Стивен Бухманн - Забытые опылители

Части цветка показаны на этом опыляемом колибри цветке фуксии (Fuchsia sp.). Хотя цветы чрезвычайно изменчивы по размерам и форме, они все обладают этими основными частями, которые сформовались путём естественного отбора благодаря животным или абиотическим факторам, осуществляющим их опыление.

Может показаться статистически невероятным событием, что крошечное зёрнышко пыльцы или микроскопическая спора может быть унесена ветрами, бесцельно парить в воздухе, а потом приземлиться точно «в цель». И всё же выигрыш в этой воздушной лотерее выпадал достаточному количеству гамет для того, чтобы затянуть зеленью обширные болота каменноугольного периода. Фактически, эти опыляемые ветром растения были настолько многочисленными и успешными, что их наследие в виде спрессованного органического мусора в форме угля, сырой нефти и нефтепродуктов, торфа и природного газа послужило топливом для современного мирового промышленного роста. Не будет преувеличением утверждать, что многое из современной человеческой культуры — от автомобилей до самолётов и созревающих в теплице помидоров — было бы невозможным, если бы не было тяги к размножению у древних обитателей болот каменноугольного периода, наудачу бросающих свои гаметы на ветер.

Увеличенные пыльцевые зёрна разнообразных цветковых и хвойных растений, демонстрирующие большое разнообразие в размерах и скульптуре поверхности.

Даже сегодня тысячи видов растений по-прежнему полагаются на перенос их спор по воздуху, и пыльцевое зерно — это ни в коем случае не устаревшая репродуктивная стратегия. Самые разнообразные растения, от крохотных, жмущихся к земле тайнобрачных до высочайшего бамбука и крепчайших деревьев на планете, по-прежнему придерживаются стратегии «просто секс, и никакого шоу», заключающейся в выработке масс дешёвых гамет вместо дорогостоящих и эффектно выглядящих сексуальных аттрактантов, предназначенных для немногих. Великие циркумбореальные сосновые, еловые и пихтовые леса Канады и России — это живые примеры того, что такое щедрое разбрасывание триллионов и триллионов пыльцевых зёрен было весьма успешной репродуктивной стратегией на протяжении миллионов лет.

Конечно, почти все эти пыльцевые зёрна промахиваются мимо цели, образуя жёлтые кольца разводов вокруг альпийских озёр или вызывая воспаление в наших слезящихся глазах и текущих носах. Хотя каждый год на одном акре сосновых деревьев образуются миллиарды пыльцевых зёрен, они могут дать начало лишь десяткам тысяч орешков сосны и только нескольким новым сеянцам сосны. Если смотреть с этой точки зрения, то сосновые орешки в вашем местном магазине здорового питания — это не просто результат несколько непредсказуемой случайности, но их цена ещё и сильно занижена!

Ветроопыление, однако, — не совсем уж «выстрел в тумане», каким его когда-то считали. Сейчас признано, что многие из современных растений, и цветущие покрытосеменные, и нецветущие голосеменные, по-прежнему практикуют древнее искусство прямого ветроопыления — анемофилию. Но не думайте, что эти любители ветра неразборчивы в рассеивании пыльцы просто потому, что ещё не склонили животных к выполнению работы по переносу пыльцы или спор. Фактически, недавние совместные работы Стива и Карла Никласа из Корнелльского университета показали, насколько умно могут быть устроены некоторые структуры ветроопыляемых растений.

До 1980-х годов ботаники не особо задумывались о значении формы ветви и шишки женского растения сосны в плане улавливания пыльцы. Именно тогда Никлас — настоящий палеоботаник и пионер-математик в областях аэродинамики и биомеханики растений — решил заняться этой богатой уравнениями проблемой в своей лаборатории в Итаке, штат Нью-Йорк. Используя свои познания в области окаменелостей, Никлас создал масштабные глиняные модели сосновых шишек и других репродуктивных органов ныне вымерших родов. Его особенно интересовали шишки с вертикальными остроконечными выростами, функции которых были неизвестны. Рассудив, что эти вертикальные нити могли бы работать подобно заграждениям для снега, снижая скорость пыльцевых зёрен, чтобы те плавали в воздухе вокруг шишек, он решил проверить эту идею опытным путём в самодельном ветровом туннеле. Глиняные модели были обожжены, окрашены в чёрный цвет и установлены в качестве мишеней в ветровом туннеле. Затем он собрал пыльцевые зёрна сосен и других хвойных, и поместил их над мишенями.

Запустив движение пыльцы, Никлас отснял серию её фотографий при мощных стробоскопических вспышках света с интервалами 400 раз в секунду. Проявленные негативы демонстрировали блестящие белые точки — пыльцевые зёрна — с дискретными интервалами, хореографическую картину траекторий отдельных зёрен во время их танца в сложном узоре потоков воздуха, создаваемых мишенями. На видеозаписи было видно, как некоторые из пыльцевых зёрен выполняли красочные пируэты, медленно вращаясь по спирали и в вихрях, возникающих за шишками. Хотя некоторые из наблюдаемых пыльцевых зёрен улетали от глиняных моделей, другие оказывались захваченными красивым вихревым узором, в итоге сталкиваясь, зачастую далеко не сразу, с похожими на бутоны шишками.

На рисунке — группа мужских цветков на ветке хохобы (Simmondsia chinensis), рассеивающих по ветру свои пыльцевые зёрна. Напротив — восприимчивый к ней одиночный женский цветок, приспособленный к опылению при помощи ветра. Линии изображают сложный рисунок потока воздуха, создаваемый цветками и листьями растения.

Читая ранние статьи Карла Никласа, Стив задался вопросом о том, могло ли строение ветроопыляемых покрытосеменных также направлять поток летящей по воздуху пыльцы вокруг их цветков. Он пригласил Никласа к сотрудничеству, приспособив его инновационные методы для изучения растений, с которыми Стив работал уже много лет. Они выбрали для изучения известный «шампуненосный» кустарник хохобу (Simmondsia chinensis), уроженца пустыни Сонора в Аризоне, Калифорнии и соседней Мексике. Прежде всего, они хотели узнать, успешно ли женские цветы хохобы улавливали летающие в воздухе зёрна пыльцы, выпущенные с соседних «мужских» растений — ведь хохоба является двудомной, а это означает, что мужские и женские цветки несут различные растения.