Веселин Денков - На грани жизни

• Название: На грани жизни
• Автор: Веселин Денков
• Издательство: Знание
• Жанр: Биология
• Год: 1988
• ISBN: 5-07-000012-8

Анабиоз — это явление временного прекращения жизнедеятельности у живых организмов, использующих его как средство приспособиться и выжить в неблагоприятных условиях.

Автор книги описывает зимнюю и летнюю спячку у различных групп животных, а также физиологические изменения и регулирующие их механизмы, рассматривает возможности использования этих явлений в медицине.

Книга адресована широкой читательской аудитории.

---

Подобный процесс происходит и при созревании семян. Известно, что многие виды семян сохраняют всхожесть на протяжении длительного периода (десятилетия и даже столетия).

В начале нашего века исследования всхожести семян провел французский ученый Поль Беккерель. Он проверил более 500 видов семян из собрания Естественноисторического музея в Париже. Некоторые семена сохранялись там еще с конца XVIII в. Оказалось, что дольше других сохраняют свою всхожесть семена растений из семейств бобовых, мальвовых и губоцветных. Часть семян (20 %) клевера, сохранявшихся на протяжении 68 лет, проросла.

Почти одновременно подобные исследования провели и другие ученые, которые доказали, что семена растений в состоянии сохранять всхожесть более 50 лет. Наиболее устойчивыми оказались семена, содержащие минимальное количество воды.

Советский ученый К. Шариков в своей книге «Необыкновенные явления в растительном и животном мире» пишет, что в состоянии анабиоза семена ржи, овса, пшеницы и ячменя могут сохраняться более 10–12 лет, мальвы — 57, клевера — 62, ракитника — 84, а семена лотоса — более 200 лет. Советские ученые также установили, что семена лотоса, пролежавшие в торфяном болоте более 1000 лет, сохранили всхожесть.

При изучении гробниц фараонов в Египте были обнаружены семена пшеницы, которые хранились более 2000 лет, но не утратили способности к прорастанию. Впоследствии, однако, выяснилось, что египтологи были введены в заблуждение мошенниками, которые продавали свежие семена вместо старых семян из гробниц.

Интересный опыт провел в 1879 г. известный американский ботаник Уильям Бил. Он зарыл 20 бутылок, в каждой из которых было по 1000 семян 20 видов сорняков. Ученый поставил целью установить: сколько времени семена могут сохранять свою всхожесть? Каждые 5 лет он выкапывал одну бутылку и высевал семена в стерильную почву. В 1924 г. Уильям Бил умер. Опыты продолжили коллеги ученого, которые увеличили интервалы между выкапыванием бутылок до 10 лет. Американский журнал «Фармере дайджест» сообщил, что семена, посеянные в 1980 г. (т. е. через 101 год), буйно проросли. В Национальной контрольно-семенной лаборатории в штате Колорадо при температуре -20 °C сохраняются семена почти 100 тыс. видов растений. Сотрудники лаборатории проводят испытания на всхожесть семян каждые 5 лет, таким образом контролируя надежность хранения растительного фонда.

Еще более интересное открытие недавно сделали и аргентинские ученые, которые наблюдали всхожесть семян, чей возраст превышал три тысячелетия. Семена принадлежали растению амаранту, растущему на склонах Анд. Эти семена были найдены в тщательно закрытом сосуде в одной из горных пещер в провинции Мендоса.

Установлено, что семена некоторых злаков, пролежавшие известное время в условиях вакуума при температуре, близкой к абсолютному нулю, после этого прорастали и сохраняли свои биологические свойства.

Советские ученые провели исследования с сухими семенами, которые в опытных условиях показали большую морозоустойчивость — при температуре от -100 до — 190 °C они сохраняли всхожесть. Уже получены сообщения, что семена 45 сельскохозяйственных культур после шестимесячного хранения в жидком азоте (-196 °C) успешно прорастали.

В настоящее время считается доказанным тот факт, что семена многих видов растений способны сохранять в анабиотическом состоянии свою всхожесть в течение длительного времени. Но это состояние не может длиться бесконечно долго, оно зависит от условия хранения семян, так что, бесспорно, с каждым уходящим годом всхожесть семян понижается.

Возникает вопрос: если некоторые виды высших растений способны переносить почти полное обезвоживание, то имеются ли растения, которые способны переносить и низкие температуры, впадая в состояние анабиоза? Известно, что там, где бывают суровые зимы, древесные растения могут быть повреждены воздействием кристаллов льда, а затем и погибнуть. Это можно предотвратить лишь при очень быстром воздействии низких температур (например, температуры жидкого азота -196 °C и более низких), которые растения переносят сравнительно легко, потому что при этих температурах вода очень быстро охлаждается и замерзает не в кристаллическом, а в аморфном состоянии. В этом случае цитоплазма в клетках растений не повреждается, поскольку нет кристалликов льда. При одном из таких опытов ветки красной смородины перенесли понижение температуры до — 195 °C и после быстрого размораживания остались жизнеспособными. Но в природе такие низкие температуры

не существуют. В таком случае, как же переносят суровые зимние месяцы растительные организмы?

В течение длительного процесса эволюции различные виды растений выработали приспособления (физиологические, анатомические, биохимические) для выживания при неблагоприятных зимних условиях, обеспечивая таким образом продолжение вида. Однолетние растения проводят зиму в виде сухих зрелых семян, пребывающих в состоянии анабиоза. Большая часть двулетних и многолетних растений теряет свои наземные органы и перезимовывает, хорошо защищенная от морозов и снега, находясь в земле в виде луковиц (лук, подснежник, тюльпан и др.), клубней (картофель, георгины и др.) и корневищ (папоротник, примула, мать-и-мачеха) в состоянии покоя.

Но как перезимовать озимым культурам и древесным видам растений, которые подвержены непосредственному воздействию холодов? Установлено, что еще с осени растения начинают готовиться к зимовке под воздействием понижения температуры и главным образом сокращения продолжительности светового дня, причем древесные виды завершают свой активный рост и готовятся к переходу в состояние покоя. Подготовка растений выражается в понижении обмена веществ и процесса дыхания и в усилении фотосинтеза, что приводит к накоплению запасов питательных веществ — углеводов, белков, жиров, минеральных солей и др. Некоторые из этих веществ повышают густоту сока в клетках и тем самым понижают его точку замерзания (например, клеточный сок, отцеженный из некоторых растений, замерзал лишь при температуре от -5 до -10 °C).

По мнению ряда ученых, растения проходят через две фазы подготовки к состоянию покоя. Во время первой фазы рост прекращается, резко уменьшается интенсивность всех физиологических и биохимических процессов, а листопадные виды (широколиственные деревья) теряют листья. Вторая фаза начинается с первыми холодами (от -4 до -5 °C), когда растение теряет значительное количество воды (обезвоживание клеток) и наступают глубокие физико-химические процессы — изменяются коллоиды, которые становятся более устойчивыми к коагуляции. В результате растения становятся более холодостойкими, и эта устойчивость возрастает в течение суровой зимы. В это время организм растения переходит в состояние глубокого покоя. Неподготовленные к зимовке замерзшие растения погибают потому, что образовавшийся лед в их межклеточных пространствах повреждает цитоплазму. Но зимой этого не происходит, так как клетки растительных тканей связаны между собой особыми цитоплазматическими мостиками, называемыми плазмодесмами, они переходят сквозь поры из одной клетки в другую. При переходе растения в состояние глубокого покоя плазмодесмы втягиваются внутрь клеток и цитоплазма теряет связь с оболочкой (изолируется). На ее поверхности у древесных видов накапливаются жировые вещества. Благодаря процессу изоляции цитоплазмы кристаллики льда, возникающие в межклеточных пространствах, уже не оказывают давления на цитоплазму и не повреждают ее. Внутри клеток у закаленных растений лед образуется при значительно более низких температурах. Однако при очень суровых зимах озимые культуры и плодовые деревья и кустарники все же частично погибают. Вот почему ученые-селекционеры трудятся над созданием морозоустойчивых сортов плодовых и озимых культур. Установлено, например, что для некоторых растений (помидор, огурец, перец, хлопчатник и др.), которые повреждаются не только низкими минусовыми температурами, но и низкими плюсовыми температурами, для повышения их морозоустойчивости необходимо предпосевное закаливание семян переменной температурой (сначала +12 °C, а затем -3 °C) на протяжении нескольких дней. Закаленные таким образом растения становятся морозоустойчивыми и лучше переносят низкие плюсовые температуры и даже весенние утренние заморозки, а также повышают свою продуктивность.

Весной, с увеличением длительности светового дня и потеплением, растения выходят из состояния покоя, в результате чего их морозоустойчивость значительно понижается. В этот период опасность замерзания при внезапном похолодании или выпадении снега велика.

Устойчивость видов микроорганизмов и растений к воздействию неблагоприятных внешних факторов (высокие и низкие температуры, засухи и др.), при которых они впадают в состояние покоя или анабиоза, следует рассматривать как защитное приспособление, выработанное в течение длительного эволюционного процесса.