Феликс Патури - Растения - гениальные инженеры природы

• Название: Растения - гениальные инженеры природы
• Автор: Феликс Патури
• Издательство: Прогресс
• Жанр: Научпоп
• Год: 1982

«Растения — химики», «Растения — архитекторы, строители, механики», «Рекорды измерительной техники» — это названия лишь нескольких глав из книги ученого — популяризатора науки Феликса Р. Патури. Занимательно и со знанием дела рассказывает автор о том, как решаются в мире растений многие проблемы из области экологии, энергетики, передачи информации, утилизации отходов, рационального использования ресурсов окружающей среды и др.

Решения-модели, найденные растениями, этими, по выражению автора, «лучшими в мире инженерами», эффективны, экологически безупречны и одновременно просты. Умелое заимствование их человеком означало бы большую экономию средств и времени.

Рекомендуется широким читательским кругам.

---

Фото 15. Пятнадцатисантиметровый усик бенинказы (Benincasa hispida) совершает медленные кругообразные движения в поисках опоры.

Фото 16. После того, как усик бенинказы (Benincasa hispida) найдет подходящее место для прикрепления, он начинает скручиваться, напоминая этим винтовую пружину. Так образуется прочное и одновременно очень эластичное соединение растения с опорой.

У вьющихся тропических растений, испытывающих механические нагрузки уже под действием своей собственной тяжести, позже происходит утолщение усика в месте его прикрепления к какой-либо поверхности. Это еще более упрочивает его контакт с ней. Закрепившись, усик, словно винтовая пружина, многократно завивается вокруг опоры в процессе дальнейшего роста (фото 16). Будучи жестко закреплен с двух сторон, усик закручивается в своей средней части, причем он может виться и направо и налево. В конечном счете образуется прочное, эластичное и к тому же подпружиненное соединение растения со своей опорой.

Но этим далеко не исчерпываются технические возможности усиков тыквенных растений. Ко всему прочему они обладают исключительным «чутьем» распознавать места, где можно или, напротив, нельзя надежно закрепиться. Эксперименты показали, что опора с очень гладкой поверхностью, например стеклянная палочка, оставляется растением без внимания. Оно не в состоянии здесь прочно и надолго удержаться. Усик предпочитает шершавую поверхность. Но если позволить усику на одно мгновение коснуться ее, а затем предмет убрать, то он вначале самопроизвольно реагирует на касание изгибом, но уже очень вскоре автоматически выпрямится и продолжит поиск. Феноменальный технический талант усиков в полной мере может оценить только специалист в области автоматического регулирования и следящих систем. Ему хорошо известно, что при столь незначительных издержках практически невозможно создать техническую систему, которая была бы столь же совершенна, как и системы, наблюдаемые у растений.

И еще: если усик не находит опоры, он свертывается и увядает — растение не нуждается в органе, который более не выполняет своей функции. Но те усики, которые смогли за что-то ухватиться, со временем утолщаются и в конце концов одревесневают. Старые, одревесневшие отростки с трудом можно оторвать от предмета-опоры. Они в высшей степени прочны, а благодаря пружинной связи с опорой одновременно и необычайно эластичны. Весь процесс развития усиков протекает прямо у нас на глазах, в течение каких-нибудь нескольких дней: усики вырастают и начинают искать точку опоры. Если они не выполнят своей «миссии», их судьба печальна: они быстро увядают, а растение забирает заключенные в них ценные вещества. Напротив, в те усики, которые сумели найти опору, растение инвестирует добавочный материал. Природа не допускает создания расточительных или ошибочных конструкций.

Под каким бы углом зрения мы ни рассматривали лианы, нас не может не поразить их оптимальная приспособленность к условиям среды обитания. Для того чтобы обрисовать с такой же подробностью, с какой велся наш рассказ о тыквенных, все поистине гениальные средства приспособления, позволяющие растениям выжить, потребовалось бы написать толстенный том. Практически на каждом шагу можно встретить знаки безраздельной победы растений над окружающей средой, победы, подготовленной умением организмов приноровиться к противоречивым условиям существования.

Свайные постройки в природе

Когда нескольким более 4 тысяч лет назад люди каменного века, обитавшие на берегах Цюрихского, Боденского, Женевского и Невшательского озер, на низких морских побережьях, в пойме реки По и в других столь же сырых местах, стали переходить к оседлой жизни, им пришлось столкнуться с проблемой сооружения жилищ в условиях постоянного или временного затопления.

О том, как люди эпохи неолита решали эту проблему, рассказывает древняя наскальная живопись, о том же повествуют и более поздние сочинения римского историка Геродота: они возводили свайные постройки.

В 1854 году чрезвычайно низкий уровень воды в швейцарских озерах обнажил хорошо сохранившиеся забитые в грунт деревянные опоры древних строений, что побудило историков продолжить активные поиски следов свайной культуры. Профессор X. Райнерт реконструировал одно из ранних береговых поселений, которое располагалось близ Ульдинга на берегу Боденского озера (фото 17).

Фото 17. Реконструированная свайная постройка бронзового века. Сваи обеспечивают прекрасную вентиляцию и предохраняют строение от гниения и затопления. Одновременно — это прочная опора на влажном грунте.

Фото 18. Свайным «фундаментом» пользуются мангровые растения. Здесь изображена система ходульных корней Pandanus utilis.

Тот факт, что найденные деревянные сваи пробыли под водой около четырех тысячелетий, свидетельствует прежде всего о долговечности подобных построек. Но наряду с прочностью свайный фундамент обладает еще двумя достоинствами. Во-первых, он обеспечивает свободную циркуляцию воздуха непосредственно под жилым помещением и предохраняет его тем самым от гниения. Во-вторых, сваи поднимают сооружение на такой уровень над водой или влажной почвой, который гарантирует их безопасность при высоких паводках. Свайная конструкция полностью оправдывает себя. И в наши дни ее широко используют в болотистых местностях тропической зоны или там, где существует угроза частых наводнений. Не без успеха этот метод строительства применяется также при ведении буровой разведки на нефть в шельфовых зонах.

В природе столь рациональный метод строительных работ известен на протяжении многих миллионов лет. Остановимся на одном примере. Ходульные корни у пандана и мангровых растений (фото 18), произрастающих в тропических болотах и в прибрежной полосе тропических морей и океанов, выполняют те же функции, что и сваи в свайных постройках. Однако в техническом отношении эти природные конструкции более совершенны, чем творения рук человеческих.

Для того чтобы забить сваи в землю, человек должен затратить массу усилий. В то же время ходульные корни мангровых растений внедряются в почву и прочно укореняются в ней без посторонней помощи. При этом «подготовительные работы» по укоренению всходов мангровых растений уже заранее «запрограммированы» в процессе созревания плодов и семян на материнском растении. Если бы семена мангровых просто падали в илистое мелководье затопляемой морем прибрежной полосы, то уже ближайший прилив неизбежно смыл бы их отсюда, поскольку очевидно, что за столь короткий промежуток времени семена не смогли бы укрепиться в почве. Вот почему с веток мангровых растений на землю падают не семена, а уже готовые проростки. Они имеют длину от 60 до 100 сантиметров и обладают солидным весом. Таким образом, мангровые — это своего рода «живородящие» растения. Еще до того, как проросток покинет материнское растение, он успевает обрести все те свойства, которые необходимы для успешного укоренения в илистой почве, периодически заливаемой приливной волной. Чем-то похожие по внешнему виду на колышки для крепления палаток, свешиваются с веток некоторых видов мангровых крученые, округлые проростки толщиной до 2 сантиметров. Нижний конец их заточен, как у копья. Несколько выше острия колышек имеет утолщение, что придает ему дополнительную тяжесть. Поэтому проросток всегда надает нижним концом вниз и, с силой ударившись о поверхность, довольно глубоко уходит в ил.

На дорогу юное растение получает солидный запас питательных веществ, который позволяет ему после столь неожиданно быстрого «высева» столь же неожиданно быстро начать расти. Уже через несколько часов проросток выпускает боковые корни и успевает за время одного отлива настолько прочно закрепиться в почве, что ему уже не грозит гибелью идущий вслед за отливом прилив.

Позднее растение развивает целую систему ходульных корней, так напоминающих свайные постройки, и с их помощью поднимается выше уровня приливной волны. Главный же корень, как правило, вскоре отмирает.

Как это часто случается в мире растений, корни-опоры во многом превосходят искусственно созданные человеком родственные конструкции и, прежде всего, тем, что обладают высокой аккомодационной способностью. В отличие от конструирования процесс эволюционного развития никогда не бывает завершенным из-за существования обратной связи во взаимоотношениях эволюционирующего объекта с окружающей средой. Одной-единственной мощной прибойной волны (к счастью, на Боденском озере их не бывает), по-видимому, было бы достаточно, чтобы серьезно повредить изображенные на фото 17 свайные постройки. Мангровые растении с их гораздо более тонкими опорами выдерживают натиск мощных прибойных волн: ходульные корни обладают высокой эластичностью, позволяющей им после спада волны занимать первоначальное положение. Это свойство они обретают в процессе своего роста. На первых этапах развития ходульные корни растут параллельно поверхности земли, то есть горизонтально, и лишь позднее начинают по дуге опускаться вниз. Ствол дерева как бы покоится на хорошо развитой системе эластичных подпорок высотой в 2—3 метра. Приняв на себя удар волны, ходульные корни прогибаются со стороны поправления удара и выпрямляются с противоположной стороны; при отступлении волны нагрузки действуют в обратном направлении.