Владимир Фурсов - Жизнь и ее проявления

Позже было доказано, что фотодинамический эффект способны вызывать и растворы зеленого вещества хлоропластов — хлорофилла, который дает жизнь растениям. Раствор хлорофилла при сильном освещении действует смертельно на инфузорий и разрушает красные кровяные тельца крови. В темноте же этот раствор совершенно безвреден.

По современным представлениям фотодинамический эффект в принципе сходен с механизмом процесса фотосинтеза. Молекулы красителя, в том числе и хлорофилла, поглощая кванты энергии, переходят в возбужденное состояние: их электроны занимают более высокий энергетический уровень. В возбужденном состоянии молекулы хлорофилла, как явствует из сказанного выше, легко соединяются с кислородом и могут образовать так называемую фотоперекись. Она-то и является ядом, который губит живые клетки, попавшие в освещенный раствор: она окисляет все органические вещества раствора. Без кислорода, так же как и без света, фотодинамический эффект не происходит.

Но почему же тогда хлорофилл не разрушает живые клетки листьев в процессе фотосинтеза? Дело в том, что в растительной клетке световая энергия, превращенная хлорофиллом в химическую, используется в первую очередь на фотосинтез. На разрушительное окисление живой протоплазмы в клетке энергии просто не хватает.

Однако если световой энергии поступает в клетку так много, что она не успевает расходоваться на фотосинтез, то хлорофилл становится опасным. Это обстоятельство является одним из важнейших при разработке режима фотосинтеза у водорослей при космических полетах. На ярком свету зеленые клетки выцветают и гибнут. Такова, например, причина массовой гибели мелких зеленых водорослей в летние месяцы в верхних слоях воды Средиземного моря. За счет избытка световой энергии хлорофилл образует фотоперекись, которая губит клетку и разрушает хлорофилл. В данном случае мощный поток энергии как бы выходит из своих берегов и катастрофа для клетки и организма в целом неминуема.

Если приостановить процесс фотосинтеза ядами, низкой или высокой температурой, свет начинает свою разрушительную работу, так как энергия его не используется в процессе фотосинтеза и оказывается избыточной. Эти данные говорят за то, что свет при определенных условиях оказывает губительное действие на растения. В настоящее время многими опытами у нас и за границей установлено, что некоторые теплолюбивые растения (огурцы, кукуруза и др.) гораздо лучше переносят холод в темноте. Если листья огурца держать при температуре +2° в темноте, то они остаются живыми и неповрежденными; после пребывания при той же температуре на свету листья огурцов погибают.

Это открытие может оказаться весьма важным для овощеводства и растениеводства в защите теплолюбивых растений от заморозков или кратковременных понижений температуры. Может быть, достаточно будет просто затемнять растения на период заморозков и тем самым спасать их от повреждений.

В природе у растений проявляется весьма важное приспособительное свойство при избытке освещения. В клетках листьев, попавших из неяркого света на яркий, хлоропласты очень быстро становятся ребром к свету и расходятся к боковым стенкам клетки, то есть уходят от яркого освещения.

Итак, мы рассказали о значении света для питания растений. Но не все растения питаются одинаково. Они ведь обитают почти всюду на нашей планете, даже в очень суровых и мало пригодных для них условиях — на Крайнем Севере, в пустыне, на засоленных почвах и т. п. Некоторые растения приспособились жить в таких местах, где разложение органических веществ не происходит, например на болотистых почвах. Здесь растения не получают из почвы крайне необходимого для них азота, но так как без азота они жить не могут, то в процессе эволюции и приспособились добывать его с помощью «охоты» за насекомыми и другими мелкими животными. Такие растения вполне заслуженно называют хищниками, или насекомоядными растениями. В настоящее время науке известно около 500 видов таких растений.

Листья у насекомоядных растений выполняют одновременно две функции: они являются органом фотосинтеза и своеобразными орудиями лова жертвы. У большей части насекомоядных растений листья потеряли обычный вид и превратились в ловчие органы. Кроме того, у некоторых насекомоядных растений образуются своеобразные органы на корнях (у водных) или стеблях, с помощью которых они тоже ловят жертву.

Таким образом, способ питания насекомоядных растений можно назвать миксотрофным (от лат. слова микстус — смешанный), то есть смешанным.

На болотах Северной Америки живет растение саррацения. Листья этого растения напоминают мешок, у отверстия которого расположена зеленая пластинка с жилками кроваво-красного цвета. Эта пластинка собирает дождевую воду. Попав внутрь листа, насекомые тонут, а затем и разлагаются, сгнившие же их остатки всасываются стенками листа.

Насекомоядные растения: А) лист-ковш; Б) пузырчатка. 1) общий вид; 2) пузырек в разрезе; 3) железка на внутренней стенке пузырька.

Растение наших заболоченных водоемов пузырчатка также питается сгнившими остатками мелких насекомых. На корнях пузырчатки имеются небольшие пузырьки с отверстиями, прикрытыми клапаном, легко отгибающимся в полость пузырька. Попавшие внутрь пузырька мелкие водные животные не могут выйти из него, так как клапан наружу не открывается.

Саррацения, пузырчатка и некоторые иные растения с листьями в виде трубок или мешков используют продукты разложения трупов мелких животных. Другие же насекомоядные растения вырабатывают ферменты, которые и переваривают захваченных насекомых. К этой группе относится около семидесяти различных видов непентесов. Под этим названием объединены тропические растения с листьями, похожими на ковш, кувшин или урну. Кувшинчатый лист непентеса служит ловушкой для насекомых. На дне листа скапливается кисловатая переваривающая жидкость. Когда в кувшин попадают насекомые, со стенок его обильно выделяются капли кислого сока. Сок этот убивает насекомых, все мягкие части их тела растворяются, и переваренная пища всасывается растением.

У нас в Советском Союзе на болотах и торфяниках встречается растение росянка. Листья у нее по краям усажены мелкими ресницами, их красные кончики утолщены и покрыты каплями блестящего клейкого сока. Попавшие на лист насекомые удерживаются склонившимися к ним ресницами листа, которые одновременно выделяют переваривающий сок.

На болотах Северной Америки встречается другой вид насекомоядного растения — мухоловка. Ее листья устроены наподобие створок или капкана. Они снабжены по краям зубцами, а на пластинке каждого листа находятся железки, выделяющие пищеварительный сок, и шесть чувствительных щетинок. Как только насекомое садится на такой лист и прикасается к его чувствительным щетинкам, половинки листа захлопываются. Открываются они снова, лишь когда все мягкие части пойманной добычи переварены и поглощены растением.