но существует и другое чудо природы, микроскопическая одноклеточная водоросль – эвглена зеленая. Это существо тоже может быть отнесено к протестам, но, безо всяких сомнений, оно имеет растительную природу.

Изучение таких простых организмов и обнаружение их невероятных возможностей может помочь нам осознать причину нашего пренебрежительного отношения к миру растений. Что общего между этими двумя одноклеточными организмами и чем они различаются? Действительно ли животные обладают минимальной формой разума, которого нет у растений?

Действительно ли животные обладают минимальной формой разума, которого нету растений?

Чтобы прийти к общим выводам, давайте начнем с инфузории. Этот малюсенький организм обладает удивительными возможностями: например, он умеет находить пищу и двигаться в ее сторону.

Понятно, что для жизни эвглене тоже нужна энергия. Обычно она обеспечивает себя энергией за счет фотосинтеза, как все растения, но если света недостаточно, она не погибает, а превращается в хищника и начинает вести себя подобно животному. Она тоже может обнаруживать пищу и двигаться в ее направлении. Да, это растение, но оно способно двигаться! Эта микроскопическая водоросль перемещается с помощью тонкого жгутика.

Конечно же, и парамеций, и эвглена могут воспроизводить самих себя. Если вы следите за их движениями в воде, вы не заметите между ними серьезных различий. Через тело парамеция проходят передающие информацию электрические сигналы. По этой причине его даже называли «плавучим нейроном». Однако через клетку эвглены тоже проходят аналогичные электрические импульсы, так что и в этом отношении эти существа похожи друг на друга.

Выходит, их способности эквивалентны, и соревнование между растениями и животными заканчивается вничью? Вовсе нет, только результат соревнования – не такой, как все ожидали. Побеждает в соревновании не парамеций, а эвглена, которая обладает свойством, отсутствующим у ее противника: она умеет осуществлять фотосинтез. Для выполнения этой функции она использует зачаточную форму световосприятия, что позволяет ей улавливать свет и находить для этого оптимальное положение.

Но если эвглена может делать все то же самое, что делает парамеций, плюс получать энергию путем переработки солнечного света, почему никто и никогда не называл ее «плавучим нейроном» или не придумал для нее какого-то другого определения, передающего ее удивительные способности? Трудно сказать. По-видимому, не существует никакого рационального объяснения для общего нежелания воспринимать очевидные научные факты, подтверждающие более широкий спектр возможностей клеток растений по сравнению с клетками животных.

Чтобы обсудить эволюционный фактор, упомянутый в начале главы, нам нужно вернуться на 500 млн лет назад, к тому моменту, когда началось расхождение ветвей животных и растений. Древнейшие организмы стали развиваться по двум расходящимся путям, суть которых кратко можно обозначить так: растения избрали стационарный способ существования, а животные – подвижный. Заметим, между прочим, что в свое время выбор людьми оседлого образа жизни привел к возникновению первых великих цивилизаций.

Таким образом, растениям понадобилось добывать все необходимое для жизни из почвы, воздуха и солнечного света, а животные стали питаться другими животными или растениями и для этого разработали многочисленные типы движения (бег, полет, плавание и др.). На этом основании растения относят к автотрофам (от греч. autos — само и trophe— пища), что означает, что они самодостаточны – не нуждаются в других живых существах для выживания, а животных – к гетеротрофам (от греч. eteros — другой и trophe – пища), поскольку для выживания им нужны другие живые существа.

Из поколения в поколение этот изначальный выбор приводил к появлению других фундаментальных различий между растениями и животными, так что теперь их можно рассматривать как инь и ян, белое и черное, в мире экосистем. Растения неподвижны, животные перемещаются, растения пассивны, животные агрессивны, растения медленны, животные быстры. Мы можем найти десятки таких противопоставлений, но все они говорят об одном и том же: последние 500 млн лет эволюция растений и животных шла совершенно разными путями.

Исходный выбор стационарного или подвижного образа жизни со временем привел к невероятному различию строения и способа существования организмов: животные защищаются, кормятся, а также воспроизводятся за счет перемещения, а растения не двигаются с места и поэтому нашли совершенно оригинальные (для нас как для представителей мира животных) решения.

Неподвижность и, следовательно, высокая вероятность быть съеденными растительноядными животными способствовали выработке растениями своеобразного «пассивного сопротивления» по отношению к внешней опасности. Организм растения имеет модульную структуру, в результате чего каждая часть растения нужна, но ни одна не является абсолютно незаменимой. Это обеспечивает растениям чрезвычайно важное преимущество по сравнению с животными, особенно с учетом огромного числа населяющих планету растительноядных существ и их неукротимого аппетита. Первое преимущество модульной организации заключается в том, что быть съеденным не означает быть убитым! Какое животное может похвастаться такой способностью?

Как мы увидим далее, физиология растений строится на других принципах, нежели физиология животных. В то время как животные концентрируют свои самые важные жизненные функции в нескольких специализированных органах, таких как головной мозг, легкие, желудок ит.д., растениям приходится считаться с тем, что они могут стать легкой добычей, и поэтому у них нет отдельных жизненно важных центров. Если вы храните деньги не в одном единственном месте, а в разных, это снижает вероятность потерять все в случае кражи, а инвестиции в разные предприятия снижают риск одномоментного финансового краха. Короче говоря, весьма разумная идея!

Функционирование растений не связано с работой органов: они дышат без помощи легких, питаются, не имея рта или желудка, держатся прямо, не опираясь на скелет, и, как мы вскоре увидим, принимают решения без помощи мозга.

Именно эта физиологическая особенность позволяет удалять значительную часть растения, не подвергая риску его жизнь: некоторые растения могут быть съедены на 90 или 95 %, но затем вновь нормально развиваются из маленького сохранившегося фрагмента. На лугу, где паслось целое стадо, через несколько дней вновь поднимется трава. Не нужно быть травоядным животным, чтобы это заметить: если вы когда-либо пытались извести плющ или сорную траву или просто ухаживали за газоном, вы понимаете, о чем идет речь. Таким образом, растения, ведущие стационарный (или, точнее, «сидячий») образ жизни, в качестве эволюционной стратегии избрали модульное строение, позволяющее лучше переносить нападения животных. В свою очередь, животные, которые защищаются путем бегства, не имеют способности к регенерации, разве что в некоторых отдельных случаях. Да, ящерица может отрастить новый хвост, но не может вернуть откушенную лапу или голову. Напротив, растение, потерявшее часть своего тела, не только выживает, но зачастую оказывается в выигрыше (например, при обрезке ветвей). Такой эффект непосредственно связан со строением растений, чрезвычайно сильно отличающимся от нашего строения. Растение состоит из повторяющихся модулей: ветви, стебли, листья и корни представляют комбинации очень простых единиц, соединяющихся между собой независимым образом, в какой-то степени, как блоки Лего.

Наверное, этого не скажешь, глядя на герань в горшке: растение выглядит как цельный организм. Однако если вы отломите кусочек и посадите его в землю (получите черенок, если говорить на языке садовников), этот кусочек герани пустит новые корни и превратится в новое растение. А вот из человеческой руки или слоновьей ноги никогда не вырастет новый организм, да и отделенная часть не сможет жить вне остального тела.

Совершенно неслучайно мы постоянно называем себя индивидами: это слово происходит от латинских слов in — нет и dividuus — делимый. Наше тело действительно неделимо: если его разделить пополам, две половинки не смогут жить по-отдельности, они погибнут. Но если разделить пополам растение, обе части смогут жить независимо по той простой причине, что растение – не индивид. На самом деле дерево, кактус или кустарник не следует сравнивать с человеком или с животным. Правильнее представлять себе растение в виде колонии. Дерево гораздо больше напоминает колонию пчел или муравьев, чем отдельное животное.

Хотя растения имеют очень древнее происхождение, в этом аспекте они тоже чрезвычайно современны. Одна из важнейших концепций в основе многих технологий, возникших благодаря изобретению интернета и связанных с взаимодействием отдельных групп (таких как социальные сети), заключается в использовании так называемых неожиданных (или «эмерджентных», от англ, emergent — внезапно возникающий) свойств, типичных для сверхорганизмов или группового интеллекта. Отдельные существа приобретают такие свойства только благодаря функционированию всей группы в целом, но ни одно из них само по себе этими свойствами не обладает: так, колонии муравьев или пчел обладают коллективным разумом, намного превосходящим разум отдельных особей. Мы подробнее поговорим о поведении растений в таком аспекте в главе 5, посвященной интеллекту растений.

Давайте вернемся к обсуждению причин, которые мешают нам признать, что растения, как и мы, являются социальными существами со сложной организацией и эволюцией. Еще одна причина нашего неприятия сложной реальности связана с проблемой времени.

Все знают, что продолжительность жизни живых организмов разных видов варьирует в широких пределах: человек живет около 80 лет, пчела меньше двух месяцев, а гигантская черепаха более 100 лет. Кроме того, животные имеют различный жизненный ритм: одни впадают в зимнюю спячку, другие перемещаются и воспроизводятся гораздо быстрее нас, третьи – намного медленнее. Казалось бы, совсем не сложно осознать существование различных шкал времени, отличающихся от нашей собственной. Но, очевидно, это не так. События, происходящие столь медленно, что наш глаз не в состоянии за ними уследить, формируют непостижимую для нас временную шкалу. Хотя в абсолютном значении такие прилагательные, как «медленный» и «быстрый», бессмысленны, мы все же считаем, что сами живем «быстро», а растения «медленно», очень медленно.

Разница в скорости между нами столь велика, что мы не в состоянии ее осознать. Это некая оптическая иллюзия, trompe l’oeil, только по временной шкале. Например, мы знаем, что растения движутся, чтобы лучше поглощать свет, удаляться от опасности и искать опоры (вьющиеся растения). Уже несколько десятилетий новые технологии в мире кино и фотографии позволяют следить за движениями растений, о которых писал еще Дарвин. Сегодня с помощью интернета вы легко найдете видео с изображением раскрывающегося цветка или растущего побега. Но несмотря на это в нашем восприятии растения по-прежнему остаются «неподвижными».

Подобные изображения поражают нас, демонстрируют существование у растений двигательной активности, но не меняют нашего стойкого, отчасти инстинктивного убеждения в том, что эти создания ближе к неорганической природе, чем к миру животных. Наши органы чувств не могут воспринять движения растений, и поэтому мы относимся к ним как к неодушевленным объектам. Хотя мы прекрасно знаем, что они растут и, следовательно, движутся, для нас они остаются неподвижными, поскольку их движения неуловимы для нашего зрения и, соответственно, для нашего понимания.

Но что кроется за этим отрицанием доказанных явлений? Мы живем в высокоразвитом технологическом обществе, в котором существует множество вещей, неподвластных нашему прямому (чувственному) восприятию, но в которых мы нисколько не сомневаемся. Мало кто знает, как работает телевидение, телефон или компьютер, но нам и в голову не приходит преуменьшать их технические характеристики на том основании, что у нас нет возможности непосредственного чувственного восприятия их действия. Наши знания о строении Вселенной и составе материи опосредованы чрезвычайно сложными инструментами, но кому вздумается отрицать сложную атомную структуру вещества, хотя она гораздо сложнее для нашего восприятия, чем структура растений? Конечно, здесь огромную роль играет воспитание.

Но почему наше отношение к растениям никак не меняется? Вполне возможно, существует некий «психологический блок», препятствующий каким-либо культурным изменениям, которые со временем могли бы повлиять на наше инстинктивное поведение в отношении растений. Сейчас мы поясним эту мысль.

Наше отношение к растениям основано на абсолютной изначальной зависимости и в этом смысле в определенной степени напоминает отношение ребенка к своим родителям. Когда мы взрослеем, особенно в подростковом периоде, мы проходим через этап полного отрицания нашей зависимости от родителей, что позволяет нам достичь психологической свободы и подготовиться к реальной автономии, наступающей через много лет. Вполне возможно, что аналогичный психологический механизм определяет наше отношение к растениям. Никто не любит зависеть от других. Зависимость означает слабость и уязвимость, а это никому не нравится.

Мы восстаем против того, от чего зависим, поскольку эта зависимость мешает нашей полной свободе. Короче говоря, мы в такой степени зависимы от растений, что готовы на все, только бы не думать о них. Возможно, нам хочется забыть, что наше выживание зависит от мира растений, поскольку это преуменьшает нашу мощь в качестве властителей Вселенной. Конечно, отчасти этот аргумент провокационный, однако в какой-то степени он полезен, поскольку позволяет прояснить соотношение сил в противостоянии между нами и миром растений.

Если завтра растения исчезнут с лица Земли, жизнь людей будет продолжаться не более нескольких недель или месяцев. Очень скоро все высшие формы жизни исчезнут. Напротив, если исчезнем мы, за несколько лет растения захватят все отнятые у них территории, и меньше чем через 100 лет все следы нашей долгой цивилизации скроются под покровом зелени. Возможно, эта идея поможет нам сравнить биологическую значимость человека и растительного мира.

А можно использовать иную метафору: в понимании биологии мы с вами все еще находимся в рамках системы Аристотеля и Птолемея. До Коперника люди считали, что Земля расположена в центре Вселенной, и что все небесные тела вращаются вокруг нее. Это полностью антропоцентрическая точка зрения, которую попытался изменить Галилей, но которая исчезла из нашего сознания лишь через несколько столетий. Так вот, наши современные мысли о биологии можно сравнить с нашими представлениями об устройстве Вселенной до Коперника. Доминирующая идея заключается в том, что человек – важнейшее живое существо, вокруг которого и вертится мир: мы поставили себя выше других и являемся единоличными хозяевами планеты. Заманчивая и приятная идея, вот только ложная!

В реальности наше положение вовсе не такое «звездное». На долю растительных организмов приходится 99,5 % всей биомассы на планете. Иными словами, если вся живая материя на Земле составляет 100 %, по различным оценкам, от 99,5 до 99,9 % этой материи приходится на долю растений. И, следовательно, среди всех живых существ животные (включая человека) составляют ничтожную долю (от 0,1 до 0,5 %).

Несмотря на активное уничтожение лесов человеком, растения, без всякого сомнения, являются королями среди всех живых существ на планете. И нужно восхвалять за это небеса! Только благодаря такому положению дел жизнь на Земле все еще возможна.

Как мы знаем, растения располагаются в основании пищевой цепи: все, что мы едим (включая мясо и рыбу) – либо растения, либо то, что питается растениями. Может показаться, что человек способен использовать в пищу любые растения, однако это не так. Мы получаем большую часть калорий из шести видов растений: сахарного тростника, кукурузы, риса, пшеницы, картофеля и сои. Эти и некоторые другие растения составляют основу пищевого рациона большинства людей на планете. Это так называемые пищевые растения, весьма специфическая группа живых организмов.

Культивирование растений отчасти напоминает выращивание животных. Вы никогда не задумывались, почему в качестве мяса человек употребляет в основном говядину, свинину и курятину? Почему ни в одной человеческой культуре основой рациона не служит мясо льва, антилопы, волка, медведя или змеи? Эти животные вполне съедобны, не хуже коровы или курицы. Ответ, очевидно, заключается в том, что мы едим мясо одомашненных животных, которых легче выращивать. Мясо медведя имеет прекрасный вкус, но выращивать медведей трудно. Аналогичным образом далеко не все растения поддаются интенсивному разведению.

Съедобных растений много, но большинство из них не удается культивировать в промышленном масштабе из-за их особенностей. Они остались дикими, как тигры и медведи. Вот собаки эволюционировали из волков и образовали новый вид животного, поскольку обнаружили, что жить в симбиозе с людьми легче и удобнее, чем самостоятельно бороться за выживание. В ходе эволюции возникло замечательное и взаимовыгодное сотрудничество: люди кормят собак и заботятся о них, а собаки защищают людей и дарят им свою привязанность. Некоторые растения избрали такую же эволюционную стратегию: они кормят человека, получая взамен защиту от насекомых, удобрения и, главное, возможность широчайшего распространения.

Питание – лишь самый очевидный аспект нашей зависимости от растений. Далее, естественно, мы вспоминаем о кислородном дыхании. Все знают, что мы дышим кислородом, который производят растения, и что наше выживание зависит от наличия кислорода в воздухе. Но не все знают, что значительная часть используемой нами энергии тоже имеет растительное происхождение и что нам следует благодарить растения за энергию, которой мы пользуемся уже на протяжении тысячелетий.

Задумайтесь об этом: гигантское количество доступных нам сегодня источников энергии когда-то было запасено в виде растительной биомассы посредством трансформации солнечной энергии в химическую. Этот чудесный процесс, который мы называем фотосинтезом, заключается в превращении углекислого газа из воздуха под действием солнечного света в сахара – молекулы с высоким энергетическим содержанием (как знают те, кто перешел на низкокалорийную диету и в связи с этим был вынужден от них отказаться). Это первая, важнейшая, стадия многостадийного процесса образования потребляемой нами энергии (в виде древесины, каменного угля, нефти или других видов горючего).

На стыке двух предыдущих столетий русский ботаник Климент Тимирязев (1843–1920) писал: «Растения – это связующее звено между землей и солнцем», и действительно, почти все источники потребляемой человеком энергии имеют растительную природу.

В практическом аспекте ископаемое топливо (каменный уголь, углеводороды, нефть, газ и др.) – не что иное, как накопленные под землей запасы солнечной энергии, сконцентрированные в биосфере растениями при помощи фотосинтеза в различные геологические эпохи. Это вовсе не «минеральные вещества», как считают многие, а истинные органические отложения.

Таким образом, кроме пищи и кислорода, растения снабжают нас и другим необходимым для жизни ресурсом – энергией. Этого вполне достаточно, чтобы заставить нас поклоняться всему зеленому. Но мы еще не упомянули о медицине. Почти все используемые нами фармацевтические средства получены из молекул, синтезируемых растениями или человеком на основе механизмов синтеза в растениях.

Во всем мире, на Востоке и на Западе, в развитых и в развивающихся странах, растения являются основным и незаменимым компонентом лекарственных средств. Их польза для человека связана не только с содержащимися в них многочисленными химическими молекулами, но и с их прямым действием, поскольку растительная окружающая среда положительно влияет на наше психофизиологическое состояние.

Положительная роль растений в обогащении атмосферы кислородом, поглощении углекислого газа и загрязняющих веществ, а также в улучшении климата известна уже очень давно. Но сравнительно недавно было установлено, что растения могут влиять на наше состояние и другими путями, и эти открытия удивительны: растения способны снижать уровень стресса, повышать концентрацию внимания и ускорять выздоровление.

Измерение физиологических параметров показывает, что даже наблюдение за растениями способствует успокоению и расслаблению. Пациенты в больницах, где окна выходят на зеленые насаждения, в меньшей степени нуждаются в обезболивающих средствах и быстрее выздоравливают, чем там, где из окон видны только соседние здания или пустыри. Именно по этой причине (из экономических соображений) во многих новых больницах на севере Европы предусмотрены засаженные растениями пространства (иногда целые этажи), где больные могут отдыхать. Детский госпиталь Бостона и Институт реабилитации и ортопедии при университете Мэриленда – лишь два примера среди множества американских больниц, где для пациентов и посетителей предусмотрены парки для отдыха.

В недавних исследованиях было проанализировано положительное влияние растений на младенцев и детей разного возраста. И результаты этих исследований просто ошеломляют.

Например, исследователи из университета Иллинойса в Шампейн-Урбане следили за результатами тестов, которые студенты выполняли в своих комнатах. Результаты тестов, требовавших определенной концентрации внимания, совершенно однозначно были лучше у тех студентов, которые жили в комнатах с окнами, выходящими на зеленые зоны, чем у тех, чьи окна выходили на соседние здания.

Еще более явственно, чем у студентов, усиление концентрации внимания в присутствии растений наблюдается у учащихся начальных школ, как показали исследования, проведенные во Флоренции. Более того, на улицах, обсаженных деревьями, меньше аварий, а в населенных пунктах с большим количеством зелени меньше самоубийств и насилия. Короче говоря, растения положительно влияют на настроение, концентрацию внимания, обучаемость и общее состояние человека. Присутствие растений кажется необходимым даже в длительных космических полетах – не только в качестве источника пищи, но и для релаксации.

Причины такого положительного психологического влияния растений на человека пока неясны, но, возможно, исходят из далекого прошлого и связаны с нашей подсознательной уверенностью в том, что без них жизнь нашего вида невозможна. Спокойствие, которое они дарят нам одним своим присутствием, может быть отражением древнейшего ощущения, что все, в чем мы нуждаемся, и сама вероятность нашего выживания зависят от зеленого мира растений. Сегодня, как и всегда.

Очевидно, что у растений нет ушей, носа или глаз. Как же поверить в то, что они воспринимают свет, запах, звук и даже вкус и прикосновение? Казалось бы, все говорит об обратном: наша культура, наши органы чувств и наши наблюдения.

Мы привыкли думать, что растения «пассивны». Иными словами, они не движутся, осуществляют фотосинтез, часто выпускают новые побеги, иногда цветут или теряют листья, и это все.

В нашем языке слово вегетативный (растительный, овощной), примененное не в отношении растений, приобрело неприятную окраску: «стать овощем» означает потерять чувствительность и двигательные функции, которыми мы обладали еще до рождения, то есть практически перестать жить. Буквально, как растения. Но справедливо ли это определение?

Как мы обсудили в первой главе, идея о том, что растительный мир состоит из лишенных чувственного восприятия существ, пришла к нам от древних греков. Эта идея без изменений пережила эпоху Возрождения, как следует из знаменитой «пирамиды живых существ», в соответствии с которой растения существуют, но не чувствуют и не думают, а также эпоху Просвещения и научную революцию, когда, казалось бы, эта модель должна была показаться абсурдной.

Однако представьте себе, что означает «быть обездвиженным», или, точнее, выбрать неподвижность как полезную эволюционную стратегию – именно это, как мы видели, и сделали растения. Не будет ли в таком случае еще более важным иметь зрение, слух, обоняние и вообще иметь возможность чувственного восприятия внешнего мира? Чувства – необходимый инструмент для жизни, размножения, роста и защиты, вот почему растения ни в коем случае не могли бы без них обойтись!

Как мы увидим далее, растения обладают всеми пятью чувствами, как и мы. Но это не все: у них есть еще 15 других чувств. Конечно же, они имеют растительную, а не человеческую природу, но от этого они не становятся менее реальными.

Видят ли нас растения? И если да, каким образом? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно определить, что мы подразумеваем под словом «видеть». Очевидно, что у растений нет глаз, но означает ли это, что они не могут видеть?

Давайте пролистаем словари, исключим определения зрения, связанные с наличием глаз, и посмотрим, что у нас останется. Зрение определяется как «способность видеть, воспринимать зрительные стимулы с помощью адаптированных для этой функции органов», как «чувство, позволяющее воспринимать зрительные стимулы», или как «зрительная способность или ощущение, восприятие света и освещенных предметов»[5].

Движемся далее. У растений нет глаз и, следовательно, нет зрения в классическом смысле слова. Но если мы говорим об «ощущении света» или «восприятии зрительных стимулов», вырисовывается совсем иная картина. В соответствии с этими определениями растения не просто обладают ощущением света, оно у них чрезвычайно развито. Растения воспринимают свет, используют его и распознают его качество и количество. Эта их способность эволюционировала по той простой причине, что большую часть энергии они получают от поглощения света, за счет процесса фотосинтеза.

Стремление к свету определяет жизнь и поведение растений: обилие света для растения – как материальное благополучие для человека. Верно и обратное: жизнь в тени сравнима с бедностью. В мире растений, как и в нашем собственном мире, максимальный суточный оборот энергии позволяет наилучшим образом поддерживать собственную жизнедеятельность. Для растений это означает постоянное стремление получить свет и его использовать.

Далее мы увидим, что обилие или недостаток энергии влияют на развитие, поведение, функции и обучение растений – в точности, как у людей.

Любой, кто наблюдал за растениями на улице или в доме, обращал внимание на то, что они меняют свое положение, вытягиваясь в направлении к свету, и поворачивают листья таким образом, чтобы максимально использовать световые ресурсы (эти быстрые движения называют «фототропизмом» – от греческих слов phos — свет и trepestai — двигаться). И это весьма осмысленное поведение: для растительного организма проблема адекватного светового обеспечения должна быть решена в кратчайшие сроки максимально эффективным способом. Так что два соседствующих растения (например, в лесу или в цветочном горшке) могут вступить в соревнование, поскольку листья более высокого растения затеняют более низкое. Динамику ускоренного роста растений, направленную на победу над соперником, называют «выходом из тени». Странное название. Обычно мы не используем слово «выход» для описания поведения растений, хотя в данном случае речь идет о реальной борьбе за доступ к свету.

Явление фототропизма легко наблюдать невооруженным глазом, так что оно было прекрасно знакомо даже древним грекам. Но хотя это типичное для растений поведение известно уже на протяжении нескольких тысяч лет, его суть по-прежнему недопонимают и недооценивают. О чем же идет речь, в конце концов? Это явление – не что иное, как реальное проявление интеллекта, подразумевающее расчет риска и пользы. И эта реальность была бы очевидна давным-давно, если бы не наша извечная предубежденность.

Подумайте об этом: в процессе выхода из тени растение начинает расти быстрее, чтобы обогнать соперника по высоте и, следовательно, получить больше света. Однако этот интенсивный рост стоит растению очень больших энергетических затрат, столь значительных, что в случае неудачи такое поведение может привести к гибели. Растение инвестирует энергию и материальные ресурсы в дорогостоящее и рискованное мероприятие, как предприниматель, вкладывающий средства в новое дело. Поведение растений показывает, что оно может планировать расход ресурсов в расчете на результаты в будущем. Короче говоря, это типичное поведение разумного существа.

Рис. 3–1. Пример фототропизма – роста растения в направлении к свету

Но вернемся к ощущению света. Как же растение воспринимает свет? Химические молекулы в растительных клетках выступают в роли фоторецепторов, получающих и передающих информацию о том, откуда поступает свет, а также о его характеристиках. Растения не только различают свет и тень, но умеют определять качество света по длине волны. Различные типы фоторецепторов с экзотическими названиями – фитохромы, криптохромы и фототропины – поглощают свет со специфической длиной волны в красной, дальней красной, синей и ультрафиолетовой части спектра. Именно эти части спектра наиболее важны для растений, поскольку они регулируют многие аспекты их развития – от прорастания семян до роста и цветения.

Где же расположены световые рецепторы растений? Человеческие глаза находятся в передней части головы. Это стратегическая позиция, если судить по ходу эволюционных изменений, поскольку они располагаются высоко (чтобы лучше видеть и расширить поле зрения), близко к нашему единственному мозгу и защищены от внешних воздействий (защите головы мы уделяем особое внимание, поскольку именно здесь находится мозг и сосредоточены четыре центра чувственного восприятия). У растений, как мы знаем, все иначе. Организм растения эволюционировал таким образом, чтобы избежать сосредоточения функций в какой-то одной зоне и, следовательно, снизить риск смерти в случае поедания растительноядным животным.

Все функции растения распределены практически по всему организму, и ни одна из частей растения не является истинно незаменимой. При таком строении даже световые рецепторы растения представлены в большом количестве. В основном они сосредоточены в листьях, специализирующихся на осуществлении фотосинтеза, но имеются также и в других частях растения. Множество рецепторов содержится даже в самых молодых частях ствола, усиках, побегах и их верхушках, а также в древесине (во всех тех частях, которые мы обычно называем «зеленью» и которые плохо горят). Такое впечатление, что растение целиком покрыто крохотными глазками. Корни тоже невероятно чувствительны к свету, но, в отличие от листьев, они его совсем не любят. Листья тянутся и поворачиваются к свету, демонстрируя «положительный фототропизм», а корни ведут себя противоположным образом, как будто страдают «фотофобией», удаляясь от любого источника сета и демонстрируя «отрицательный фототропизм».

Все функции растения распределены практически по всему организму, и ни одна из его частей не является истинно незаменимой.

Здесь следует упомянуть о том, что отсутствие понимания растительного мира может приводить к неправильной интерпретации экспериментальных результатов. Практически всем известно, что корни растут в земле и, следовательно, в темноте. Так? Но в современных лабораториях, где проводятся эксперименты на растениях, кажется, об этом ничего не знают. Специалисты в области молекулярной биологии (новой научной дисциплины, постепенно вытесняющей известные всем ботанику и физиологию растений) почти всегда работают с сеянцами модельных растений (самое известное из них – резуховидка Таля, Arabidopsis thaliana, настоящая звезда в современной лабораторной практике), выращиваемых не в почве, а в геле или какой-то другой прозрачной среде, содержащей все необходимые для роста компоненты. В такой среде легче анализировать поведение растений, поскольку среда прозрачная и можно контролировать состав получаемых растением питательных веществ. Такие исследования действительно внесли значительный вклад в изучение растений, но в данной системе остается упомянутая выше проблема. При такой постановке эксперимента корни почти всегда остаются на свету, а это совершенно неестественно для растений и, понятное дело, вызывает у них стресс. При выращивании растений в геле корни растут чрезвычайно быстро, безуспешно пытаясь скрыться от раздражающего источника света. Этот быстрый рост обычно приписывают хорошему здоровью растения, поскольку, исходя из логики экспериментаторов, процветающее растение дает больше корней. Однако на самом деле все наоборот: корни растут быстро, поскольку пытаются убежать. Здравый смысл подсказывает, что корням нужно находиться в темноте, а не на свету, как листьям.

Но к темноте стремятся не только корни. В строго определенное время года даже надземные части некоторых растений «закрывают глаза»: осенью многие листопадные деревья сбрасывают листья. Но ведь в листьях сконцентрировано основное множество светочувствительных рецепторов растений, где осуществляется фотосинтез. Что же происходит с растением, когда с него облетают листья? Точно то же самое, что происходит с животным, когда оно закрывает глаза: оно отдыхает.

Листопадные растения типичны для климатических зон со сравнительно холодными зимами. В тропиках и субтропиках с мягким климатом и постоянным количеством солнечного света листопадные растения не встречаются. Здесь преобладают вечнозеленые растения. Но в регионах с умеренным или континентальным климатом смена жаркого летнего и холодного зимнего сезонов влияет на поведение растений точно так же, как и на поведение животных. Мы знаем, что там, где зимы особенно холодные, некоторые животные впадают в спячку, что позволяет им пережить холод и недостаток пищи. Сон – очень эффективный способ преодолеть трудное зимнее время. Он насколько эффективен, что растения избрали ту же стратегию. При наступлении первых холодов листопадные растения начинают терять листья – самую чувствительную и подверженную замерзанию часть организма – и впадают в зимнюю спячку. В мире растений этот периодический сон, защищающий организм от неприятных климатических воздействий, называют «покоем», однако суть этого состояния в точности такая же, как зимняя спячка в мире животных. Растения замедляют свой жизненный цикл, «закрывают глаза», спят всю зиму и просыпаются весной, формируя бутоны и новые листья, которые «открывают глаза».

Обсуждая проблему зрения у растений, мы обязательно должны упомянуть Готлиба Хаберланда (1854–1945), теории которого взбудоражили научный мир в середине прошлого века. Этот великий австрийский ботаник выдвинул гипотезу, которую не смог проверить экспериментальным путем: он предположил, что клетки растительного эпидермиса функционируют как настоящие линзы, позволяя растениям различать не только освещенность, но и форму предметов. Ученый считал, что растения используют эпидермальные клетки точно так же, как мы используем роговицу и хрусталик глаза, чтобы получать реальные изображения окружающих предметов.

Интригующая гипотеза Хаберланда до сих пор остается непроверенной, так что мы пока не можем утверждать, что растения способны распознавать форму предметов, хотя, безусловно, чувствительны к свету и обладают своеобразным зрением. Но когда речь заходит об обонянии, мы вынуждены признать, что, как это ни странно звучит, растения обладают весьма чувствительными «носами». Конечно же, мы не говорим о таких же органах чувств, как у нас с вами. Чувствительность растений не сконцентрирована в определенной части организма, и, если мы чувствуем запах только носом, растения делают это всем существом.

Чтобы почувствовать запах, мы вдыхаем носом воздух, который проходит через обонятельный канал, выстланный рецепторами химических веществ. Эти рецепторы захватывают присутствующие в воздухе молекулы и посылают соответствующие нервные сигналы с информацией о запахе в головной мозг. Обонятельная активность растений распределена по всему организму: представьте себе, что у нас не один нос, а миллионы крошечных носов во всем теле. От корней до листьев растения состоят из миллиардов клеток, на поверхности которых часто имеются рецепторы для летучих веществ, способных запускать серию информационных сигналов во всем организме. Представьте себе эти рецепторы в виде разнообразных замочков, расположенных на поверхности клеток, а запахи – в виде разнообразных ключей. Каждый замок открывается при контакте с правильным ключом, и в результате запускается механизм распространения обонятельной информации.

Но какую роль играют запахи в жизни растений? Растения используют «запахи» (т. е. биогенные летучие органические соединения, БЛОС) для получения информации о своем окружении и для общения друг с другом и с насекомыми. И это происходит постоянно (подробнее об этом мы расскажем в разделе «Общение между растениями и животными» в главе 4). Все издаваемые растениями запахи, например, запахи розмарина, базилика или солодки, эквивалентны конкретным сообщениям – это «слова» в мире растений, их лексикон. Миллионы различных химических соединений в языке растений выступают в роли сигналов, но мы знаем об этом очень мало. Нам известно, что каждое соединение передает точную информацию, такую как предупреждение о близкой опасности, сигнал для привлечения или отталкивания животных или какое-то другое сообщение. Конечно же, мы давно знаем, что все покрытосеменные (ангиоспермы, от греческих слов angeion — сосуд и sperma – семя) производят специфические запахи для общения с опыляющими их насекомыми. В таком случае речь идет о «частных» сообщениях, не предназначенных для других растений, и имеющих одну определенную цель. Но зачем шалфей, розмарин или солодка испускают свой типичный аромат даже тогда, когда не имеют цветов? Мы знаем только, что у них есть на это причина: на производство пахучих молекул затрачивается энергия, и ни одно растение не будет растрачивать энергию попусту! Однако от этого простого наблюдения до интерпретации растительных запахов лежит долгий путь.

Можно провести параллель между нашими сегодняшними знаниями и знаниями египтолога Жана-Франсуа Шампольона до 1822 г., когда он наконец смог расшифровать древнеегипетские иероглифы: мы подозреваем, что некоторые знаки (запахи) соответствуют определенным сообщениям, однако нам известна лишь небольшая часть всех летучих молекул, выделяемых растениями. Но больше всего расшифровку затрудняет тот факт, что сообщения могут быть связаны не с одной летучей молекулой, а с целым набором разных молекул, присутствующих в совершенно определенном соотношении. Короче говоря, даже в языке растений проглядывает определенная полифония, согласующаяся с их «неиндивидуальным» характером: их язык – не один голос, а множество голосов, что делает картину еще более заманчивой и интересной.

В один прекрасный день мы, вероятно, найдем ключ к языку растений. Но до тех пор нам придется довольствоваться тем немногим, что нам известно, и опираться на смысл, который мы можем приписать некоторым летучим молекулам. Например, нам известен смысл молекулы метилжасмоната, которую многие растения испускают в состоянии стресса. Эта молекула несет очень четкий сигнал: «Мне плохо». Многие летучие соединения, которыми обмениваются растения, несут одну и ту же информацию, и забавно, что для передачи одинаковых сообщений совсем разные виды растений используют одни и те же слова. Конечно, это не означает, что существует некий универсальный язык всех растений. Скорее, это напоминает наличие множества языков с общим корнем: одни слова остались во всех языках, а другие являются специфическими для разных языков (и, следовательно, для разных видов растений).

Но вернемся к летучим молекулам, которые растения синтезируют и воспринимают в условиях стресса. Например, многие летучие молекулы передают настоящий сигнал SOS. Растения посылают этот сигнал в случае биологического стресса (под действием грибковых или бактериальных инфекций, насекомых или каких-то других живых существ, значительно нарушающих равновесное состояние растительного организма), а также небиологического стресса (чрезвычайного холода или жары, недостатка кислорода, присутствия солей или загрязняющих веществ в воздухе или в почве). Во всех случаях эти сигналы выполняют удивительную функцию – они предупреждают соседние растения (или отдаленные части того же самого растения) о близкой опасности.

Зачем? Главным образом, в целях самозащиты. Представьте себе, что на растение нападают растительноядные насекомые. Оно выделяет сигнальную молекулу, чтобы предупредить соседние растения. Чтобы пережить опасный момент, все окружающие растения мобилизуют защитные механизмы, часто прибегая к удивительным стратегиям, о которых мы подробно поговорим ниже (в разделе «Общение между растениями и животными», глава 4). Вот лишь один пример: получив подобный сигнал, растения начинают синтезировать молекулы, которые делают их листья несъедобными или даже ядовитыми для агрессора. Самый известный пример – томаты, которые при нападении растительноядных насекомых выделяют множество летучих соединений с целью предупредить соседние растения, находящиеся даже на расстоянии сотен метров.

Но если растения способны предпринимать столь эффективные защитные меры, зачем мы применяем инсектициды? И почему собственной защиты растений не хватает, чтобы оттолкнуть всех вредителей? Ответ очень прост. Жизнь в природе – это равновесие между хищником и жертвой, которое постоянно переустанавливается. Каждый раз, когда растения предпринимают меры для собственной защиты, животные вырабатывают новую стратегию нападения, на которую растения постепенно учатся реагировать еще более сложным образом. Этот механизм постоянных усовершенствовании лежит в основе эволюции и обеспечивает существование жизни на Земле.

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»[6].

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.

Чтобы понять, испытывают ли растения тактильные ощущения, нужно ответить на два простых вопроса: чувствуют ли растения, если касаются каких-то предметов, и могут ли они осознанно дотрагиваться до предметов, чтобы получить о них какую-либо информацию?

В мире растений тактильные ощущения тесно связаны со слуховым восприятием и опосредованы небольшими чувствительными органами, называемыми механочувствительными каналами. Эти органы расположены во всех частях растения, но больше всего их содержится на поверхности клеток эпидермиса, находящихся в непосредственном контакте с окружающей средой. Эти специфические рецепторы активируются при прикосновении или при вибрации. Отсутствие специализированных чувствительных органов не говорит о том, что растение не обладает соответствующей чувствительностью, и наоборот, наличие рецепторов не обязательно подразумевает способность восприятия, хотя может говорить о ее потенциальной возможности.

Замечает ли растение, что до него дотрагиваются? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте проследим за поведением мимозы особого типа, Mimosa pudica, которую называют «стыдливой». Это представитель той самой группы, к которой Линней отнес росянку: это растение сжимает листья при прикосновении, как будто стесняется – отсюда и название.

Это движение листьев происходит за считаные секунды и не является условным рефлексом (например, листья не складываются, если их мочит дождь или обдувает ветер; до них действительно нужно дотронуться). Таким образом, это реальное поведение растения, но смысл его неясен. Кажется очевидным, что растение так защищается, но не понятно, от чего именно. Одни полагают, что это внезапное движение отпугивает растительноядных насекомых, другие думают, что мимоза выработала такую стратегию поведения, чтобы выглядеть менее аппетитной. Сейчас для нас не столь важно, какая теория верна. Важно то, что растение не только чрезвычайно чувствительно к прикосновению, но умеет различать разные стимулы и даже менять тип поведения, раскрывая листья, когда понимает, что опасности нет.

Первым ученым, обратившим внимание на удивительное поведение мимозы, был великий Жан-Батист Ламарк (1744–1829), к заслугам которого относится изобретение самого слова «биология».

Рассказывают, что он поручил своему молодому помощнику Августину Пирамусу де Кандоллю (1778–1841) погрузить на телегу несколько небольших кустиков мимозы, провести их по улицам Парижа и описать их поведение.

Рис. 3–4. Mimosa pudica с раскрытыми (слева) и закрытыми (справа) листьями. Листья закрываются в ответ на определенные тактильные стимулы

Де Кандолль спокойно выполнил поручение великого Ламарка: погрузил на телегу так много горшков с мимозой, как только смог, и провез их по улицам города. В каких-то местах во время прогулки он замечал нечто необычное. Поначалу, когда телега затряслась на булыжной мостовой, растения сложили листья, но затем вновь раскрыли их, казалось бы, привыкнув к тряске.

Объяснение было простым и очевидным, хотя и потрясло де Кандолля: растения быстро поняли, что движения телеги не представляют опасности, и поэтому перестали тратить энергию на бессмысленное сокращение листьев.

Наблюдение за мимозой, естественно, не единственный путь убедиться в способности растений реагировать на прикосновение. Хищные растения тоже демонстрируют яркий пример умения получать информацию о том, что происходит на поверхности листьев или цветов. Как мы видели, в таком случае цветы и листья функционируют как ловушки. Но когда срабатывает пружинка ловушки? Только в тот момент, когда насекомое находится на листе. Плотоядные растения умеют узнавать, когда что-то входит с ними в контакт, а также различать тактильные ощущения специфической природы.

Мы знаем, что такой же способностью обладают и многие другие растения. Многие цветы закрываются при контакте с опыляющими насекомыми и открываются лишь тогда, когда насекомые покрываются пыльцой. Это поведение тоже требует реакции на прикосновение. Так что зададим себе вопрос: если кажется очевидным, что растения имеют пассивную тактильную чувствительность, позволяющую им установить наличие инородного тела, нет ли у них и соответствующей активной способности, позволяющей намеренно ощупывать внешние объекты для получения информации о них?

Для ответа на этот вопрос лучше всего начать с наблюдения за поведением корней. Как мы уже отмечали, каждое растение имеет миллионы корней (иногда сотни миллионов), способных проникать в почву в поисках воды и питательных веществ и двигаться к ним (или от них, если речь идет о потенциально опасных веществах). Что происходит, если при движении к источнику пищи или воды корень встречает препятствие, например камень? Прекращается ли его рост? Изменяет ли он выбранную траекторию движения (например, от света или к свету)? Безусловно, нет.

Рис. 3–5. Усики Bryonia dioica

Лабораторные исследования показывают, что корень «касается» препятствия и продолжает расти, обвиваясь вокруг в попытке найти выход. За эту важную функцию отвечает корневое окончание, верхушка, которое обладает и многими другими удивительными возможностями, о которых мы поговорим позже, в главе 5. Таким образом, верхушка корня ощупывает препятствие, пытаясь понять его природу, и движется в соответствии с полученной информацией. Такая функция корней вполне понятна: если бы они не чувствовали почву и не умели обходить препятствия, как бы они могли расти на каменистой почве?

Существует ли аналогичная функция у других частей растения?

Что касается чувствительности надземной части растения, наилучшей иллюстрацией, безусловно, является поведение вьющихся растений (и всех растений с усиками). Рассмотрим, к примеру, горох. Это скромное маленькое растение выпускает множество нежных усиков, которые при контакте с какими-либо предметами мгновенно закручиваются, пытаясь обернуться вокруг них. Такое поведение характерно для многих растений, которые ощупывают предметы вокруг себя в поисках оптимальной опоры для роста и обхватывают ее. Нужны ли лучшие доказательства того, что растения обладают тактильным восприятием?

Данная способность весьма популярна в царстве растений. За последние 30 или 40 лет, с тех пор как стали проводиться соответствующие исследования, было установлено, что численность растений с таким поведением превышает численность прямостоящих растений и постоянно растет.

На минуту вообразите себя молодым побегом в чаще экваториального леса, где и встречается большинство вьющихся растений. Вы совсем маленькое растение, но перед вами стоит чрезвычайно трудная задача – дотянуться до света.

Рис. 3–6. Вьющееся растение ипомея пурпурная (Ipomea purpurea)

Простые вычисления показывают, что для выращивания достаточно высокого ствола вам понадобятся годы и колоссальные затраты энергии. Становится страшно? Но есть другое решение, легкий путь, который избирают вьющиеся растения. Как истинные лентяи, не способные преодолеть описанные выше трудности, они выбирают короткую дорогу – прикрепляются к уже выросшим стволам и вскоре достигают света, не затрачивая драгоценной энергии. Вам не кажется, что такое поведение не чуждо и некоторым людям?

Мы добрались до самого неочевидного свойства растений, вокруг которого ведутся горячие споры. Могут ли растения слышать нас? И если да, что мы можем им сказать? Если вы когда-нибудь занимались садоводством, задавали себе этот вопрос и даже экспериментировали, вероятнее всего, вы так и не получили ответа. Многие могут сказать, что их растения чувствуют себя лучше, когда с ними разговаривают. Другие заметят, что разговоры с растениями никак не влияют на их рост. Возможно, оба ответа справедливы, но чтобы понять, в чем дело, нужно сделать шаг назад.

Прежде всего, давайте опишем наш механизм слуха, т. е. дадим определение слуха в нашем представлении. У человека и у животных для восприятия звука существует специализированный орган – ухо. Мы знаем, что звук – на самом деле колебания воздуха, распространяющиеся в виде волн и улавливаемые ушной раковиной. Из ушной раковины звук направляется на барабанную перепонку (среде ухо), которая вибрирует, позволяя транслировать волны в звуки. Физические движения барабанной перепонки превращаются в электрические сигналы, передающие информацию в мозг по слуховому нерву. Таким образом, носителем звука является воздух; в безвоздушном пространстве (в вакууме) передача звуковой волны невозможна, и мы ничего не слышим.

У растений нет ушей. Но это не должно нас останавливать: мы уже знаем, что растения способны видеть, не имея глаз, ощущать вкус, не имея вкусовых сосочков, нюхать, не имея носа, и даже переваривать пищу, не имея желудка. Почему же отсутствие ушей должно им помешать слышать?

Здесь вновь ощущается та великая роль, которую сыграла эволюция в расхождении растений и животных. В результате эволюции люди, как и многие другие животные, получили уши, расположенные на голове с двух сторон, чтобы улавливать распространяющиеся по воздуху звуковые волны. А вот растения используют другой носитель звуковых волн – почву.

Как же слышат растения? Так же, как и животные, не имеющие внешних ушей, а таких немало. Змеи, черви и многие другие животные не имеют ушей, однако они слышат. Как это возможно?

Дело в том, что такие животные и все растения эволюционировали на прекрасном проводнике колебательных движений. Вспомните фильмы, в которых индейцы прикладывают ухо к земле, чтобы услышать топот приближающихся лошадей. Растения (а также змеи, кроты, черви и другие животные) используют такую же технику.

Земля так хорошо проводит звук, что для того, чтобы слышать, не нужны уши. Вибрация может улавливаться всеми клетками растения благодаря наличию механочувствительных каналов, о которых мы говорили выше, обсуждая способность растений к тактильному восприятию. В растениях восприятие звука тоже диффузно, а не сконцентрировано в специализированном органе, как у человека. Звук улавливает все растение целиком, как будто все его надземные и подземные части покрыты миллионами маленьких ушей. Таким образом, как и все другие сенсорные способности растений, их способность слышать эволюционировала в характерных для них условиях существования, при которых половина растения (причем, наиболее чувствительная половина) находится под землей.

Итак, как и многие животные, живущие в непосредственном контакте с землей, растения не нуждаются в ушах или других аналогичных органах, поскольку прекрасно слышат и без них.

Функционирование механочувствительных каналов можно проиллюстрировать простым примером.

Вы были когда-нибудь на дискотеке? Если были, вы наверняка ощущали внутри себя, где-то в животе, своеобразное эхо, производимое сильной вибрацией. Даже глухие способны ощущать звук таким образом (особенно мощные басы), поскольку тело колеблется под влиянием звуковых волн. Так что представьте себе, что для растений вся Земля – это круглосуточная дискотека. Они используют именно такой способ восприятия звука, но гораздо более сложным образом.

Изучение слухового восприятия растений ведется уже давно, как в лабораторных, так и в полевых условиях, и дает интересные результаты. Недавно лабораторные исследования показали, что звук влияет на экспрессию генов в растениях. Один винодел из Монтальчино в сотрудничестве с Международной лабораторией нейробиологии растений и при финансовой поддержке компании Bose (лидер в области звуковых технологий) уже более пяти лет выращивает виноград под звуки музыки. Результаты этого эксперимента удивительны: при музыкальной поддержке лоза не только лучше растет, но и раньше приносит плоды, которые по цвету, вкусу и содержанию полифенолов богаче, чем виноград, которому нечего слушать.

Более того, музыка отгоняет насекомых, поскольку дезориентирует их. Музыкальное сопровождение позволяет значительно сократить использование инсектицидов. Появилось новое направление сельскохозяйственной биологии – сельскохозяйственная фонобиология. В 2011 г. Европейско-Бразильское бюро по устойчивому развитию (EUBRA) включило этот проект в список из сотни других проектов, призванных изменить «зеленую экономику» в ближайшие 20 лет.

Удивляют ли вас подобные факты? Уже многие годы музыка используется для лечения больных при инсульте, коматозном состоянии, эпилептических приступах, а также при нарушении сна. Музыка помогает нам расслабляться и учиться, она возбуждает и возвышает, вызывает удовольствие или раздражение. По-видимому, даже коровы любят музыку (классическую), так что ее использование стало обязательным условием для выращивания японской породы коров кобе, от которых получают знаменитое мраморное мясо. Что касается современной музыки, каждый, кто занимается индивидуальным спортом, знает, что некоторые музыкальные произведения действуют лучше допинга, поэтому на международных соревнованиях, включая нью-йоркский марафон, запрещено слушать музыку в наушниках. И хотя эти выводы были проверены и подтверждены в научных экспериментах с растениями, мы до сих пор не знаем, почему музыка оказывает такое действие. Но очевидно, что растения не могут отличать один тип музыки от другого, не говоря уже о том, что у них есть какие-либо предпочтения.

Ясно, что на рост растений влияет не характер музыки, а частота звука. Некоторые частоты, особенно низкие (от 100 до 500 Гц), способствуют прорастанию семян, росту растений и удлинению корней, тогда как высокие частоты оказывают ингибирующее действие.

Более поздние эксперименты на подземных частях растений показали, что корни распознают гораздо более широкий диапазон звуковых волн, чем надземные части, и что колебания могут влиять на направление роста корней по так называемому механизму фонотропизма (от греч. phonos — звук и trepein – поворачивать). Так что корни тоже слышат и могут распознавать звуковые частоты. В зависимости от типа колебаний они решают, двигаться ли в направлении источника звука или от него. Зачем нужна растению эта способность? Пока мы точно не знаем, но у нас есть первые предположения, о которых стоит рассказать.

Всего несколько лет назад считалось, что растения могут получать информацию, прислушиваясь к колебаниям почвы, но сами не могут производить звук и, следовательно, передавать полученную информацию различным частям собственного организма. Однако в 2012 г. в Италии было выполнено исследование, в котором было показано, что корни могут издавать звук, хотя пока неясно, как они это делают.

Издаваемые корнями звуки назвали «кликаньем», поскольку они слышатся как «клик». По всей видимости, эти слабенькие звуки являются результатом разрыва достаточно прочной клеточной стенки, состоящей из целлюлозы, в процессе роста клеток. Эти звуки производятся растением непреднамеренно, но могут иметь очень большое значение. Данное открытие позволяет по-новому взглянуть на общение между растениями. Тот факт, что корни издают и воспринимают звук, может открыть доступ к изучению ранее неизвестных подземных путей передачи информации.

Более того, в соответствии с данными, опубликованными в 2012 г., корни растений демонстрируют организованное поведение, свойственное группам особей и подразумевающее наличие коммуникационных сетей между корнями отдельных растений, необходимых для эффективного зондирования почвы и направленного роста. Это огромное преимущество для того, кто не имеет возможности изменить локализацию в ограниченном пространстве. О поведении групп мы подробнее поговорим в главе 5.

Если в дальнейшем подтвердится теория о том, что корни используют звук для обмена информацией, это вновь кардинально изменит наши представления о возможностях растений.

Таким образом, растения обладают теми же пятью чувствами, что и мы: они видят, слышат, ощущают запах, вкус и прикосновение. Следовательно, в сфере сенсорного восприятия они ничуть нам не уступают. Более того, они гораздо чувствительнее нас и обладают еще как минимум 15 другими чувствами, которыми мы не располагаем.

Появление некоторых из этих способностей объяснить легко. Например, растения умеют с высокой точностью определять влажность почвы и идентифицировать источники воды даже на большом расстоянии. Они используют своеобразный измеритель влажности – гигрометр (от греч. hygros — влажность и metron — мера), что чрезвычайно полезно для определения количества воды и источников воды в почве. Легко понять, зачем растениям понадобилось такое устройство, которое для нас, способных двигаться, не имеет столь большого значения. Растения обладают и другими удивительными способностями, например чувствуют гравитационные и электромагнитные поля (которые влияют на их рост) и могут распознавать и измерять градиенты химических веществ в воздухе и в почве.

Некоторые из этих чувствительных механизмов сосредоточены в корнях, другие в листьях, а третьи распределены по всему растению, но все они удивительно сложно устроены. Так, растение способно локализовать и идентифицировать следовые количества химических веществ, которые нужны ему для роста или представляют опасность, даже на расстоянии нескольких метров от корней. Наш нос куда менее чувствителен! Корни растения, почуявшие питательное вещество, поворачивают в его сторону и растут до тех пор, пока не дотянутся до него и не воспользуются им. Напротив, если растения обнаруживают ядовитые вещества или другие опасные для растений и животных химические компоненты (такие как свинец, кадмий или хром, которых, к сожалению, в почве становится все больше и больше), корни начинают двигаться в противоположном направлении с максимально возможной скоростью.

Рис. 3–7 а-г. Примеры гравитропизма. Растения ощущают силу гравитации: корни растут вдоль гравитационного вектора, а стволы и побеги – в противоположном направлении

Эти свойства растений были известны уже на протяжении сотни лет и подробно исследовались. Однако цель этих исследований заключалась вовсе не в изучении чувствительности растений, ведь даже сегодня в рамках нашей культурной традиции растения воспринимаются не как чувствующие (способные к восприятию) существа, а как пассивные бесчувственные организмы, не имеющие почти никаких атрибутов представителей царства животных. Но, несмотря на нашу низкую оценку, благодаря своим удивительным возможностям растительный мир продолжает оказывать нам неоценимую помощь.

Мы знаем, что растения синтезируют десятки тысяч молекул, многие из которых используются в фармацевтике; они выделяют кислород и снабжают нас важнейшим строительным материалом (древесиной), а также являются источником энергетических ресурсов (ископаемого топлива), которые на протяжении столетий поддерживали наше технологическое развитие. Это бесценная помощь, не говоря уже о том, что растения – единственная реальная сила, способная избавить планету от антропогенных загрязнений.

Например, такие вещества, как трихлорэтилен (ТХЭ), используются в качестве органических растворителей в производстве пластмасс и в большом количестве попадают в воду, делая ее непригодной для использования. ТХЭ практически не разлагается и может сохраняться в неизменном виде на протяжении десятков тысяч лет – настоящий монстр среди ядов. Однако это вещество всасывается растениями и превращается в газообразный хлор, углекислый газ и воду. Короче говоря, разлагается.

Удивительная способность растений обезвреживать некоторые опасные для человека (и обычно производимые человеком) загрязняющие вещества и удалять их из воды и почвы используется в некоторых технологиях в рамках программы так называемой фиторемедиации. Подобные биотехнологические методы имеют высочайший экономический и технологический потенциал для регенерации почвы, но пока еще находятся в стадии разработки.

К сожалению, при той скорости, с которой мы позволяем исчезать различным видам растений, мы, возможно, теряем множество потенциальных решений для эффективной, недорогой и безопасной очистки планеты от загрязнений.

Представьте себе планету, на которой растения научились общаться между собой. В этом вымышленном мире они обмениваются информацией и даже объясняются с животными, в том числе с самым сложным видом – с человеком. На этой планете растения научились «говорить» с животными на их языке и могут попросить о помощи.

Они включают в информационные сети другие растения и некоторых животных, что позволяет им оценивать ситуацию вне собственного организма. Они знают, как попросить о небольшой услуге, а при необходимости и о вмешательстве других видов, особенно когда должны защищаться от растительноядных животных, не имея возможности передвигаться. Они также могут получить помощь в размножении и в распространении в окружающей среде.

Можете ли вы вообразить такой мир, где самые молчаливые, пассивные и беззащитные организмы, растения, влияют на жизнь животных – от маленького червя до человека – и даже в некотором смысле управляют ею? Так вот, такой мир уже существует – это наша с вами Земля.

Происходит ли передача информации внутри самого растения? Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте ответим на другой: нужна ли растению данная способность? Попробуем ответить и, возможно, поймем, как корни сообщаются с листьями и наоборот.

Обладая множеством возможностей восприятия, растения собирают информацию об окружающем мире и ориентируются в нем. Они умеют определять десятки различных параметров и обрабатывают множество данных. Однако для живого организма, в отличие от компьютерной программы, гораздо важнее использовать полученную информацию на практике, нежели собрать гигантское количество данных.

Например, что делает растение, если его корни обнаруживают нехватку воды в почве или его листья атакованы растительноядными животными? В такой ситуации чрезвычайно важно послать сигнал остальным частям растения, ведь отсрочка в передаче подобной информации угрожает жизни всего организма. Передача этой информации жизненно важна, но можно ли назвать это коммуникацией?

Давайте определимся с понятиями: что мы подразумеваем под словом «коммуникация»? Это слово всем знакомо, однако иногда полезно заново дать определение того или иного понятия, даже широко используемого, чтобы быть уверенным, что мы говорим об одном и том же. В самом общем смысле под коммуникацией подразумевают передачу информации от источника к получателю. Таким образом, для осуществления коммуникации требуются три элемента: информация, ее источник и ее реципиент. Это элементарная модель коммуникационной системы, которая в принципе не подразумевает, что источник и реципиент относятся к разным организмам. На самом деле функционирование человеческого организма, как и любого другого, однозначно показывает, что такая коммуникация осуществляется между разными частями одного и того же существа. Если вы ушибаете ногу, вы чувствуете боль, и это результат коммуникации между ногой и головным мозгом. Аналогичным образом, когда мы касаемся чего-то приятного и испытываем удовольствие, это результат передачи тактильных ощущений от руки в мозг. Очевидно, что различные части любого живого организма способны передавать сообщения.

Коммуникация жизненно важна для любого живого существа: она помогает избежать опасности, накопить опыт, познать собственное тело и окружающий мир. По какой причине мы будем отрицать существование этого простого механизма у растений? Потому что у них нет мозга? На самом деле, организм без мозга вполне может передавать информацию внутри себя, и, как мы вскоре убедимся, растения прекрасно это делают. Конечно же, может показаться, что на этом пути существуют некоторые технические трудности. У растений нет биологических структур, которые в нашем представлении необходимы для передачи электрических сигналов. У животных такие сигналы передают информацию от периферии к центру. Другими словами, у растений нет нервов. Но при этом мы только что сказали, что передача информации жизненно важна для растения – не в меньшей степени, чем для животного.

Информация, идущая от корней или от листьев, чрезвычайно важна для организма в целом и должна быстро распространяться – это вопрос жизни и смерти.

Для передачи информации из одной части тела в другую растения используют электрические, гидравлические и химические сигналы. Таким образом, они имеют три независимые и взаимодополняющие системы, соединяющие разные части растения и действующие на большие и малые расстояния – от нескольких миллиметров до десятков метров. Давайте вкратце обсудим, как работают эти системы.

Первая система, основанная на проведении электрических сигналов, используется весьма активно и в практическом смысле аналогична системе передачи электрических сигналов в организме животных и человека, но имеет некоторые специфические особенности. Например, мы уже сказали, что у растений нет нервов, т. е. клеток, предназначенных для проведения электрических сигналов (нервных импульсов в организме животных). Это может показаться серьезной проблемой: как передать сигнал, не имея специфической ткани? Растения нашли очень функциональное решение. На короткие расстояния такие сигналы передаются из клетки в клетку просто через канальцы в клеточной стенке, называемые плазмодесмами (от греч. plasma — структура и desma — соединение). Для передачи сигналов на дальние расстояния, например, между корнями и листьями, используется сосудистая система.

Вы удивлены? У растений нет сердца, но есть сосуды? Да, это так: подобно животным, растения снабжены гидравлической системой, которая в основном служит для переноса веществ из одной части растения в другую и действует как истинная сосудистая система, похожая на нашу, но только не имеет центрального насоса (т. е. сердца, поскольку растения не могут иметь специализированных органов, о чем мы уже говорили). Таким образом, растения имеют систему циркуляции для транспортировки жидкостей снизу вверх и сверху вниз – своеобразную систему артерий и вен, называемую ксилемой, когда речь идет о потоке снизу вверх, и флоэмой, когда речь идет о потоке сверху вниз. Ксилема (от греч. xulon — древесина) представляет собой проводящую ткань, адаптированную для транспортировки воды и минеральных солей (но также и других веществ) от корней к кроне, а флоэма (от греч. phloios — кора) переносит синтезированные за счет фотосинтеза сахара в противоположном направлении – от листьев к плодам и корням.

Функция этой системы циркуляции становится очевидной, если учесть, что поглощаемая корнями вода активно испаряется листьями, так что ее запасы должны постоянно пополняться. А синтезируемые в процессе фотосинтеза сахара, основной источник энергии для растений, должны постоянно перемещаться от места производства (от листьев) к другим частям организма.

С помощью этой сложной системы циркуляции электрические сигналы передаются гладко и достаточно быстро, как в трубке с проводящим раствором. Если бы эти сигналы передавались между корнями и листьями с помощью химических молекул, на это уходило бы гораздо больше времени, а так срочные сообщения, например о концентрации воды в почве, доставляются за короткое время. Много или мало воды в почве? Получив соответствующее сообщение, листья быстро подстраиваются к ситуации.

Прежде чем перейти к рассмотрению конкретного примера, давайте поговорим о функционировании устьиц – специфических структур на поверхности (обычно нижней) листьев. Эти небольшие поры осуществляют связь между организмом растения и внешней средой, как поры нашей кожи. Состояние каждого устьица контролируют две замыкающие клетки, которые заставляют его открываться или закрываться в зависимости от уровня влажности и интенсивности света.

Рис. 4–1. Структура устьица (вверху). С помощью этих небольших поверхностных пор листья захватывают углекислый газ, необходимый для фотосинтеза, и выделяют пары воды. В нормальных условиях цикл открытия и закрытия устьиц (внизу) контролируется в зависимости от интенсивности света

Но роль устьица значительно сложнее, чем может показаться на первый взгляд. На самом деле поддержание равновесия в организме растения – совсем не легкая задача. С одной стороны, через устьица проникает углекислый газ (диоксид углерода CO₂, необходимый для фотосинтеза), так что растению выгодно держать их открытыми, по крайней мере в дневное время. С другой стороны, при открытых устьицах растение теряет много воды.

Так что каждому растению приходится искать компромисс: держать ли устьица открытыми и синтезировать необходимые для жизни сахара, но при этом терять воду, или закрыть устьица, чтобы сохранить воду, но забыть о фотосинтезе. Это настолько сложная проблема, что для понимания того, как растения ее решают, применяются модели «коллективной динамики» или «распределенных вычислений», хотя может показаться, что они не совсем уместны для описания поведения растений.

Тем не менее растения справляются с этой задачей, умудряясь поддерживать равновесие между синтезом сахаров и сохранением воды – двумя жизненно важными функциями. Вот пример. Мощные лучи летнего солнца являются ценнейшим источником энергии для фотосинтеза (и для солнечных батарей). Однако в отличие от солнечных батарей, которые производят тем больше энергии, чем больше получают солнечного света, растениям приходится учитывать еще и фактор влажности. Вот почему в самые жаркие дневные часы устьица закрываются, лишая растение возможности активно проводить фотосинтез. Так растения предотвращают риск обезвоживания.

Представьте себе дерево (например, дуб или высоченную секвойю), корни которого внезапно обнаруживают, что в почве недостаточно воды. Возникает срочная задача сообщить об этом листьям: если устьица останутся открытыми, вода испарится и растение очень быстро засохнет. Это реальная опасность. Так что от немедленной передачи этого сообщения зависит жизнь растения.

Для передачи сообщения растение в первую очередь посылает электрический сигнал, который быстро достигает листьев и заставляетустьица закрыться. Но одновременно с электрическим сигналом происходит отправка химических или гормональных сигналов, передаваемых по сосудистой системе, которые достигают листьев несколько позже. Данные сигналы передаются точно так же, как химические или гормональные сигналы в нашей сосудистой системе, но в растениях они переносятся не кровью, а питательным раствором. Если дерево очень высокое, это путешествие может длиться несколько дней! Однако получение химических или гормональных сигналов гарантирует наличие более полной информации.

Где-то протечка!

Гидравлическая (сосудистая) система также очень полезна для передачи информации другого рода. Представьте себе организм растения в виде замкнутой системы. Вам ведь наверняка приходилось обламывать ветки, обрывать листья, цветы или побеги растений, и вы не могли не заметить вытекающий из раны сок. Внезапная потеря ткани приводит к нарушению гидравлического равновесия, что служит простым, но важным сигналом: внимание, где-то протечка! Предупрежденное таким образом растение немедленно локализует повреждение и начинает заращивать рану.

Таким образом, три системы внутренней передачи сигнала действуют сообща. Они работают на малых и больших расстояниях и переносят информацию разного рода, и каждая вносит вклад в поддержание нормальной жизнедеятельности организма. В этом аспекте растения тоже не очень сильно отличаются от нас.

Но, несмотря на сходство, внутренние пути передачи информации у растений имеют совсем иное строение, чем у нас.

Животные снабжены центральным мозгом, куда направляются все сигналы, а растения – в силу модульного строения – используют множество «центров обработки данных», что подразумевает иной тип регистрации сигналов.

Человек не может передать сигнал напрямую от ноги к руке: все сигналы, с редкими исключениями, сначала должны обрабатываться мозгом. А вот растения могут передавать информацию напрямую не только от корней к листьям и наоборот, но и от одного корня к другому корню или от одного листа к другому листу. Их интеллект распределен по всему организму! Отсутствие единого регистрирующего центра означает, что информация не всегда передается каким-то общим путем, а может быть быстро и эффективно передана напрямую.

Обсуждая способность растений к чувственному восприятию, мы обратили внимание на то, что они общаются друг с другом с помощью настоящего языка, сформированного из тысяч химических молекул, выделяемых в воздух и несущих информацию разного рода (глава 3). Выделение этих молекул – излюбленный способ коммуникации растений, как произнесение звуков человеком. Но, кроме того, люди могут объясняться друг с другом с помощью жестов, мимики, манеры держаться и положения тела. Такая система общения, хотя и различается в деталях, существует у многих видов животных, особенно высших.

А растения? Они тоже могут общаться друг с другом путем прикосновений (обычно посредством корней, но иногда и надземных частей) или путем изменения своего положения относительно соседей. Именно это происходит при реализации программы «выхода из тени», когда растения принимают разные положения по отношению друг к другу, пытаясь выиграть в погоне за светом (глава 3).

Еще один пример «коммуникации жестами» – явление «застенчивости кроны», описанное французским ботаником Франсисом Алле (род. в 1938 г.). Однако такое поведение, при котором даже очень близко растущие деревья стараются не касаться друг друга кронами, демонстрируют не все виды растений. Обычно деревья совсем друг друга не стесняются, но некоторые представители семейств хвойных, миртовых и буковых, а также другие, менее распространенные растения, не приветствуют тесного контакта. Зайдите в сосновый лес, и вы в этом убедитесь. Деревья растут так, чтобы их кроны не соприкасались, а были разделены свободным пространством. Такое нежелание контактировать с соседями мы бы расценили как недоброжелательность. Мы не знаем, какой механизм отвечает за такое поведение, но понятно, что кроны соседних деревьев посылают друг другу сигналы и договариваются о разделе территории (в данном случае речь идет о доступности не только света, но и воздуха), чтобы не мешать друг другу.

Растения общаются между собой на разном уровне и проявляют в этом общении разный характер. Можно ли сказать, что одни растения более или менее активны в соперничестве или союзничестве, более или менее агрессивны или стыдливы? Безусловно. Но это не все. Хотя на уровне анатомического строения между растениями и животными мало общего, в поведенческом отношении можно обнаружить множество общих черт. И это не удивительно: все живые существа имеют одни и те же базовые задачи и решают их похожими методами. Однако, несмотря на определенное сходство в поведении растений и животных, существует важное исключение – семейные отношения. У растений нет родственников. Нет ничего, что напоминало бы связь между родственными особями одного и того же вида. Или не совсем так?

Мы не рассчитываем обнаружить семейные или клановые отношения в мире растений. Подобный тип отношений в нашем представлении связан с гораздо более развитыми видами, таким как человек или некоторые другие высшие животные, но никак не с растениями. Но на самом деле растения, совершенно определенно, умеют распознавать себе подобных и относятся к ним гораздо более доброжелательно, чем к чужакам. Чтобы понять это свойство растений, нужно задуматься, для чего это может быть полезно. Данный вопрос вполне оправдан, поскольку в природе никакое свойство не возникает без причины, включая и сферу родственных отношений. Способность распознавать особей с близким генетическим строением важна для всех видов организмов и обеспечивает большие возможности в эволюционном, поведенческом и экологическом плане. Например, эта способность позволяет организмам лучше распоряжаться своей территорией, защищая себя от врагов и не тратя силы на борьбу с родственниками. Она также позволяет избегать близкородственного скрещивания и, прежде всего, извлекать выгоду из успехов близких по генетическому строению особей.

Чтобы оценить эти преимущества, следует вспомнить о том, что главная задача любого живого существа в природе заключается в защите своего генетического материала (и, следовательно, генетического материала близких родственников – родителей, детей, братьев и сестер). Соперничество с одним из них означает бессмысленную трату энергии. Гораздо полезнее объединить усилия и одолеть противника, передав свои гены следующему поколению. С этой точки зрения способность распознавать родственников – большое преимущество, но уверены ли мы, что растения ведут себя по-разному по отношению к другим растениям в зависимости от степени родства?

В царстве животных такое распознавание осуществляется с помощью чувств – зрения, слуха, обоняния и иногда вкуса. Растения делают это путем обмена химическими сигналами, исходящими от корней и, возможно, от листьев (на этот счет у нас еще нет строгих доказательств).

Растения неподвижны, как мы уже многократно повторяли и будем повторять, поскольку в этом состоит их главное отличие от животных. Растения не могут покинуть место своего рождения, и поэтому их способность защищать свою территорию должна быть выражена сильнее, чем у любых животных. Растения готовы вести отчаянную борьбу, и понятно почему. Животное, попадающее в невыгодное положение по отношению к другому животному, всегда может отступить и перебраться жить в другое место. Растение не имеет такой возможности и вынуждено делить ресурсы с другими растениями, обитающими на той же территории, иногда на расстоянии всего нескольких сантиметров. Но это не означает, что одно растение просто соглашается с присутствием другого: напротив, это подразумевает бесконечную борьбу за пространство, которое необходимо защищать от всех незваных гостей. Растение защищает территорию, затрачивая энергетические ресурсы на развитие подземной части. Выпуская все больше и больше корней, оно оккупирует почву, как вооруженное войско, и заявляет соседям о своих правах. Но так происходит не всегда: если соседями являются представители той же семьи, нет нужды в конкуренции и можно не выпускать дополнительные корни, а развивать надземную часть.

В 2007 г. было проведено простое, но показательное исследование, которое позволило пролить свет на данный тип семейных отношений. В одном горшке проращивали 30 семян одного и того же растения, а в другом горшке такого же размера – 30 семян растений разных видов. Наблюдение за поведением растений в двух горшках позволило обнаружить несколько эволюционных механизмов, которые ранее были зарегистрированы только у животных. Растения разных видов вели себя ожидаемым образом – выпускали множество корней, пытаясь завоевать территорию и обеспечить себе достаточно воды и пищи за счет соседей. Однако 30 родственных растений в другом горшке, хотя и росли в таком же ограниченном пространстве, выпускали намного меньше корней и активнее развивали надземную часть. Отсутствие конкуренции в данном случае было связано с генетическим сходством растений. Это очень важное открытие, которое поколебало традиционную точку зрения о том, что растения избирают стереотипную и повторяющуюся стратегию (есть сосед – значит, нужно с ним бороться и отвоевывать территорию), и привело ученых к гораздо более сложной оценке поведения растений, учитывающей различные факторы, в том числе родственные связи. Выходит, что растения сначала оценивают противника, прежде чем вступать в борьбу и, если обнаруживают генетическое родство, выбирают не соревнование, а сотрудничество.

Если рассуждать в рамках эволюционного процесса, что оказывается выгоднее – «эгоизм» или «альтруизм»? В отношении растений этот вопрос до сих пор не рассматривался. Было создано множество моделей, но ни одну из них даже не пытались применить для анализа поведения растений. Открытие альтруистического поведения растений в отношении родственников играет чрезвычайно важную роль, поскольку открывает две возможности, обе революционные. Либо растения являются гораздо более развитыми в эволюционном плане существами, чем мы привыкли думать, и склонны к альтруизму, либо альтруизм и кооперация – примитивные формы жизни, хотя важнейшую роль в природе мы всегда отводили борьбе, в которой выигрывает сильнейший. В любом случае общение между растениями посредством корней должно иметь строго определенное эволюционное назначение – оно позволяет распознавать своих и чужих, друзей и врагов.

Обсуждая поведение корней (их удивительные способности мы подробнее проанализируем в следующей главе), следует заметить, что они умеют общаться не только с корнями других растений, но также со всеми существами, населяющими ризосферу (от греч. rhiza – корень и sphaira — сфера), т. е. ту часть почвы, с которой они контактируют и в которой обитают многие другие организмы. Многие ошибочно воспринимают почву как инертный субстрат. На самом же деле это живая и плотно населенная среда. Бактерии, грибы и насекомые формируют здесь специфический экологический консорциум, находящийся в равновесии благодаря общению и сотрудничеству с растениями.

Распространенный пример – грибокорень, или микориза (от греч. mykes — гриб и rhiza — корень). Это особая форма симбиоза в подстилающем слое почвы между вегетативными частями грибов, которые мы обычно встречаем в лесу, и корнями растений разных видов. Грибы образуют вокруг растения своеобразный чехол и проникают даже внутрь клеток. Такой тип симбиотической связи называют мутуализмом (взаимным симбиозом), поскольку он выгоден обеим сторонам: грибы снабжают корни минеральными веществами, в том числе фосфором (которого всегда не хватает в почве), а взамен получают энергию в виде сахаров, синтезируемых растениями в процессе фотосинтеза.

Однако в этом, казалось бы, взаимовыгодном сотрудничестве бывают неприятные сюрпризы. Проблема в том, что не все грибы имеют добрые намерения; некоторые являются патогенами, прикрепляются к корням, чтобы получить пищу, и разрушают их. Поэтому растения должны уметь различать типы грибов, которые пытаются вступить с ними в контакт, и действовать соответствующим образом. Как же они различают дружественно и враждебно настроенные грибы? Распознавание основано на настоящем диалоге между грибами и корнями, заключающемся в обмене химическими сигналами. Если растение понимает, что гриб настроен враждебно, он отвечает тем же. Напротив, если после предварительного «собеседования» растение распознает доброжелательно настроенный гриб, стремящийся к содружеству, оно вступает в ним в полезный для обоих симбиоз.

Еще один пример – основанный на обмене информацией взаимовыгодный симбиоз между бобовыми культурами и азотфиксирующими бактериями. Наряду с некоторыми другими бактериями эти микроорганизмы обладают чрезвычайно полезной способностью – они связывают атмосферный азот и превращают его в аммиак (NH₃) путем разрыва связи между двумя атомами азота в газообразной молекуле N₂.

Азот – важнейший элемент, обеспечивающий плодородность почвы (вот почему многие удобрения основаны на соединениях азота). Хотя воздух, которым мы дышим, на 80 % состоит из азота, этот газ инертен и напрямую не может быть использован растениями или другими живыми существами, за исключением некоторых микроорганизмов, таких как азотфиксирующие бактерии. Эти бактерии умеют превращать газообразный азот в различные соединения, такие как аммиак, которые легко поглощаются растениями. Так что эти бактерии – настоящие природные удобрения. Взамен внутри корней они получают идеальную среду для роста и обилие сахаров – еще один пример взаимовыгодного сотрудничества, основанный на коммуникации и распознавании. Однако растения рады далеко не всем бактериям; многие бактерии являются патогенами, против которых растения выстраивают непреодолимый барьер. До начала сотрудничества азотфиксирующие бактерии вступают с корнями в долгий и сложный химический диалог. Эти «переговоры» всегда начинаются с выделения бактериями сигнала, называемого NOD-фактором (от англ, nodulation — клубнеобразование), распознавание которого растением является первым этапом для допуска бактерий к корням.

Описанные выше примеры симбиоза основаны на обмене информацией между симбионтами – участниками симбиотических отношений (бактериями и бобовыми растениями в последнем примере) – и не могут происходить при отсутствии долгосрочной и отработанной практики. На самом деле подобные отношения возникают не только между растениями и низшими организмами. Некоторые симбиотические связи оказались столь важными, что составляют основу и нашей жизни.

Вот один пример. Митохондрии – энергетические станции наших клеток (точнее, всех растительных и животных клеток). Без этих внутриклеточных органелл невозможно существование высших форм жизни. Так вот, исследования показали, что митохондрии возникли в результате симбиоза – в данном случае между клетками[7] и примитивными бактериями с активным окислительным метаболизмом (другими словами, способными производить энергию). Бактерии и эти клетки вступили в симбиотические отношения, выгодные для обеих сторон (клетки получили энергию, а бактерии – все, что им требовалось для жизни), и в какой-то момент бактерии оказались включенными внутрь клеток. Симбиотическое происхождение митохондрий подтверждается многочисленными данными. Прежде всего, митохондрии сохранили многие типичные признаки бактерий, такие как бактериальные мембраны. Кроме того, как и бактерии, они содержат замкнутую кольцевую ДНК. Наконец, и это, пожалуй, является самым важным доказательством, митохондрии реплицируются независимо от хозяйских клеток. В нескольких исследованиях была доказана основополагающая роль этих ранних симбионтов в эволюции сложных форм жизни.

Таким образом, симбиотические отношения имеют чрезвычайно большое значение для всех форм жизни на нашей планете, включая человека. Если бы мы научились воспроизводить некоторые из них, мы достигли бы невероятных результатов. Например, если бы нам удалось перенести симбиотические отношения между азотфиксирующими бактериям и бобовыми растениями (к которым относятся, среди прочих, соя, нут, чечевица, зеленый горошек и бобы) на другие продовольственные культуры, мы бы в корне изменили возможности сельского хозяйства.

Представьте себе: больше нет азотных удобрений, не загрязняются почва, грунтовые воды, реки и океаны, Адриатика не зарастает водорослями, а урожай растет, и население планеты удается прокормить, не заражая атмосферу: в реализацию этой мечты стоит вложить средства, ради этого стоит интенсифицировать исследования, причем сделать это нужно быстро, чтобы избежать необратимых последствий.

С момента окончания Второй мировой войны и до сегодняшнего дня урожайность продовольственных культур и плодородие почв постоянно росли, главным образом благодаря так называемой зеленой революции 1960-х гг. При помощи химических удобрений и создании новых, более урожайных и устойчивых к заболеваниям сортов растений эта модернизация привела к расширению площади культивируемых земель и повышению урожайности ранее использованных земель.

Но сегодня тенденция роста урожайности остановилась. Впервые за 60 лет площадь обрабатываемых земель не только не растет, но сокращается из-за климатических изменений, в то время как население планеты продолжает расти.

Как нам прокормить самих себя? Задача ближайших десятилетий – найти способы осуществления новой зеленой революции, которая вновь позволит повысить урожайность, но без ущерба для окружающей среды. Вот почему перенос симбиотических отношений между азотфиксирующими бактериями и бобовыми культурами на другие продовольственные культуры был бы истинным прорывом в сельском хозяйстве. Способность растений передавать информацию поможет нам прокормить человечество!

Внутренние коммуникации в мире растений, как их назвали бы в деловом мире, действуют весьма эффективно. Но как растения общаются с другими существами?

Поскольку растения не могут покинуть место своего рождения, им нужна помощь в приеме внешней информации и отправлении сообщений, а также мелких частиц, таких как пыльца, обратно во внешний мир. Поэтому они разработали своеобразную систему почтовых отправлений. Иногда почтальоном служит ветер, иногда вода, но чаще всего в этой роли выступают животные, особенно это касается таких деликатных функций, как защита или размножение. Решился бы кто-нибудь из нас отправить важное сообщение в закупоренной бутылке или на бумажном самолетике? Гораздо надежнее поручить это дело животному (вспомните о почтовых голубях, которые служили людям для этой цели на протяжении многих столетий). Но как растениям удается убедить насекомых и других животных выступить в роли «Пони-экспресс»?

Ниже в разделе «Честные и нечестные растения» мы подробно обсудим способы спаривания растений и те средства, с помощью которых они убеждают растения помочь им в опылении и размножении. Однако сначала давайте рассмотрим другие ситуации, когда растения прибегают к помощи животных. Начнем с самой распространенной задачи – с защиты.

(Система защиты растений, основанная на коммуникации)

Представьте себе насекомое, которое усаживается на лист растения с намерением его съесть. Растение замечает это и немедленно выстраивает систему защиты. Сначала оно идентифицирует агрессора, и лишь потом, поняв, кто на него нападает, может успешно себя защитить.

Чаще всего растения применяют химическое оружие – вырабатывают специфические вещества, которые делают его невкусным, несъедобным или даже ядовитым для насекомого. Чтобы избежать лишних энергетических затрат, производство этих средств устрашения осуществляется только в листьях, подвергшихся нападению, и в соседних листьях, в расчете на то, что это отпугнет агрессора. Зачем тратить много энергии, если можно обойтись местными средствами?

Каждое принимаемое растениями решение основано на таком расчете: какой минимальный расход ресурсов позволит решить конкретную проблему? Чаще всего этот расчет и эта стратегия оправдываются. В нашем примере насекомое попробует один или два листа, а затем улетит, привлеченное запахом другого растения. Победа!

Выпуская новые листья, растение легко восстановит небольшие потери. Как мы знаем, удаление даже значительных фрагментов не обязательно вызывает нарушение функции или гибель растения. В нашем примере реакция растения на нападение умеренная, можно сказать, благоприятная.

Но если, несмотря на неприятный вкус, насекомое продолжает поедать листья или если к столу прибывают новые гости, растения бывают вынуждены применять более суровый подход. В одних случаях они синтезируют «устрашающие» химические вещества во всех листьях и выделяют в воздух летучие молекулы, чтобы предупредить соседей о необходимости обороны. В других они могут… послать за подкреплением!

Каждый новый день является свидетельством продолжающейся 400 миллионов лет битвы за существование между растениями и растительноядными организмами. Безусловно, самая многочисленная группа растительноядных организмов – это насекомые, для которых растения являются прекрасным источником пищи и средой обитания с самыми разнообразными экологическими условиями. Бесконечные конфликты оказывают сильнейшее селективное давление, определяющее эволюцию и растений, и насекомых, и контролирующее их распространение во времени и в пространстве.

Для защиты от насекомых растения изобрели несколько специфических механизмов, а насекомые, со своей стороны, тоже не ленились и разрабатывали все новые и новые стратегии нападения. Это бесконечная гонка вооружений, вызванная параллельной эволюцией растений и растительноядных животных – двух групп враждующих существ, которые в результате постоянных столкновений очень хорошо друг друга изучили.

Вам никогда не приходилось видеть на упаковке салата надпись «Произведено в условиях интегрального подхода к уничтожению вредителей»? Эта фраза означает, что производитель решил сократить использование пестицидов и завез на свои поля естественных врагов растительноядных насекомых, уничтожающих салат. Такие поля не опрыскивают пестицидами, а предоставляют во владение врагам вредителей салата, которые либо уничтожают вредителей, либо как минимум вызывают их на борьбу, отвлекая от растений. Это весьма разумный подход, хотя осуществить его достаточно сложно, поскольку требуется поддерживать равновесие между популяциями насекомых. Суть этого подхода можно выразить фразой «враг моего врага – мой друг».

В естественных условиях многие растения защищаются с помощью этой стратегии: они просят подкрепления у врагов свих врагов, привлекая их с помощью летучих химических веществ, и платят им за помощь. Эта стратегия дает отличные результаты без значительных энергетических затрат.

Вот конкретный пример: лимская (луновидная) фасоль. При заражении прожорливым клещом Tetranychus urticae растения фасоли выделяют смесь летучих химических веществ, привлекающих другого клеща, Phytoseiuluspersimilis, который является хищником. Этот клещ специализируется на поедании клещей «вегетарианцев» и быстро уничтожает всю их популяцию – интересный пример сотрудничества между животными и растениями, иллюстрирующий удивительную способность растений фасоли распознавать агрессора и звать на помощь его биологического врага.

Часто ли животные ведут себя подобным образом? А вот среди растений на это способны многие, включая кукурузу, томаты и табак.

Мы видели, как ведет себя растение, когда его листья подвергаются нападению со стороны растительноядных животных. Но что происходит, если агрессор нападает не на листья, а на корни? Характерный пример – поведение кукурузы. На протяжении многих лет поля кукурузы в США уничтожались жуком Diabrotica virgifera, который откладывает личинок на корнях и уничтожает молодые растения, не способные себя защитить (финансовые потери в результате этого нашествия оценивались в сотни миллионов долларов). Таким образом, кажется, что растения кукурузы защищаются весьма неуклюже. Однако это не их вина!

Самые старые европейские сорта кукурузы и дикие виды (каждый – продукт очень длительного отбора) чрезвычайно сильно отличаются от современных сортов и прекрасно защищаются от диабротики. Это мы – ненамеренно и по незнанию – в результате селекции новых высокоурожайных сортов с более крупными початками вывели растения, не способные себя защитить. Когда жук откладывает личинки на корни кукурузы старых сортов или диких видов, растения выделяют вещество под названием кариофиллен, единственная функция которого заключается в привлечении мелких червей (нематод), любящих полакомиться личинками диабротики. Поедая личинок, нематоды спасают растения.

Наша непреднамеренная ошибка, приведшая к выведению беззащитных сортов кукурузы, стоила нам дорого. Ежегодные потери урожая кукурузы от этого вредителя во всем мире оцениваются в миллиард долларов США. На протяжении десятилетий диабротика была страшным бичом растениеводов, и на борьбу с этим насекомым направлялись гигантские средства, а в атмосферу попали тонны инсектицидов. Природная способность кукурузы была восстановлена только с помощью генно-инженерных манипуляций: в современные сорта был введен ген, регулирующий выработку кариофиллена, позаимствованный у майорана. Короче говоря, чтобы восстановить утраченные свойства кукурузы, пришлось создать генетически модифицированные (трансгенные) растения.

Один из моментов в жизни, когда растения в наибольшей степени нуждаются в общении, особенно с животными, наступает при опылении. Этот период, который можно назвать периодом спаривания растений, является важнейшей фазой их жизненного цикла, поскольку от него зависит вероятность их воспроизведения. Очевидно, все виды растений различаются между собой, однако большинство видов – от герани до дуба – придерживаются нескольких общих правил. Например, часто для оплодотворения необходимо, чтобы пыльца (растительный эквивалент мужского семени) была перенесена с одного цветка на другой. Но прежде чем обратиться к рассмотрению удивительного общения между растениями и животными, давайте поговорим о том, как размножаются растения.

Для начала введем определение самоопыляющихся, или аутогамных (от греч. autos — сам и gamos – сексуальный союз), и перекрестноопыляющихся, или аллогамных (от греч. alios — другой и gamas — сексуальный союз), растений. Самоопыляющиеся растения используют «автаркический» метод, опыляя самих себя путем переноса пыльцы от тычинок (мужских половых органов) на пестик (женский половой орган) того же цветка. Напротив, для опыления перекрестноопыляющихся растений пыльца должна быть перенесена от пыльника (окончания мужского полового органа, содержащего пыльцевые зерна) одного цветка на рыльце (принимающую пыльцу часть женского органа) цветка другого растения того же вида, поэтому данный процесс и называют перекрестным опылением.

Еще одно различие между растениями заключается в локализации половых органов. В данном отношении растения можно разделить на три основные категории: гермафродиты, двудомные и однодомные растения.

Рис. 4–2. Пыльцевое зерно. У растений эти зерна играют роль мужских гамет (мужских половых клеток)

Наиболее многочисленную группу составляют растения гермафродиты, в цветках которых содержатся и женские, и мужские половые органы. Таким образом, теоретически цветок каждого такого растения может опылять сам себя, поскольку обладает полной репродуктивной системой. И поэтому в соответствии с приведенным выше определением растения гермафродиты относятся к самоопыляющимся растениям. Самооплодотворение – очень удобный процесс, который практикуется многими растениями, особенно травами (такими как пшеница или рис). Эти растения, а наряду с ними также некоторые виды орхидей, фиалок и плотоядных растений, являются клейстогамными (от kleistos— закрытый и gamos— сексуальный союз), т. е. опыляют сами себя еще до раскрытия цветка.

Хотя теоретически самоопыление возможно у всех растений гермафродитов, на практике оно реализуется нечасто, поскольку имеет ряд физических и химических ограничений. Почему это так, если мы только что сказали, что самоопыление – очень удобный процесс?

Самооплодотворение – очень удобный процесс, который практикуется многими растениями, особенно травами (такими как пшеница или рис).

Причину понять легко, если сравнить самоопыление с близкородственным скрещиванием у животных: эволюция не благоприятствует такому способу воспроизведения, поскольку он снижает вероятность новых генетических комбинаций. Поэтому у растений появилось несколько специфических механизмов, препятствующих самоопылению. В частности, в одном и том же растении женские и мужские половые органы созревают в разное время.

Следующую группу растений составляют двудомные виды, у которых мужские и женские цветки располагаются на растениях разного пола (т. е. у них существуют «мужские» и «женские» растения). К этой группе относится древнее дерево гинкго (Ginkgo biloba), которое можно считать живым ископаемым, а также лавр, иглица шиповатая, тис, крапива и остролист.

Наконец, третью категорию составляют однодомные растения, у которых на одном и том же растении находятся и мужские, и женские цветки; к этой группе относятся, например, дуб и каштан.

Рис. 4–3, а-г. Расположение половых органов у растений. У растений гермафродитов, таких как лилии (слева вверху), мужские и женские органы расположены на одном и том же цветке; у однодомных растений, таких как дуб (справа вверху и в центре), они разделены, но находятся на одном и том же растении; у двудомных растений, таких как конопля (внизу), мужские и женские цветки расположены на разных растениях

Вне зависимости от того, к какой категории относится растение, в период цветения ему требуется надежный переносчик пыльцы с одного цветка на другой. Все растения решают эту проблему по-разному: одни используют физический вектор, такой как ветер, другие прибегают к помощи животных. Растения первой группы, называемые анемофильными (от греч. anemos — ветер и philos — любящий), с одной стороны, никак не зависят от животных и не должны заниматься их привлечением. С другой стороны, им приходится мириться с тем, что выбранный ими способ переноса пыльцы является совершенно неспецифическим: пыльца может приземлиться на другое растение, на землю, на автомобиль. Поэтому для повышения вероятности воспроизведения им нужно множество цветков, высвобождающих в воздух неимоверное количество пыльцы (что, среди прочего, является причиной печально известной весенней аллергии). Как вы понимаете, энергетически это весьма неэффективно, и такой способ опыления в основном используют древние виды растений, такие как голосеменные (названные так по той причине, что их семена не защищены завязью), а также некоторые более современные покрытосеменные, такие как оливковые деревья.

Однако большинство современных растений используют в качестве переносчиков пыльцы животных, поскольку это гораздо более специфический и надежный способ сбора и доставки пыльцы. Чаще всего в роли переносчиков выступают насекомые – ценнейшие помощники, выполняющие функцию так называемого энтомофильного опыления (от entomon— насекомое и philos—любящий). Однако насекомые – не единственные животные, которым растения доверяют эту деликатную задачу. При зоофильном опылении (от греч. zoa) в роли переносчиков выступают разные животные, при орнитофильном (от греч. ornites) – птицы, такие как колибри и попугаи, а при хироптерофильном (от греч. cheiropteroi) – летучие мыши, которые опыляют растения американских пустынь, например юкку.

Рис. 4–5. Кактусы. Эти растения адаптировались к сухому и жаркому климату. Чтобы выжить, они открывают листья только ночью. В качестве переносчиков пыльцы многие из них используют летучих мышей

Недавно была описана лиана Marcgravia evenia родом с Кубы с круглыми, напоминающими параболические антенны листьями, единственная функция которых, по-видимому, заключается в том, чтобы сообщать летучим мышам о наличии цветов. Выглядят они сверхъестественно, но почему бы растениям, выбравшим в качестве опылителя животное со слабым зрением, не помочь ему в поиске цветов?

При других формах зоофильного опыления в роли опылителей выступают рептилии (например, разные виды панданусов привлекают гекконов), сумчатые животные или даже приматы. Растения используют для опыления животных абсолютно всех типов!

Самый большой в мире рынок

Представьте себе процесс опыления растений в виде гигантского рынка. Здесь есть покупатели (насекомые), товары (пыльца и нектар), продавцы (растения) и даже… реклама (цвет и запах цветов)!

В мире растений, как и в мире животных, ничто не делается просто так, и на гигантском рынке опыления происходит настоящий обмен товарами и услугами. Тот, кто хочет приобрести товар или получить услугу, должен за это заплатить. У растений есть единственная валюта – нектар, и животные обожают это сладкое и очень богатое энергией вещество. Теперь мы почти уверены в том, что растения производят нектар с одной-единственной целью – для оплаты транспортировки пыльцы.

В целом картина такая: животное того или иного вида (ящерица, летучая мышь или пчела) садится на цветок, чтобы выпить или собрать нектар, и при этом покрывается пыльцой, которую переносит на другой цветок. Понятно, что для опыления подходит не любой цветок, а только цветок растения того же вида, от которого была взята пыльца. Как нельзя скрестить сверчка с бегемотом, так нельзя скрестить яблоню с фиалкой. Пыльца, перенесенная на растение другого вида, будет потеряна. Но как убедить животное переносить пыльцу только между растениями одного и того же вида? Как добиться столь высокой преданности? Насекомым проще всего было бы собирать нектар повсюду, просто переходя от цветка к цветку, вне зависимости от того, каким растениям они принадлежат. Но они действуют иначе. На протяжении всего дня они остаются верны растениям того вида, который навестили первым.

Это удивительное поведение, на котором основан весь процесс опыления и, следовательно, размножения растений, энтомологи называют верностью месту. Исследователи долгое время недооценивали значение этого явления, которое еще предстоит объяснить. Ботаники и энтомологи прекрасно знают, что пчелы целый день опыляют растения того вида, который они выбрали утром. Однако у них нет убедительного объяснения такого поведения. На этот счет существует несколько не очень складных теорий, обычно утверждающих, что подобная верность выгодна насекомым. Однако совершенно очевидно, что им такое поведение, напротив, совершенно невыгодно!

Но если взглянуть на проблему в рамках той задачи, которую должны решить растения, подобная верность оказывается чрезвычайно важной. Растению невыгодно производить нектар, если его пыльца оказывается в неподобающем месте. На основании этого простого рассуждения можно заключить, что именно растение ищет и завоевывает верность насекомых. Однако механизма этого явления мы пока не знаем.

Честные и нечестные растения

Если оставить в стороне эти загадочные механизмы, опыление кажется честным и понятным делом: переносчик пыльцы получает вознаграждение в виде нектара. Однако бывает и по-другому. На любом рынке всегда присутствуют как честные, так и бесчестные торговцы. Кто-то осуществляет равноценный обмен, а кто-то норовит обмануть. С растениями то же самое. Одни кажутся предельно честными, тогда как другие притворяются или идут на всевозможные уловки, вплоть до того, что захватывают в ловушку помогающих им насекомых. Третьи не останавливаются ни перед чем, только бы получить свое.

Вот, например, люпины. Эти бобовые растения имеют множество мелких цветков и вынуждены решать проблему: каким образом помешать пчелам посещать один и тот же цветок? Трудолюбивое насекомое, которое посещает цветок в первый раз, при этом собирая нектар и унося на себе пыльцу, выполняет отведенную ему функцию, но если то же самое или другое насекомое посещает этот цветок во второй раз, это абсолютно бессмысленно, поскольку там больше нет ни пыльцы, ни нектара. Чтобы избежать подобных бессмысленных затрат труда, в результате которых, кроме всего прочего, другие цветки остаются неопыленными, люпины выработали простую и очень эффективную стратегию: лепестки цветков, которые уже посетило насекомое (и в которых, следовательно, больше нет пыльцы), меняют цвет и становятся голубыми. В результате насекомые понимают, что там больше нет нектара и нужно искать другой цветок. Этот прием очень удобен для опылителей и для самого растения, поскольку обеспечивает более эффективное опыление.

Примерно треть всех видов орхидей для обеспечения успешного опыления используют прием, который в отношении между людьми мы бы однозначно назвали мошенничеством.

Однако, как мы упомянули выше, не все растения одинаково честны. В то время как люпины ведут себя весьма достойным образом по отношению к опыляющим их животным, другие растения используют иную стратегию для достижения своих целей, но преуспевают не в меньшей степени. Самый яркий пример – орхидеи. Примерно треть всех видов орхидей для обеспечения успешного опыления используют прием, который в отношении между людьми мы бы однозначно назвали мошенничеством. Эти растения тоже прибегают к помощи насекомых, однако обманывают их и заставляют переносить пыльцу без всякой компенсации. Понятно, что в прямом смысле слова о честности и обмане в природе говорить не приходится, но все равно интересно наблюдать, как орхидеи умудряются обмануть насекомых. Орхидеи – одни из самых талантливых имитаторов среди всех живых существ. Обычно, когда мы говорим о мимикрии, мы думаем о таких животных, как хамелеоны или палочники. Однако их весьма незаурядная способность к мимикрии – ничто в сравнении с тем, что умеют делать такие орхидеи, как Orphyrs apifera.

Цветки этого растения прекрасно умеют имитировать самок некоторых одиночных перепончатокрылых (которые похожи на ос и пчел, но живут поодиночке, а не колониями). И это не все. Цветки прекрасно имитируют не только форму, но и рельеф поверхностных тканей насекомого, включая пушок на теле, а также, естественно, его запах, секретируя такие же феромоны, как те, что выделяют готовые к спариванию самки. Таким образом, растение осуществляет тройную мимикрию, воспроизводя форму и цвет тела самки (зрительный обман), его пушистую поверхность (тактильный обман) и специфический запах (обонятельный обман). Имитация столь безупречна, что самцы не могут не сбиться с пути. Соблазненные самцы полностью попадают под влияние цветов, так что даже совокупляются с ними.

Имитация настолько реалистична, что в период цветения орхидей эти насекомые предпочитают цветы настоящим самкам собственного вида! Когда самец насекомого начинает спариваться с тем, что принимает за самку, срабатывает механизм, в результате которого его голова покрывается пыльцевыми зернами – малюсенькими коробочками пыльцы, от которых незадачливый любовник какое-то время не может избавиться самостоятельно, и так и путешествует с ними, посещая (и опыляя) другие цветки. Кажется совершенно очевидным, кто – растение или насекомое – управляет всем этим мероприятием.

Деньги не пахнут?

Орхидеи, безусловно, достигли совершенства в технике мошенничества, но многие другие растения, пусть не столь совершенно, но тоже умело прибегают к обману для привлечения насекомых. Например, аронник Arum palaestinum, произрастающий в Израиле, Иордании, Ливане и Сирии и завезенный также в северо-западную Калифорнию. Для опыления это растение привлекает дрозофил, прибегая к любопытной хитрости. Для заманивания мух растение начинает испускать запах, против которого те не могут устоять – запах гниющих фруктов. Привлеченные запахом насекомые радостно проникают в соцветие, которое тут же закрывается и удерживает их какое-то время, обычно целую ночь. Во время этого многочасового заключения насекомое, которое напрасно пытается выбраться, продолжает ходить и летать, полностью покрываясь пыльцой. Когда соцветие раскрывается, насекомое наконец выбирается на свободу, но обычно не улетает далеко. Привлеченное завораживающим запахом оно вскоре вновь попадает в ловушку, и растение использует пыльцу, покрывающую насекомое, для собственного опыления. Таким способом Arum palestinum достигает цели (осуществляет опыление), но переносящая пыльцу дрозофила ничего не получает за свою работу.

Существует великое множество примеров того, как растения привлекают насекомых запахом. Удивительный случай – растение с самыми крупными в мире соцветиями Amorphophallus titanum, которое иногда называют трупным цветком. Эта суперзвезда ботаники, поглазеть на цветение которой в ботанических садах ежегодно собирается множество любопытных, выбрало в качестве опылителя эффективное, но несимпатичное, на наш взгляд, насекомое – мясную муху. Для ее привлечения растение научилось воспроизводить ее любимый запах – запах разлагающейся плоти!

Безусловно, растения являются отличными манипуляторами, в этом уже никто не сомневается. Но давайте поставим себя на их место и зададим себе провокационный вопрос: какое животное является самым эффективным опылителем растений? Без сомнения, это человек, который обеспечивает размножение, выживание и распространение одних видов растений за счет других.

Растениям очень выгодно было заполучить в качестве друзей этих странных двуногих существ и воспользоваться их услугами. Уверены ли мы, что они не использовали свою способность манипулировать другими и в отношении нас, создавая цветы, плоды, запахи и цвета, которые могли бы понравиться нашему виду? Может быть, растения производят все это исключительно по той причине, что это нравится нам, а мы в ответ распространяем их по всему миру, заботимся о них, защищаем их. Если задуматься о чудесных вещах, которыми одаривают нас растения – от духов до изумительных многоцветных форм, вдохновляющих многих художников, – не стоит удивляться нашему неожиданному везению. В природе никто ничего не делает просто так, и для многих видов растений мы являемся лучшими союзниками.

Очень специфическая «почта»

Существует множество других примеров общения растений с животными, которое помогает растениям размножаться и, в частности, распространять семена. Формирование и распространение семян является заключительной и важнейшей фазой размножения растений. Для каждого растения успешное распространение семян в окружающей среде (вспомните, что семена содержат зародыши будущих растений) является жизненно важным этапом жизни как минимум по двум причинам. Во-первых, это необходимо для расселения растения данного вида на максимально обширной территории (это основополагающий жизненный принцип для всех видов живых существ). Во-вторых, высев семян на максимальном удалении от материнского растения позволяет растениям не делиться ни с кем доступными ресурсами, которые вскоре могут исчерпаться и не обеспечить существование потомства. Представьте себе растение, использующее для распространения семян ветер, например всем известный одуванчик. Мы так любим его желтые цветки и пушистые головки! Одуванчик нашел удивительное инженерное решение: его мельчайшие семена разлетаются при малейшем дуновении ветра, иногда преодолевая расстояние в несколько километров. Семена другого анемофильного растения, липы, могут долго лететь на своем единственном крылышке под действием легкого ветерка. Но сейчас нас с вами интересует, как растения привлекают для распространения своих семян животных.

Рис. 4–5. Примеры анемофильных растений с «летучими» семенами. Для наиболее эффективного распространения семян те виды растений, которые используют в качестве переносчика ветер, снабжают семена специфическими приспособлениями для полета. Здесь показана парашютная система, как у одуванчика (вверху), система крылышек, как у клена (внизу слева), и система пропеллера, как у липы (внизу справа)

Очень многие виды животных вступают в «деловые» отношения с растениями: птицы, рыбы, муравьи и мыши, а также многие другие млекопитающие, даже очень крупные.

Чтобы объяснить, как работает эта система коммуникаций, поговорим о плодах. Плод – это инструмент, заставляющий животных переносить семена растений, как нектар – инструмент для переноса пыльцы. Вкусная и сладкая мякоть яблок, кокосовых орехов, черешен или абрикосов служит для решения двух основных задач: для защиты семян до завершения созревания и для оплаты услуг почтальонов, разносящих семена.

Плоды – подарочная упаковка для почтальонов

Все плоды, а не только те, которые мы считаем съедобными, служат для сохранения семян и обычно также для приманивания животных. Животные чаще всего съедают плоды вместе с семенами и переносят эти семена в другие места, далеко от родительского дерева. Это один из наиболее эффективных способов распространения семян.

В регионах с умеренным и тропическим климатом чаще всего переносчиками семян служат птицы. Давайте проследим за этим способом общения между птицами и растениями на примере черешневого дерева. В период цветения это дерево покрывается чудесными белыми цветами, которые кажутся специально созданными (на самом деле, так оно и есть) для привлечения пчел; цветы очень хорошо видны и доступны для насекомых. Но пчелы не воспринимают красный цвет, и плоды (ягоды черешни) имеют красный цвет для привлечения не пчел, а птиц. Красные ягоды очень отчетливо выделяются на фоне листьев даже на большом расстоянии, так что птицы легко их обнаруживают на лету.

Благодаря контрасту цветов, птицы легко находят ягоды и съедают их вместе с косточками. Затем улетают и выделяют косточки вместе с экскрементами (которые являются прекрасным удобрением) в каком-то другом месте. Это очень эффективная транспортная система, удобная для обоих участников – для птиц, которые питаются ягодами, и для растений, которые таким образом расселяются вдали от материнского растения. Но есть одно очень важное обстоятельство. Ягоды краснеют только тогда, когда созревают семена; до этого времени зеленые ягоды почти незаметны на фоне зеленых листьев.

Каждое растение оберегает свои плоды до момента созревания. Незрелые фрукты содержат множество токсичных химических веществ, которые делают их вяжущими и неприятными на вкус. Этот прием растения используют для защиты семян он животных до момента полного созревания. С этой целью растения иногда вырабатывают очень ядовитые вещества. Именно так, например, поступает аки (она же благия вкусная, Blighia sapida) – растение родом из Африки, произрастающее также на Карибских островах. Спелые плоды этого растения имеют превосходный вкус и используются в пищу многими народами Центральной Америки. Однако нужно быть уверенным в том, что плоды созрели. Недозрелые плоды содержат много гипоглицина, который при попадании в организм вызывает серьезное отравление с симптомами гипогликемии: потерю сознания, судороги, бред, токсический гепатит, острое обезвоживание и шок. От отравления незрелыми плодами этого растения ежегодно умирают около 20 человек.

Конечно же, птицы – не единственные животные, которых растения используют для переноса семян. Еще одна важная группа распространителей семян – питающиеся фруктами обезьяны. Кроме того, существует множество более редких переносчиков. В бассейне Амазонки эту функцию выполняет крупная пресноводная рыба бурая колоссома (Colossoma тасгоротит). В сезон дождей, когда в результате разлива реки временные озера покрывают территорию свыше 250 км², колоссома поедает плоды многих растений и разносит их семена на дальние расстояния; этот интересный способ распространения семян был обнаружен лишь недавно.

Такую же функцию выполняют муравьи. Они, в частности, питаются небольшими ягодами, которые не съедают сразу, а несут в муравейник, чтобы сохранить на потом. Для растений это чрезвычайно выгодно, поскольку при таком способе транспортировки решаются сразу две задачи: во-первых, семена удаляются от материнского растения, во-вторых, попадают практически под землю – в идеальное место для прорастания. Короче говоря, помощь муравьев для растений просто бесценна, и нет ничего удивительного в том, что некоторые растения в благодарность снабжают свои семена специальными придатками, называемыми элайосомами (от греч. ealion — жир и soma — тело). Муравьи очень любят эти богатые энергией маслянистые структуры. Этот обмен кажется простым, но в то же время чрезвычайно выгодным для растения: муравьи подбирают семена, переносят их в муравейник, поедают элайосомы и оставляют остальную часть семечка тут же, во влажном и защищенном месте, богатом удобрениями и идеально подходящем для прорастания.

Муравьи относятся к числу самых замечательных партнеров растений; система общения и взаимопомощи между этими перепончатокрылыми насекомыми и растениями продолжает удивлять ученых. Недавние исследования пролили свет на взаимоотношения между муравьями древоточцами (Camponotus), которые также участвуют в защите некоторых растений, и некоторыми видами хищных растений, включая непентес. Мы уже рассказывали об этих растениях и о гладких стенках их мешков-ловушек, которые не позволяют выбраться попавшейся жертве (см. главу 3).

Непентес заманивает животных нектаром, выделяющимся вокруг ловушки. Однако чтобы ловушка сработала, стенки мешка должны оставаться чистыми и максимально гладкими: если на них скапливаются продукты разложения или пыль, пойманные животные смогут выбраться. И тут неоценимую помощь растению оказывают муравьи, которые в обмен на вкусный нектар поддерживают ловушки в чистоте. Так что даже самой страшной в растительном мире «машине смерти» нужны друзья!

В биологии «доминантными» называют те виды организмов, которые получают больше жизненного пространства, чем другие виды, демонстрируя лучшее умение приспосабливаться к окружающим условиям и решать проблемы, с которыми сталкиваются все живые организмы в борьбе за выживание. Чем более многочисленным является вид, тем сильнее его влияние на экосистему.

Что бы мы сказали про какую-то отдаленную планету, населенную на 99 % одной и той же формой жизни? Мы бы сказали, что данная форма жизни занимает на этой планете доминирующее положение. А что происходит на Земле? Мы считаем, что доминирующее положение на нашей планете занимают люди? Так ли мы в этом уверены? На Земле 99,7 % (по разным оценкам от 99,5 до 99,9 %) биомассы, т. е. массы живой материи, составляют не люди, а растения! Человек как вид вместе со всеми другими животными составляет лишь 0,3 %.

Учитывая такое положение вещей, нашу планету совершенно справедливо можно называть зеленой; Земля – это экосистема, доминирующее положение в которой, без всяких сомнений, занимают растения. Но как же это возможно, что самые глупые и самые пассивные существа оказались в доминирующем положении? Мы только что сказали, что отвоевать жизненное пространство у других видов могут только наиболее адаптированные существа, т. е. те, которые обладают наилучшей способностью решать проблему выживания. Так почему же среди всех живых существ (по массе, а не по числу видов) животные составляют лишь 0,3 %, а среди них человек составляет еще меньшую долю? Или, если поставить вопрос иначе, как совместить подобное положение вещей с нашим представлением о человеке как о доминантном существе, которое может контролировать жизнь на планете и имеет больше прав, нежели другие существа? Рационально беседовать на эту тему было бы значительно проще, если бы она относилась не к сфере нашего коллективного сознания, а была бы исключительно предметом научной (и, следовательно, нейтральной) дискуссии. Если это правда, что на нашей планете только 0,3 % животных и 99,7 % растений, тогда доминирующее положение здесь занимают растения, а вовсе не животные. И объяснение такой ситуации может быть только одно: растения – гораздо более развитые, способные к адаптации и разумные существа, чем мы привыкли думать.

Почему слово «интеллект» так режет слух, если его применяют в отношении растений? Мы попытаемся ответить на этот вопрос в данной главе, а сейчас вспомним о том, что наши представления о растениях связаны с предубеждениями и ошибочными идеями с тысячелетней историей. Давайте вновь обратимся к некоторым из рассмотренных выше фактов и найдем множество веских доказательств в пользу применимости выражения «интеллект растений».

В отличие от животных, растения являются неподвижными существами и прикреплены к земле (хотя и не все). Чтобы выжить в таких условиях, они изобрели иные, чем у животных, способы питания, размножения и защиты, а их тела имеют модульную структуру, что позволяет спасать жизнь при нападении агрессора. Благодаря такой структуре поедание животным части листвы или ствола не представляет для растения серьезной угрозы. У растений нет таких индивидуальных органов, как сердце, головной мозг, легкие или желудок, поскольку в противном случае удаление или повреждение подобной структуры растительноядным животным угрожало бы жизни организма в целом. У растений нет отдельных жизненно важных частей, их структура избыточна и построена из многочисленных повторяющихся модулей, взаимодействующих между собой и даже способных в определенных условиях существовать автономно. Эти характеристики объясняют важнейшие различия между растениями и животными и делают растения больше похожими на колонии организмов, чем на индивидуальные организмы.

Один из результатов столь серьезного отличия структуры растений от структуры животных заключается в том, что мы воспринимаем их чужеродными, а иногда и вовсе забываем, что они живые. Мы, как и почти все животные, имеем мозг, сердце, рот, легкие и желудок и поэтому считаем животных более близкими и более понятными. У растений все по-другому.

У них нет сердца, но означает ли это, что у них нет и циркуляции? Если у них нет легких, могут ли они дышать? У них нет рта, значит, они не едят? А как они переваривают пищу, не имея желудка? Как мы видели ранее, на каждый из этих вопросов у растений есть достойный ответ, и все перечисленные функции могут осуществляться даже в отсутствии соответствующих специфических органов. Так что теперь давайте спросим самих себя: у растений нет мозга, но означает ли это, что они не способны думать?

Первое предубеждение относительно интеллекта растений вытекает именно из такой предпосылки: как можно осуществлять ту или иную физиологическую функцию, не имея специализированного органа? Но ведь мы уже видели, что растения могут есть, не имея рта, дышать, не имея легких, а также видеть, чувствовать, общаться и двигаться, не имея таких органов чувств, как у нас с вами. Так почему мы сомневаемся в том, что они способны думать? Никто не сможет отрицать, что растения питаются и дышат, так почему же мы без колебаний отбрасываем гипотезу о том, что они имеют разум?

Нам следует сделать шаг назад и ответить на вопрос: что мы называем разумом или интеллектом? Это сложное и очень широкое понятие, так что у него существует множество определений (самое забавное, пожалуй, принадлежит психологу Роберту Стернбергу, который заметил, что «существует почти столько же определений интеллекта, сколько экспертов, которые пытаются дать такое определение»).

Таким образом, наша первая задача заключается в том, чтобы подобрать определение, подходящее к нашей ситуации. Для растений подходит достаточно широкое определение: «Интеллект – это способность решать проблемы». Безусловно, существуют и другие определения, которые бы нас устроили, но давайте остановимся на этом. Интересно было бы рассмотреть альтернативный вариант, когда интеллект считается исключительной прерогативой человека, поскольку связан с абстрактным мышлением или какими-то другими типично человеческими мыслительными способностями, в то время как другие существа наделены «способностями» иной природы, с соответствующими названиями. Кажется, такой подход был бы логичным? Или нет? Какие признаки свойственны только «человеческому интеллекту»?

Не так-то легко определить типичные и исключительные характеристики нашего интеллекта. За помощью можно обратиться к исследованиям в области искусственного интеллекта. На протяжении десятилетий работающие в этой области исследователи пытаются понять суть человеческого разума и его отличия от механического аналога. В поисках ответа на эти вопросы ведущие эксперты в области искусственного интеллекта участвуют в ежегодном конкурсе на получение премии Лёбнера, в котором оценивается способность компьютерных программ проходить так называемый тест Тьюринга. Этот тест назван в честь знаменитого математика Алана Тьюринга (1912–1954), одного из создателей науки информатики, который в 1950-х гг. задался вопросом, наступит ли когда-нибудь время, когда машины смогут думать, и если да, как мы об этом узнаем.

Вместо того чтобы создавать сложные теоретические модели или перебирать определения интеллекта, Тьюринг предложил, казалось бы, очень простой эксперимент. Нужна группа экспертов, каждый из которых через компьютер будет общаться на любую тему с двумя невидимыми собеседниками, один из которых – человек, а другой – компьютерная программа. Задача экспертов решить, кто из собеседников – человек, а кто – машина.

По мнению Тьюринга, тест должен считаться пройденным, если за пять минут разговора машине удастся обмануть как минимум 30 % судей. Тьюринг предсказывал, что это должно произойти примерно в 2000 г., и тогда «мы сможем говорить о машинном интеллекте, не получая возражений».

До настоящего времени ни одной машине не удалось убедить 30 % судей, но час нашей капитуляции быстро приближается, и мы уже близки к тому моменту, когда компьютерная программа прекрасно сможет имитировать человеческую беседу. Сможем ли мы тогда говорить о мыслящих машинах? Если верить Тьюрингу, то да. Что в этот момент изменится в нашей жизни? Трудно сказать.

На протяжении тысячелетий мы были уверены в том, что являемся самыми возвышенными среди всех живых существ и занимаем центральное положение во Вселенной, однако в последнее время эта уверенность оказалась поколеблена, а наши убеждения подверглись глубокому пересмотру. Подумайте только: сначала мы были вынуждены отказаться от геоцентрической системы мира и признать, что живем на весьма небольшой планете в одной из множества галактик где-то на задворках Вселенной. Затем нам пришлось согласиться с тем, что мы похожи на других животных и даже происходим от них. Какая пощечина!

В этот момент мы начали возводить барьеры между собой и другими существами: человек – единственное существо, владеющее языком (неверно), использующее синтактические правила (неверно) и орудия труда (неверно – их используют даже осьминоги!). В какой-то момент мы были единственными, кто мог выполнять сложные математические вычисления, но теперь никто из нас не в состоянии соперничать с калькулятором, который можно купить за несколько долларов. На протяжении нескольких столетий мы медленно, но верно, отступали назад, и это отступление имеет важные последствия. Например, какое значение имеет тот факт, что машины все лучше имитируют нас и даже превосходят по некоторым интеллектуальным признакам, которые мы считали своей исключительной прерогативой? Современный компьютер способен выиграть у лучших шахматистов мира, безошибочно запоминать бесконечные наборы данных любого рода, делать предсказания, переводить тексты и даже сочинять музыку (хотя и не великую музыку). Обычно на подобные заявления об успехах искусственного интеллекта мы отвечаем, что успехи подобного рода не являются истинным показателем интеллекта. Но если в один прекрасный день мы увидим, что все исключительные признаки нашего интеллекта могут быть воспроизведены или даже улучшены машиной, согласимся ли мы с нашим более низким положением? Короче говоря, что разумнее признать: что интеллект является нашим важнейшим отличием от всех других живых существ (причем, интеллект – не единственный признак, который мы выделяем подобным образом) или что интеллект – общее свойство всех растений и животных?

Мы, не смущаясь, признаем наличие интеллекта у многих животных, поскольку они умеют добывать еду с помощью орудий, используют речь, выбираются из лабиринта и решают другие проблемы. А теперь попытаемся ответить на вопрос: могут ли то же самое делать растения? Да, могут, и делают это постоянно! Они защищаются от растительноядных животных, используя разнообразные стратегии, причем нередко с помощью других существ, привлекают надежных помощников для опыления, обходят препятствия, помогают друг другу, могут охотиться на животных, движутся в сторону источника пищи, света или кислорода. Так почему же мы не готовы признать, что они вполне заслуживают называться разумными существами? Вместо того чтобы отрицать факт, очевидный для всех, кто наблюдал за их поведением, нам следует использовать их подход к решению проблем в качестве источника ценной информации и для нас самих.

Интеллект – это свойство жизни, которым обладает даже самый примитивный одноклеточный организм. Каждое живое существо постоянно вынуждено решать проблемы, которые, по сути, не очень сильно отличаются от тех, с которыми сталкиваемся мы. Пища, вода, крыша над головой, помощь, защита, размножение – не это ли комплекс наших самых насущных проблем? Без интеллекта невозможно жить. И осознание этой простой истины не должно выбивать нас из колеи: интеллект человека, безусловно, намного выше, чем интеллект бактерии или одноклеточной водоросли. Однако важно то, что различие это количественное, а не качественное.

Если мы определяем интеллект как способность решать проблемы, мы не можем указать порог, выше которого располагаются разумные существа, а ниже которого – только автоматы (т. е. существа, автоматически реагирующие на внешние стимулы). Тот, кто не согласен с данным тезисом и все еще считает, что одни животные разумны, а другие нет, должен указать, в какой именно момент эволюции возникает интеллект.

Давайте попробуем это сделать. Человек, разумеется, разумен, с этим никто не спорит! А приматы? Да, они тоже разумны, это было доказано. Собаки? Безусловно. Кошки? Любой, у кого есть кошка, абсолютно в этом уверен. А мыши, есть ли у них разум? Конечно! А что вы можете сказать о муравьях? Очевидно. Хорошо, а как насчет осьминогов, пресмыкающихся и пчел? А амебы, которые умеют выбираться из лабиринта и предвидеть повторяющиеся события? Так где же тот предел, за которым волшебным образом возникает интеллект? Или, может быть, с эволюционной точки зрения гораздо правильнее воспринимать интеллект как некое свойство, присущее всем формам жизни? Вообще говоря, если бы это было не так, нам пришлось бы решать гораздо более серьезные проблемы.

Если предположить, что разум появляется только выше какого-то предела, нужно понять, является ли этот предел постоянным и, следовательно, биологическим, или это культурное понятие, которое зависит от места и времени. В 1800-х гг. немногие люди считали, что животные имеют разум. Сегодня ни один ученый не сомневается в разумности обезьян, собак или птиц. Существует даже литература об интеллекте бактерий. Так что нам мешает говорить о разумности растений?

Как нам хорошо известно, каждое растение постоянно регистрирует множество параметров окружающей среды (освещенность, влажность, химические градиенты, наличие других растений или животных, электромагнитные и гравитационные поля и др.) и на основании этих данных принимает решение относительно питания, соперничества, защиты, взаимоотношений с другими растениями или с животными. Всю эту активность невозможно вообразить без привлечения понятия интеллекта. Величайший из когда-либо живших ученых, Чарльз Дарвин, уже сто лет назад понимал, что растения обладают множеством способностей. Но время было неблагоприятное, и Дарвин был вынужден защищать другие свои теории, включая теорию эволюции, которая впоследствии принесла ему бессмертную славу. Поэтому он ограничился рассуждениями о способностях растений в нескольких трудах по ботанике и особенно в «записках», величайшее научное значение которых открылось лишь недавно. Из шести книг Дарвина, посвященных ботанике, одна наиболее ярко иллюстрирует его представления о мире растений. Эта книга наполнена экспериментальным материалом и революционна даже по своему названию: «Сила движения растений» (см. главу 1).

Рис. 5–1. Чарльз Дарвин. Выдающийся ботаник восхищался невероятными способностями растений (рисунок Стефано Манкузо)

Чарльз Дарвин начал знакомиться с миром растений в качестве студента теологии в Кембридже, посещая лекции ботаника и геолога Джона Хенслоу (1796–1861) Вскоре Дарвин стал неразлучен с Хенслоу: другие профессора так его и называли – «человек, который ходит с Хенслоу». Влияние Хенслоу на Дарвина оказалось весьма значительным. Именно по его рекомендации капитан Роберт Фицрой взял Дарвина в плавание на «Бигле». Именно благодаря Хенслоу Дарвин познакомился с азами ботаники и от него же заразился интересом к растительному миру, который не покидал его всю жизнь. Начиная с первых лет обучения в Кембридже и на протяжении многих десятилетий Дарвин с восторгом изучал растения, отыскивая в этих удивительных существах подтверждения теории эволюции. Он сохранил интерес к растениям до конца жизни (последнее письмо Дарвина, написанное всего за девять дней до смерти, было посвящено растениям).

Ключ к пониманию революционной роли книги «Сила движения растений», изменившей историю ботаники, содержится в заключительном абзаце, в котором, как это вообще было свойственно Дарвину, подведены основные итоги всего труда. Вот что он пишет по поводу связи между движениями корневой системы растений и интеллектом растений:

В этом труде объемом свыше 500 страниц великий ученый описал многочисленные движения растений, но более трех четвертей книги посвятил именно движениям корней. Он сконцентрировал внимание на корнях по той причине, что именно с этой частью растения связано основное сходство с движениями животных и вообще с поведенческими признаками других живых существ. Именно в корнях, точнее, в верхушках корней, мы обнаруживаем типичные проявления разума: восприятие внешних стимулов, принятие решений относительно направления движения, целенаправленные движения.

Дарвин был убежден, что между верхушкой корня и мозгом червя или любого другого низшего животного нет принципиального различия:

Дарвин первым подметил, что верхушки корней растений представляют собой сложные чувствительные органы, способные регистрировать различные параметры и реагировать соответствующим образом. Далее он предположил, что именно в этой части растения возникают сигналы, способствующие движениям прилегающих частей корня. Экспериментальным путем он обнаружил, что в результате хирургического удаления верхушки корень в значительной степени теряет чувствительность, например не может больше оценивать силу гравитации или плотность почвы. Таким образом, Дарвин сформулировал гипотезу, которую через сто лет определили как «корни – мозг растения», и инициировал изучение физиологии корней. Учитывая отмеченное Дарвином «большое значение [корней] для жизни растений», такое развитие исследований было неизбежным.

Как это было и со многими другими идеями Дарвина, данную идею научное сообщество встретило без энтузиазма. В роли главных критиков выступили немецкие ботаники, как и предвидел Дарвин. В 1879 г. в письме профессору Юлию Виктору Карусу Дарвин писал: «Вместе с моим сыном Френсисом я готовлю достаточно объемный труд по движениям растений и думаю, что мы сделали много нового. Я опасаюсь, что наши взгляды в Германии будут встречены враждебно…»

Враждебность ученых была основана не на твердых научных доказательствах, а – в большей степени, чем когда-либо еще, – на мнении великого ботаника Юлиуса фон Сакса (1832–1897), полагавшего, что Дарвин вторгся на чужую территорию. Сакс был уважаемым ботаником и считал работы Дарвина исследованиями дилетанта («сельского экспериментатора»), которые невозможно сравнивать с его собственными серьезными работами в области физиологии растений.

После публикации книги «Сила движения растений» Сакс попросил своего ассистента Эмиля Детлефсона повторить эксперименты Дарвина, особенно те, которые касались поведения корней после удаления корневого чехлика (наружной части верхушки корня). Понятно, что их цель состояла в том, чтобы опровергнуть результаты Дарвина. Детлефсон принялся повторять эксперименты, однако из-за невысокого мнения о работах Дарвина в лаборатории Сакса выполнял он их небрежно, как было впоследствии установлено, и результаты оказались не такими, как у Дарвина.

Ответ Сакса был резким. Он обвинил Чарльза и Френсиса Дарвинов в том, что они неправильно поставили эксперимент («как дилетанты») и пришли к ошибочным выводам. Те, естественно, защищали свою работу.

Столкновение между знаменитыми ботаниками всколыхнуло научное общество и заставило бывшего ученика Сакса Вильгельма Пфеффера (1845–1920), на тот момент уже тоже известного ботаника, повторить эксперименты еще раз. Им двигал исключительно научный интерес, и его результаты оказались такими же, как у Дарвинов. Пфеффер без колебаний признал правоту отца и сына в книге Lehrbuch der Pflanzenphysiologie («Руководство по физиологии растений»), опубликованной в 1874 г., которую Сакс беспощадно обозвал «лишь грудой непоследовательных фактов».

Конечно же, сегодня мы знаем, что Дарвин был прав. Более того, верхушки корней растений способны на гораздо большее, чем предполагал Дарвин, и могут регистрировать множество физико-химических параметров окружающей среды.

Мы начнем данный раздел с констатации очевидного факта: у растений нет мозга. Мы уже неоднократно повторяли это раньше, но повторяемся здесь еще раз для пущей ясности: у растений нет органа, который напоминал бы головной мозг в привычном нам виде.

У человека именно мозг является вместилищем разума, и недаром мы используем определения «мозговитый» или «безмозглый» для описания людей, обладающих или не обладающих интеллектуальными способностями.

Как и большинство животных, за которыми мы признаем право на мыслительные способности, мы обладаем этим удивительным органом, устройство и функционирование которого мы все еще продолжаем изучать и без которого не представляем себе мышления (во всяком случае, среди представителей царства животных). Теперь поставим перед собой первый вопрос: действительно ли мозг – то самое уникальное место, где «производится» разум? Разумен ли мозг без тела, или, наоборот, он представляет собой лишь группу клеток без каких-либо специфических характеристик? Можно ли найти в нем какие-то следы разума? Очевидно, что ответ на эти вопросы отрицательный. Головной мозг самых великих гениев человечества не более разумен, чем их желудок. Это не какой-то волшебный орган, и он, безусловно, ничего не может создавать самостоятельно. Для любого разумного ответа нужна информация, поступающая из остальных частей тела.

Так вот, у растений сознание и функционирование не разделены, а присутствуют в каждой клетке: это реальный, живой пример того, что специалисты в области искусственного интеллекта называют «материализованным агентом», т. е. разумным агентом, взаимодействующим с миром посредством собственного физического тела.

Мы уже неоднократно повторяли, что в результате эволюции растения получили модульную структуру, при которой функции не сосредоточены в специализированных органах, а распределены по всему организму. Этот важнейший стратегический выбор, как мы видели, позволяет растениям терять даже значительные фрагменты тела без риска для жизни. Поэтому у растений нет легких, печени, желудка, поджелудочной железы или почек. Но они могут осуществлять все функции, которые эти органы выполняют у животных. Так почему же отсутствие мозга должно помешать им быть разумными?

Давайте поговорим о корнях – о той расти растения, с которой Дарвин связывал способность растений принимать решения и осуществлять движения. Крайняя точка, верхушка корня, отвечает за движения растения под землей и за анализ почвы на наличие воды, кислорода и питательных веществ. Конечно, можно предположить, что рост корня является автоматическим и направляется такими простыми инструкциями, как «найти воду» или «расти вниз». В таком случае, функция корней проста: найти воду и развиваться в этом направлении или расти вниз под действием силы гравитации. Но в реальности функция корней намного сложнее. У них множество задач и множество нужд; при продвижении в почве верхушки корней проводят сложный «анализ местности».

Кислород, минеральные соли, вода и питательные вещества обычно находятся в разных участках почвы, иногда достаточно далеко друг от друга. Поэтому корни вынуждены постоянно делать серьезный выбор: расти вправо и достичь столь необходимого растению фосфора или расти влево в поисках всегда недостающего азота? Расти вниз в поисках воды или вверх, где больше воздуха для дыхания? Как совместить решение столь разных задач? Кроме того, не забываем, что корням постоянно приходится огибать различные препятствия, а также ускользать или защищаться от врагов (других растений или паразитов). И это еще не все, поскольку местные нужды конкретного корня необходимо сопоставлять с общими нуждами всего растения в целом, а они могут не совпадать.

Так много переменных, и все они столь существенны для выживания! Как растению удается удерживать корни от роста в одном и том же направлении, например, в поисках воды? Автоматический контроль роста корней представлял бы реальную опасность. Чтобы понять ситуацию, нужно сначала понять устройство и функцию этой замечательной части корня, называемой верхушкой.

Рис. 5–2. Примеры корневых систем. Корни – скрытая под землей и наиболее интересная часть растения. На рисунке показано несколько типов корневых систем

Размер этой части корня разный у разных видов – от нескольких десятых миллиметра (например, у Arabidopsis thaliana) до нескольких миллиметров (например, у кукурузы). Эта жизненно важная часть корня обычно имеет белый цвет и обладает самой высокой чувствительностью. Кроме того, это область интенсивной электрической активности, основанной на потенциале действия – электрическом сигнале, напоминающем сигналы в нейронах головного мозга животных. Каждое растение имеет миллионы верхушек корней: корневая система даже очень маленького растения может иметь свыше 15 миллионов!

Верхушка каждого корня постоянно регистрирует множество параметров, таких как сила тяжести, температура, влажность, сила электрического поля, освещенность, давление, химические градиенты, наличие токсичных веществ (ядов, тяжелых металлов), звуковые волны, наличие или отсутствие кислорода и углекислого газа. Этот длинный список далеко не полный: ученые постоянно добавляют в него все новые и новые параметры. Верхушка корня в непрерывном режиме регистрирует эти параметры и направляет движение корня в соответствии с расчетами, учитывающими локальные и общие нужды растения.

Рис. 5–3. Верхушка корня. Каждая верхушка – сложный чувствительный орган

Никакой автоматический ответ не может удовлетворять таким запросам. На самом деле верхушка каждого корня представляет собой истинный «центр обработки данных» и действует не в одиночку, а в тесной связи с миллионами других корней, образующих корневую систему каждого растения.

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.

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!

Изучение интеллекта растений демонстрирует нам очень интересный аспект исследований интеллекта в целом: выясняется, что нам, людям, чрезвычайно сложно понять живых существ, думающих иначе, чем мы. Кажется, мы способны оценивать интеллект только очень похожих на нас существ.

Такого же рода проблемы возникают тогда, когда речь идет об организмах, не имеющих головного мозга: бактериях, простейших и плесенях (сейчас мы временно отвлечемся от растений). Хотя некоторые организмы (бактерии и простейшие) столь просты, что состоят всего лишь из одной клетки, они, тем не менее, демонстрируют такое поведение, что, будь они чуть покрупнее и, главное, будь у них мозг, мы бы без колебаний назвали их разумными. Амебы умеют выбираться из лабиринта, плесени – составлять план территории, и делают это намного эффективнее, чем любые придуманные человеком компьютерные программы.

Однако, как и в случае растений, отсутствие у этих организмов головного мозга не позволяет нам признать наличие у них даже малейших мыслительных способностей. По-видимому, для нас это скорее связано с традициями и предубеждениями, нежели с недостатком научных доказательств. И в этом смысле изучение интеллекта растений может оказаться чрезвычайно важным для прогресса человечества: оно поможет нам поглядеть вокруг другими глазами.

Представьте себе, что в один прекрасный день нам придется встретиться с разумной инопланетной формой жизни. Сможем ли мы хотя бы распознать ее, не говоря уже о том, чтобы найти способ общения? Возможно, нет. По-видимому, мы не умеем распознавать интеллект, отличный от нашего, и ищем не инопланетный разум, а свой собственный, затерявшейся где-то в космосе. Если бы разумные инопланетные организмы действительно существовали, они, скорее всего, эволюционировали бы в совершенно иной форме. Они могли бы иметь иную химическую структуру и населять совершенно иные экологические ниши.

Как мы надеемся их распознать, если не можем понять даже интеллект растений – организмов, с которыми прошли долгий общий эволюционный путь, которые имеют такую же клеточную структуру, такое же окружение, такие же потребности? Вот вам вопрос: почему разум, появившийся на другой планете в совершенно иных условиях, должен использовать такие же средства общения, как мы, основанные на распространении волн? Голос, звук, радио и телевидение основаны на распространении электромагнитных волн. Другие живые существа, включая растения, используют другие способы общения, например с применением химических сигнальных молекул. Это чрезвычайно эффективные методы общения, очень хорошо приспособленные для передачи информации, но мы пока еще очень мало знаем о них, хотя их используют многие обитатели нашей планеты.

Интеллект растений остается совершенно чуждым для нас лишь по той причине, что они «медленнее» нас и не имеют таких же, как у нас, специализированных органов. Представьте себе, что растения появились в каком-то ином мире, на расстоянии множества световых лет от нас. Именно по той причине, что они отличаются от нас физически и генетически (но в целом очень близки нам), растения могут быть прекрасной моделью для изучения интеллекта и могут помочь нам пересмотреть нашу стратегию и методы поиска иных форм разума во Вселенной.

Сон остается одной из больших научных загадок, хотя изучением его природы занимались тысячи ученых и философов. Аристотель был одним из первых, кого заинтересовал этот вопрос.

Прошло 2000 лет, но на многие из этих вопросов у нас все еще нет ответов.

Зачем нужен сон? Какова природа сновидений и как они появляются? Еще до Аристотеля греческий философ Гераклит Эфесский (ок. 535 – ок. 475 гг. до н. э.) сказал: «Ночью человек сам зажигает для себя огни». Эту точку зрения, согласно которой сны являются отражением нашего подсознания, поддерживали и развивали психоаналитики. Сегодня мы знаем, что сон влияет на обучение и память и тем самым способствует реализации самых благородных функций нашего мозга. На протяжении столетий ученые считали, что спят лишь люди и некоторые высшие животные, однако недавно к этой группе избранных присоединились насекомые. В 2000 г. было показано, что известная всем фруктовая мушка Drosophila melanogaster спит, и это вызвало революцию в изучении сна у животных.

Если даже самые простые животные могут спать, видимо, сон является одним из важнейших элементов жизни!

А растения? Они тоже спят? Это далеко не праздный вопрос, и в последние годы многие ученые заинтересовались этой темой. В частности, если растения обладают разумом и способны мыслить, сон может быть связан с этими функциями.

В главе 1 мы уже упоминали о малоизвестном трактате Карла Линнея Somnus Plantarum, созданном в 1755 г., в котором ученый описывал положения листьев различных растений в ночное время. Известный ботаник из Монпелье Франсуа Буасье де Соваж де Лакруа (1706–1767) в качестве подарка послал Линнею образец лядвенца рогатого (Lotus corniculatus), цветы которого его заинтересовали. После перевозки этого хрупкого растения со средиземноморского побережья в холодную Упсалу потребовалось несколько месяцев акклиматизации в теплице, но однажды майским утром растение зацвело. Линней увидел первые цветы утром, а потом зашел посмотреть на них во второй половине того же дня. Каково же было его изумление, когда он обнаружил, что только недавно раскрывшиеся скромные желтые цветы уже исчезли. Что с ними случилось? На следующее утро он вновь обнаружил цветы совершенно свежими. Загадка вскоре разрешилась: поведение растения, которое наблюдал Линней, является типичным примером того, что современные ботаники называют никтинастией (от греч. пих— ночь и nastos — компактный) – способностью растений изменять положение цветов и листьев днем и ночью. В данном случае Линней обнаружил, что в сумерках растение удлиняет и поднимает листья, складывая их вокруг каждой группы цветов, которые в результате трудно обнаружить даже при очень внимательном наблюдении.

Рис. 5.5. Листья в дневных и ночных фазах.

Вверху слева:Desmodium gyrans (Codariocalyx motorius), Lotus creticus, Cassia pubescens, Cassia corymbosa, Nicotiana glauca, Marsilea quadrifoliata

Это заставило Линнея заинтересоваться сном растений и запланировать создание «цветочных часов» – сада, в котором можно было бы узнать время путем наблюдения за поведением растений.

На самом деле, первые наблюдения циркадных движений растений были сделаны задолго до Линнея – еще в Древней Греции. В IV в. до н. э. писарь Александра Македонского Андростен заметил, что листья тамаринда (индийского финика) открываются днем и закрываются ночью. Похожие наблюдения были сделаны многими ботаниками в разное время и в разных местах. В 1260 г. философ Альберт Великий (ок. 1193–1280) в трактате De vegetalibus et plantis («Об овощах и растениях») описал периодические суточные движения перистых листьев некоторых бобовых растений, а в 1686 г. английский натуралист Джон Рей (1627–1705) в книге Historia Plantarum («История растений») впервые заговорил о «фитодинамических» изменениях в растениях в разное время суток.

В 1729 г. Жан-Жак Дорту де Меран (1678–1771), изучавший мимозу, которая открывает и закрывает листья примерно через каждые 24 ч, пришел к заключению, что это растение должно иметь какие-то внутренние часы, контролирующие движение листьев. Так что состояние сна у растений было замечено много раз задолго до Линнея, однако именно Линней начал изучать это явление систематически. Линней не смог объяснить свои наблюдения, однако понял, что движением листьев управляет скорее свет, чем температура. Он ограничился тем, что классифицировал все растения с подобным поведением и назвал их ночное состояние «сном растений».

В отличие от исследователей более позднего времени, Линней говорил о сне растений вовсе не в метафорическом смысле, а как о поведении, которое полностью аналогично сну животных. Например, растения меняют положение листьев в зависимости от времени суток. Это изменение трудно заметить у растений с кожистыми листьями, таких как дуб, олива или лавр, но гораздо проще – у растений с более тонкими листьями. Как и различные виды животных, различные растения в покое принимают разное положение. Утка прячет голову под крыло, бык ложится на бок, а еж свертывается в клубок. Шпинат вытягивает листья вверх вдоль стебля, а недотрога и фасоль их опускают. Клевер, как и лядвенец, за которым наблюдал Линней, складывает листья вокруг цветов, а их родственник люпин поворачивает листья тыльной стороной вниз. Кислица с листочками в виде трех сердечек складывает их пополам вдоль главной жилки и свешивает с края черешка. Все это многообразие ночного поведения подчиняется одному общему правилу: ночью листья принимают такое же положение, в каком они находятся в процессе прорастания. Поэтому у одного растения листья закручиваются в цилиндр, у другого складываются веером, у третьего пополам, но в общем ночью все они приближаются к такому положению, какое занимали на первых стадиях роста.

Однако сходство с животными на этом не заканчивается. Например, потребность в сне выше у молодых растений, как и у молодых животных. С возрастом удлиняется период бодрствования, а отход ко сну иногда затрудняется: в этом отношении поведение растений очень напоминает поведение животных (и человека!)

В какой-то момент растения начинают меньше нуждаться в отдыхе, и их листья все слабее реагируют на стимулы, заставляющие их принимать ночное положение. Но почему листья складываются ночью и раскрываются днем? И какие механизмы вызывают сон и бодрствование растений? Пока на эти вопросы у нас нет ответов, но исследования продолжаются, и растения могут использоваться в качестве модельных организмов для изучения сна. Они дают ученым генетический инструмент для изучения механизмов и нарушений этой важной биологической функции.