Тор Хэнсон - Триумф семян. Как семена покорили растительный мир и повлияли на человеческую цивилизацию

Растения, которые первыми изобрели покой семян, вероятно, сначала всего лишь сбрасывали семена на землю до срока. Эти недоразвитые изгнанники не имели специальных адаптаций — им просто требовалось больше времени, чтобы дозреть до готовности прорасти. Некоторые виды до сих пор следуют подобной стратегии в каких-либо вариантах, и любой садовод, который пытался выращивать петрушку, знает об этом. Ее семена прорастают чудовищно долго, потому что крошечным зародышам требуется расти много дней внутри семян, прежде чем они сделаются достаточно большими, чтобы пустить корень. Со временем большинство растений развили способность дольше задерживать семена на себе, высушивая их — уменьшая содержание воды на целых 95 %. Это остается единственным важнейшим фактором в замедлении метаболизма семени, и подробней мы обсудим его в следующей главе. А пока считайте высушивание отправной точкой, с которой покой семян начал быстро эволюционировать, что породило множество сложных, порой причудливых стратегий. В целом, как и в данной книге, покой семян определяется довольно широко: любая задержка жизнедеятельности на любой промежуток времени, возникающая после созревания семени и длящаяся до его прорастания. Но такие специалисты, как Кэрол Баскин, проводят важное различие между просто неактивными семенами и теми, что находятся в истинном состоянии покоя.

«Если семя действительно находится в состоянии покоя и вы помещаете его на влажный субстрат при благоприятной температуре, оно не прорастет», — сообщила мне она. Иными словами, покоящиеся семена не просто лежат, ожидая теплого дождичка и солнечного денька. По определению Кэрол Баскин, семя в состоянии покоя должно активно сопротивляться прорастанию при помощи обширного арсенала приемов, чтобы оттянуть его начало. Это звучит нелогично — разве сам смысл семени не в том, чтобы прорасти? Но такая способность дает семенам изощренные способы взаимодействия с погодой, освещенностью, состоянием почвы и другими факторами, из которых складывается окружающая среда. Самая распространенная тактика для регионов с умеренным климатом учитывает, прежде всего, температуру, поэтому, чтобы семена были готовы прорасти весной, требуется длительное действие зимнего холода, за которым следует потепление. Эта стратегия зачастую сочетается с требованиями к освещенности, которые могут быть удивительно строгими и специфичными. Некоторые семена диких представителей семейства капустных реагируют на изменение угла падения света и продолжительности светового дня сквозь двухметровый слой снега, а многие лесные виды чувствуют разницу между полным солнечным спектром на открытом месте (хороший шанс прорасти) и лучами дальнего красного света, пробивающимися сквозь листву (слишком затененное место). В чем бы ни нуждались покоящиеся семена, они не смогут и не станут прорастать, пока не появятся требуемые условия.

«Эволюцией этого процесса управляет не столько семя, сколько проросток», — пояснила Кэрол. Хотя прорастание может оказаться успешным в любой момент повышения влажности почвы, по-настоящему важно то, что произойдет потом. Все вложения материнского растения в питание и распространение своих потомков станут бессмысленны, если семена проклюнутся в неподходящий сезон и быстро погибнут от жажды, холода, жары или недостатка освещения. Эти высокие эволюционные ставки привели к появлению высокоспециализированных сигналов, необходимых покоящимся семенам, чтобы пробудиться. Примеры самых замысловатых из них можно обнаружить у растений — выходцев с территорий, подверженных регулярным пожарам, где молодые растения лучше всего растут после того, как огонь опустошит округу и оставит слой богатой питательными веществами золы. Семена — от некоторых видов акаций и сумаха до ладанника и утесника — приспособились к этой системе и зачастую остаются совершенно водонепроницаемыми и неспособными к впитыванию влаги и набуханию до тех пор, пока экстремальный жар открытого огня не расколет их скорлупу или не уберет крошечные пробки, чтобы влага могла проникнуть внутрь. Некоторым видам также требуется воздействие горячих газов, входящих в состав дыма, или они реагируют на особые химические вещества, выделяющиеся из частично обугленного дерева. Специалисты по проращиванию иногда обжигают семена в течение короткого времени и окуривают дымом, симулируя пожар в лабораторных условиях. Для пустынных растений сложность заключается в том, чтобы отличить случайный ливень от продолжительных дождей, которые могут действительно напитать влагой жаждущий росток. Как именно они это делают, до сих пор остается неясным, но некоторые специалисты полагают, что в таких семенах имеются «дождемеры» — химические вещества, препятствующие прорастанию до тех пор, пока вокруг не окажется строго необходимое количество воды.

Кэрол Баскин и ее мужу ни один аспект биологии семян не кажется более интригующим, чем то, как семена засыпают и какими средствами можно заставить их пробудиться. «Это совершенно зачаровывает нас», — призналась она. Всего они с Джерри выделили 15 разных классов и уровней покоя семян и много вариантов для каждого случая. Они различаются на основании того, что именно погружает семя в состояние покоя (например, непроницаемая оболочка, недоразвитие зародыша, химические или экологические ограничители) и какова степень «глубины» этого состояния (насколько трудно из него выйти). Повсюду, от заднего двора их дома в Кентукки до Гавайских гор и холодных пустошей северо-восточного Китая они продолжают находить новые и неожиданные аспекты этого явления. Постоянно возвращаться к данному вопросу их заставляет понимание того, насколько плохо мы в действительности разбираемся в этом процессе. Все соглашаются, что высыхание важно, и ученые знают многие из химических веществ и генов, в нем участвующих, но как именно безжизненное с виду семя распознает такие разные параметры окружающей среды, как мороз, дым, жара, продолжительность светового дня и соотношение длин волн в доходящих до него солнечных лучах, остается загадкой. Даже границы между выходом из состояния покоя и началом прорастания четко не определены. В науке, как и в повседневной жизни, можно многое узнать о том, что происходит, без понимания механизма самого процесса. К примеру, я знаю, что происходит, когда я включаю свой компьютер. Я могу набирать на нем текст, искать что-то в интернете или развлекать бабушек и дедушек моего сына фотографиями и рассказами о его последних проделках. Но о том, как на самом деле работает компьютер, у меня нет даже самого туманного представления, что подтверждается моими частыми обращениями в службу технической поддержки. Наука лучше разбирается в состоянии покоя семян, чем я в компьютерах, но предстоит узнать еще очень многое, и потому это так увлекательно.