Павел Астапенко - Вопросы о погоде

Многие растения активно реагируют на изменение освещенности. В большинстве случаев в сторону светила обращены цветы, некоторые из них «провожают» солнце при его движении по небосклону (например, подсолнечник). У ряда растений на положение солнца на небе реагируют и листья (правда, в районах недостаточного увлажнения они занимают положение, наиболее выгодное не с точки зрения получения солнечного тепла, а с точки зрения условий испарения). Из тропической растительности можно указать на листья эвкалипта, из растений средних широт – на бобовые.

В средних широтах растения в большинстве своем реагируют на освещенность – цветы и листья многих из них поворачиваются к свету, обеспечивая получение максимума возможного количества лучистой энергии Солнца. Многие цветы раскрываются навстречу утренним лучам Солнца и закрываются с вечерней зарей или при затягивании небосклона плотной облачностью. Последнее случается чаще всего перед дождем, и в этом смысле поведение цветов может служить сигналом к ухудшению погоды, которое, впрочем, с не меньшим успехом может быть замечено и при внимательном наблюдении за состоянием неба. Некоторые же растения, как, например, душистый табак, наоборот, раскрывают цветки, когда уменьшается освещенность, наступают сумерки или появляются плотные облака. В сухих и полусухих субтропиках есть растения, реагирующие на количество влаги в почве и в воздухе, – их листья при недостатке влаги скручиваются, чем достигается уменьшение испарения, а при уменьшении жары и восстановлении достаточного уровня влаги – распрямляются вновь.

Таким образом, растения чутки к изменениям погоды, но своим поведением они не столько предваряют ее изменения, сколько следуют за ними.

Да, дышат и при этом, как и животные, используют для дыхания кислород воздуха, перерабатывая его в углекислый газ, который они «выдыхают». Однако кроме дыхания у растений при дневном свете под действием солнечных лучей в листьях происходит процесс, обратный дыханию, – соединение воды с углекислым газом и образование углеводов, а также кислорода, выделяемого в воздух. Процесс этот называется фотосинтезом.

При фотосинтезе энергия Солнца превращается в энергию химических связей органических веществ. Условно этот процесс может быть выражен формулой:

солнечный свет + СО 2+ Н 2О ↔ СН 2О + O 2.

При дыхании растений, наоборот, происходит выделение тепла, и формула дыхания имеет вид:

СН 2О + O 2↔ CO 2+ Н 2O + тепло.

На дыхание расходуется некоторая часть органического вещества растения – уменьшается масса активно участвующих в процессе дыхания молодых его частей (верхушек стеблей, кончиков корней, которые могут терять до 1% своей массы в сутки). Интенсивность дыхания практически не зависит от освещенности, она изменяется при колебаниях внешней температуры: при очень высокой температуре (45-50°C) она уменьшается и дыхание может прекратиться совсем; при низкой температуре интенсивность дыхания у растений ослабевает, но оно не прекращается даже при отрицательной температуре, а у почек лиственных и игл хвойных деревьев оно происходит и при сильных морозах.

Ежегодно растительность, состоящая приблизительно на 90% из водорослей и одноклеточной «зелени» океанов, запасает около 100 млрд. т органических веществ и выделяет около 145 млрд. т кислорода. При этом растениями усваивается около 200 млрд. т углекислого газа.

Цифры, указанные нами, следует рассматривать как приблизительные. Так, по другим расчетам, количество кислорода, ежегодно выделяемое растениями земного шара, составляет 200 млрд. т. Расход кислорода на дыхание растениями и животными, по данным советских ученых М. Будыко и А. Бронова, немного меньше его прихода, и, таким образом, в настоящее время на Земле существует положительный кислородный баланс (равный сотым долям процента массы кислорода в атмосфере).

Большинство исследователей объясняют присутствие кислорода в атмосфере сложившимися на Земле сотни миллионов лет назад благоприятными условиями для фотосинтеза. М. Будыко и А. Бронов высказывают такую точку зрения на эволюцию содержания кислорода в земном воздухе: уже в докембрийскую эпоху на Земле существовали многоклеточные организмы, требующие для своего развития значительного содержания кислорода в воздухе; таким образом, уже 500 млн. лет назад масса кислорода в атмосфере составляла примерно одну треть его современной массы. Она постепенно увеличивалась. В последующие эпохи было несколько «всплесков» количества кислорода и несколько «спадов», регулировавших развитие живой природы. Резкие «всплески» содержания кислорода были в девоне – карбоне (450-300 млн. лет назад) и во второй половине мезозоя (150 млн. лет назад). Уменьшение содержания кислорода наблюдалось в триасе (200 млн. лет назад).

На этот вопрос можно ответить лишь предположительно, исходя из данных геологии, палеонтологии и наших представлений о потребности в кислороде живых организмов. Известно, например, что больше других расходуют кислород подвижные организмы, для которых характерны большие энергозатраты. Много кислорода расходуют птицы, несколько меньше – наземные животные, еще меньше – водные животные, так как в воде сравнительно невелико влияние силы тяжести. Теплокровные животные потребляют больше кислорода, чем холоднокровные, а при прочих равных условиях крупные животные больше нуждаются в кислороде, чем мелкие. Можно предположить, что в девоне, при первом «кислородном всплеске», позвоночные вышли из воды на сушу, а в триасе, при спаде содержания кислорода в воздухе, вымерли многие наземные животные палеозоя. При втором «кислородном всплеске» возникли млекопитающие, а затем, в середине юрского периода, – и птицы, потребляющие значительное количество кислорода в связи с огромным расходом энергии в полете.

Основные элементы, от которых зависит здоровье или нездоровье растений, – это температура и влажность воздуха. Толчком для развития некоторых видов болезней, распространяемых, в частности, спорами, служат появление влаги на поверхности растений и ветер, который разносит споры. Так, болезнь картофеля – фитофтора – вызывается грибком, зимующим в клубнях, а после их прорастания перебирающимся в стебли. Развитие спор фитофторы начинается при установлении теплой погоды (10°C) с высокой влажностью воздуха. Заражение происходит, когда листья растений остаются мокрыми 8 ч подряд. Споры превращаются в грибок быстро – в течение всего 4 ч. В средней полосе условия, благоприятные для развития фитофторы, наступают обычно в июне.