«Триумф семян» Тора Хэнсона
В издательстве «Альпина Паблишер», которое специализируется на книгах для практичных и деятельных людей, вышел перевод «Триумфа семян» американского биолога и популяризатора науки Тора Хэнсона. Это увлекательный и полный удивительных фактов и открытий рассказ о том, какую роль семена сыграли в развитии цивилизации — и о самой сути семян, без которых невозможна была бы эволюция растений на суше.
«Мы живем в мире семян, — пишет Тор. — Начиная с утреннего кофе с булочкой, одежды из хлопка и заканчивая чашкой какао, которую мы выпиваем перед сном, семена окружают нас целый день. Они снабжают нас едой и топливом, крепкими напитками и наркотическими веществами, ядами, маслами, красителями, волокнами и пряностями. Без семян не было бы хлеба, риса, бобов, кукурузы и орехов. Семена в буквальном смысле слова — хлеб наш насущный, основа питания, экономики и образа жизни людей во всем мире. Они также служат опорой существования дикой природы: семенные растения составляют более 90% земной флоры и распространены сейчас настолько широко, что трудно представить себе Землю, заселенную 100 млн лет назад совершенно иными формами растений».
С разрешения издательства мы публикуем отрывок из первой главы — посвященный семени авокадо и тому, каким именно образом из него формируется растение.
Из главы 1, «Семя на каждый день»
Приглашение актера Джорджа Бернса на главную роль в фильме «О Боже!» было блестящим решением режиссера. Когда Бернса в роли Всевышнего спросили, какую самую большую ошибку он допустил при сотворении мира, тот невозмутимо ответил: «Авокадо. Мне следовало сделать косточку поменьше». Помощники шеф-поваров, готовящие гуакамоле, наверняка с ним согласятся, но для учителей ботаники во всем мире косточка авокадо — просто идеальный объект. Под толстой коричневой кожурой все элементы семени представлены в крупном формате. Любому, кто хочет занять место в первом ряду на уроке по прорастанию семян, не нужно ничего, кроме чистой косточки авокадо, трех зубочисток и стакана воды. Достоинства авокадо не остались незамеченными ранними земледельцами, которые по меньшей мере три раза вводили дикие виды этого дерева в культуру, получая их из влажных тропических лесов Южной Мексики и Гватемалы. Жители Центральной Америки лакомились сочной мякотью авокадо задолго до расцвета цивилизаций ацтеков и майя. Я тоже отдал должное авокадо, злоупотребив аппетитными сэндвичами и кукурузными чипсами начос с соусом гуакамоле при подготовке к своему эксперименту. С дюжиной свежих косточек и пригоршней зубочисток я отправился в Енотовую Хижину, чтобы взяться за дело.
Енотовая Хижина стоит на нашем огороде — это старый сарай, обшитый обрезками пиломатериалов и рубероидом, получивший такое название благодаря своим прежним обитателям. В свое время еноты устроили себе там вольготную жизнь, каждую осень объедаясь нашим урожаем яблок. Однако мы вынуждены были отказать им в проживании, когда после рождения ребенка мне потребовалось офисное пространство за пределами нашего маленького дома. Хижина теперь может похвастаться электричеством, дровяной печью, водопроводным краном и множеством стеллажей — всем, что может потребоваться, чтобы пробудить мои авокадо к жизни. Но мне хотелось большего, чем просто добиться прорастания семян, — я и не сомневался в том, что увижу корни и зеленые побеги. Мне же было необходимо понять, какие силы внутри семени заставляют все это происходить и прежде всего как такая продуманная система возникла в ходе эволюции. К счастью, я знал, с кем можно было бы об этом поговорить.
Кэрол и Джерри Баскин познакомились в первый день обучения в Университете Вандербильта, куда оба поступили в середине 1960-х годов, чтобы изучать ботанику. «Мы сразу начали встречаться», — рассказывала мне Кэрол. Поэтому они сидели рядом, когда профессор начал раздавать исследовательские задания, которые следовало выполнять парами. «Это стало запоминающимся событием, потому что мы в первый раз работали вместе», — вспоминала Кэрол. Тогда же они впервые обратились к теме, которая определила их дальнейшую научную карьеру. Хотя Кэрол и Джерри настаивают, что у них был самый обычный роман — общие друзья, схожие интересы, — однако на его основе возникло незаурядное интеллектуальное партнерство. Кэрол окончила аспирантуру на год раньше Джерри, но с тех пор они все делали вместе, опубликовав более 450 работ — научных статей, отдельных глав в книгах и целых монографий — о семенах. Лучших гидов для экскурсии по косточке авокадо не нашлось бы на всей планете.
«Я рассказываю моим студентам, что семя — это детеныш растения в коробке вместе со своим завтраком», — сказала Кэрол в начале нашей беседы. Она говорит с протяжным южным акцентом и так просто и доходчиво разъясняет самые сложные научные концепции, что они становятся абсолютно понятными. Неудивительно, что студенты считают ее одним из лучших преподавателей Кентуккийского университета. Я созвонился с Кэрол и договорился о встрече в ее кабинете — помещении без окон, в котором все поверхности покрывали стопки бумаг и книг, плавно перетекая в соседнюю лабораторию.
Своим сравнением с «детенышем в коробке» Кэрол точно подметила сущность семени: портативность, защищенность и обеспеченность питанием. «Но поскольку я биолог, занимающийся семенами, — продолжала она, — то могу предсказать события на шаг вперед: одни из этих детенышей заранее съедят весь свой завтрак, другие — только его часть, а некоторые к нему даже не притронутся до самого момента прорастания». Теперь Кэрол приоткрыла завесу над теми сложными проблемами, которые привлекали их с Джерри внимание в течение пяти десятилетий. «Ваша косточка авокадо, — добавила она со знанием дела, — съела свой завтрак целиком».
Семя содержит три основных элемента: зародыш растения («детеныша»), кожуру («коробку») и какую-либо питательную ткань («завтрак»). Обычно «коробка» открывается при прорастании семени и зародыш, питаясь «завтраком», посылает корни вниз и побег со своими первыми настоящими зелеными листьями — вверх. Но также часто бывает, что «детеныш» съедает завтрак преждевременно, задолго до прорастания семян, направляя всю потребленную энергию в зародышевые листья, которые называются семядолями. Это хорошо нам знакомые половинки гороха, грецкого ореха или фасоли — зародышевые листья, содержащие запас питательных веществ, настолько крупные, что заполняют почти все семя. Пока мы беседовали, я вытащил косточку авокадо из пакета на стол и вскрыл ее ногтем большого пальца. Внутри я увидел то, что Кэрол имела в виду. Напоминающие половинки ореха бледные семядоли заполняли все семя, окружая крошечный комочек, состоящий из готовых к развитию зачатка корня и зародышевой почечки — зачаточного побега. Семенная кожура представляла собой всего лишь тонкую пленку — похожий на бумагу материал, готовый разорваться на коричневые кусочки.
«Мы с Джерри изучали, как семена взаимодействуют со своим окружением, — рассказывала Кэрол. — Почему семена делают то, что они делают, и когда они это делают». Далее она объяснила, что стратегия семян авокадо очень необычна. Большинство семян высыхают, когда созревают, поэтому используют толстую защитную кожуру, чтобы сохранить влагу. Без воды рост зародыша замедляется вплоть до полной остановки — состояния задержанного развития, которое может сохраняться месяцы, годы и даже столетия, пока не появятся подходящие условия для прорастания. «Но не у авокадо, — предупредила Кэрол. — Если вы позволите этим семенам высохнуть, они погибнут». То, как она это произнесла, напомнило мне, что мои косточки авокадо — живые существа. Как и все семена, они представляют собой жизнеспособные растения, которые просто сделали паузу в развитии, ожидая, когда окажутся в земле, в нужное время и в нужном месте, чтобы пустить корни и начать расти.
Для дерева авокадо нужно такое место, где его семена никогда не подвергнутся обезвоживанию, а их прорастание возможно в любое время года. Стратегия авокадо связана с тем, что оно обитает в условиях с постоянно сохраняющимся теплом и влагой (которые можно найти во влажном тропическом лесу или в стакане воды в Енотовой Хижине). Семенам авокадо нет необходимости выживать в течение долгих засух или холодных зим, поэтому они делают только короткую передышку, прежде чем начать расти вновь. «Период покоя у авокадо — это просто промежуток времени, необходимый, чтобы начался процесс прорастания, — объяснила Кэрол. — И этот промежуток может быть совсем непродолжительным».
Я старался помнить об этом в течение долгих недель, пока мои косточки авокадо не начали подавать первые признаки жизни. Они стали моими неизменными молчаливыми спутниками: два ряда коричневых бугорков, выстроившихся на книжной полке под окном. Несмотря на ученую степень по ботанике, у меня имеется длинный список погибших домашних растений, поэтому я начал опасаться за свои семена. Но, как и любой настоящий ученый, находил утешение в сборе фактических данных, заполняя подробную таблицу числами и примечаниями. И хотя очень долго ничего не менялось, я испытывал некоторое удовлетворение, осматривая каждую косточку и тщательно определяя ее вес и размеры.
Когда это случилось, я не поверил своим глазам. После 29-дневного покоя косточка номер три увеличилась в весе. Я перепроверил весы, но результат был тот же — самая обнадеживающая десятая доля унции, которую я когда-либо измерял. «Большинство семян набирают влагу непосредственно перед прорастанием», — утверждала Кэрол. Этот процесс получил жизнеутверждающее название «набухание». Почему он часто занимает так много времени — вопрос спорный. В некоторых случаях воде необходимо проникнуть сквозь толстую семенную кожуру или вымыть химические ингибиторы. Но причина может быть и менее очевидной и составлять часть стратегии семени, позволяющей отличить кратковременный моросящий дождь от постоянной высокой влажности, необходимой для роста растения. Как бы то ни было, я ощущал себя так, будто напился сам, когда все косточки авокадо, одна за другой, начали набирать вес. Внешне они не изменились, но внутри них что-то определенно творилось.
«Мы кое-что знаем о том, что происходит внутри семян, но далеко не все», — признавалась Кэрол. Когда семя набухает, оно запускает цепь событий, которая переводит растение из состояния покоя в период самого активного роста в течение всей его жизни. Строго говоря, понятие «прорастание» относится именно к этому быстрому пробуждению между накоплением влаги и первым ростом клеток, но большинство людей использует этот термин в более широком смысле. Для садоводов, агрономов и даже составителей словарей прорастание включает образование первичного корня и побега с первыми зелеными, фотосинтезирующими листьями. В этом смысле работа семени не закончена, пока не израсходован весь его запас питательных веществ, идущих на развитие проростка, пока молодое растение не начнет питаться самостоятельно.
Моим авокадо предстоял долгий путь, но в течение нескольких дней косточки начали раскрываться, их коричневые половинки раздвигались в стороны удлиняющимися внутри корнями. Каждый первичный корень рос удивительно быстро, из крохотного зародышевого корешка превращаясь в устремленный вниз бледный корешок, троекратно увеличивавшийся в размерах за несколько часов. Задолго до того, как я увидел первые признаки зеленых листьев, каждая косточка могла похвастаться здоровым корнем, вытянувшимся до самого дна стакана. Это не было случайным совпадением. В то время как другие особенности прорастания могут различаться у разных растений, потребность в воде остается неизменной, и молодые растения стараются обеспечить ее бесперебойное поступление. На самом деле зародыши в семенах появляются с заранее подготовленными к росту корнями — для этого даже не нужны новые клетки. Звучит неправдоподобно, но нечто похожее клоуны проделывают с воздушными шарами.
Поскребите свежий корень авокадо, и вы получите тонкие волнистые полоски, похожие на стружки редиски на изысканном салате. Я положил одну из них под микроскоп и увидел четкие рельефные линии клеток корня — длинные узкие трубки, напоминающие воздушные шары, которые клоуны надувают, превращая в фигурки животных. И как воздушные шарики в кармане у клоуна, зародышевые корешки спрятаны в семени.
Клоун же не появится на празднике с уже надутыми шарами — они, скорее всего, не поместятся даже в его огромных карманах. Напротив, пустые воздушные шарики совсем не занимают места и могут быть легко наполнены воздухом (или водой), где бы и когда бы это ни потребовалось.
Разница в размерах пустых и надутых воздушных шаров действительно впечатляет. Стандартная упаковка Schylling Animal Refi lls из нашего местного магазина игрушек включает четыре зеленых, четыре красных, пять белых и различные сочетания синих, розовых и оранжевых шариков, всего 24 штуки. Пустые, они легко помещаются на моей ладони — яркий резиновый пучок менее трех дюймов (7,5 см) в поперечнике. Как только я начал их надувать, то сразу понял, почему хороший клоун путешествует с баллоном гелия или с портативным воздушным насосом. Сорок пять минут спустя, испытывая головокружение и тяжело дыша, я завязал последний шар и уселся, окруженный буйством красок. Воздушные шары образовали теперь поскрипывающую кучу неправильной формы — четыре фута (1,25 м) в длину, два фута (60 см) в ширину и фут (30 см) в высоту. Уложенные один за другим в линию, они протянулись от моего стола за дверь, через огород и ворота на улицу, в общей сложности на 94 фута (29 м). Объем воздушных шаров увеличился примерно в 1000 раз, что позволило им образовать тонкостенные трубки, в 275 раз превышающие по длине исходный резиновый шарик — и все благодаря наполнению воздухом. Обеспечьте семя водой, и клетки зародышевого корня проделают, в сущности, то же самое, становясь все длиннее и длиннее по мере наполнения влагой. Этот процесс может продолжаться часы или даже дни — активная вспышка роста происходит прежде, чем клетки на кончике корня хотя бы озадачатся делением, чтобы обеспечить рост за счет образования новых клеток.
Косточки авокадо содержат несколько слабых ядов, чтобы отпугнуть вредителей, но ничего, что могло бы задержать процесс прорастания, если уж он начался. Несколько дней я наблюдал за тем, как растут и ветвятся корни, прежде чем дождался первой зелени — крошечных побегов, которые появились из расширяющихся трещин на верхушках косточек. «Следующий этап правильно назвать активной подачей энергии из семядолей», — рассказала мне Кэрол, поясняя, как энергетический запас, который начинался как «завтрак», припасенный в семенах и перекочевавший затем в семядоли, теперь обеспечивает резкий рост в высоту молодого побега. Всего через две недели я обнаружил, что стал опекуном уже не семян, а саженцев молодых деревьев, мало чем напоминавших косточки, с которыми я нянчился месяцами.
Десятилетия работы Кэрол и Джерри показывают, как много пока неясного в том, что происходит внутри прорастающего семени. Вопросы, поставленные еще 2000 лет назад «отцом ботаники» Теофрастом, продолжают озадачивать ученых. Как ученик и последователь Аристотеля, Теофраст проводил всесторонние исследования растений в Лицее и писал труды, столетиями сохранявшие свое значение. Занимаясь самыми разными растениями — от нута до ладана, — он подробно описал прорастание семян, поражаясь долговечности и разнообразию «самих семян, почвы, состояния атмосферы и времен года, когда их сеют». За долгие годы, прошедшие с тех пор, ученые разобрались во многих процессах, определяющих состояние покоя, пробуждение и рост заключенного в семени зародыша. Точно установлено, что прорастающие семена поглощают воду и происходит удлинение зародышевых корней и побегов в результате увеличения их клеток в объеме. За этим этапом следует быстрое деление клеток верхушечных меристем, и питательные вещества, содержащиеся в семенах, снабжают энергией этот процесс. Но конкретные сигналы, которые запускают все эти события и управляют ими, остаются под покровом тайны.