Как цветы узнают, что наступила весна? Объясняет ботаник

Для многих растений весна — просто очень удачное время. Они пережили холодную, тёмную и суровую зиму, а в некоторых местах зимы могут быть смертельно опасны для растений.

Логично, что с приходом весны растения готовы воспользоваться преимуществами более тёплых температур, длинных дней и большего количества солнечного света. Они возобновляют рост после зимнего покоя, и многие быстро образуют цветы.

Но почему именно весной цветение становится таким буйным и как растения точно определяют время для этого? Вот научное объяснение.

Стремительный рывок в росте

Для многих растений весенние условия для роста близки к идеальным. Вода, тепло и солнечный свет внезапно становятся легкодоступными.

Растениям больше не нужно сдерживаться. Они могут возобновить почти неограниченный рост и обладают энергией и ресурсами, чтобы инвестировать в цветение.

Сады и природные участки — это высококонкурентная среда. Растения спешат произвести множество цветов, надеясь получить преимущество в репродуктивной гонке, которая в конечном итоге может привести к образованию семян и размножению.

Птицы, пчёлы (и другие насекомые)

Цветковые растения (покрытосеменные, или angiosperms) — относительно недавние гости на эволюционной временной шкале. Они стали значимыми в меловой период, около 100–120 миллионов лет назад.

К тому времени насекомые уже существовали и эволюционировали миллионы лет. Птицы эволюционировали примерно в то же время, что и цветковые растения, но на несколько миллионов лет раньше.

Растения «заметили», что эти существа отлично справляются с распространением пыльцы и семян. Многие цветковые растения эволюционировали, чтобы использовать их полезные услуги.

До покрытосеменных древние растения использовали споры для размножения. Хвойные, которые эволюционировали за сотни миллионов лет до покрытосеменных, использовали ветер для распространения пыльцы. Распространение семян часто было ограниченным, ненадёжным и медленным.

Цветковым растениям нужно было привлекать опылителей и распространителей семян, таких как насекомые и птицы. Многие развили яркие и эффектные цветы — идеальную рекламу.

Таким образом, весеннее цветение совпадает с возвращением перелётных птиц и жизненными циклами насекомых (активность насекомых обычно снижается зимой). Это выгодное совпадение, которое приносит пользу всем участникам.

Всё дело в точном времени

Способ, которым цветковые растения определяют время цветения, — это превосходная биология.

Многие полагают, что более тёплые температуры запускают весеннее цветение. Но температура известна своей изменчивостью и непредсказуемостью. Это не хороший индикатор сезона или времени.

Поэтому большинство растений измеряют длину дня с помощью зелёного пигмента под названием фитохром (phytochrome, буквально «цвет растения»). Он существует в двух формах, одна из которых активна в запуске метаболизма растений.

Эта система фитохрома позволяет растениям с замечательной точностью измерять как длину дня (также известную как фотопериод), так и длину ночи. Соотношение двух форм позволяет растениям измерять время как биологические часы.

Фотопериод — очень точный и надёжный показатель времени и сезона, поэтому растения почти всегда правильно определяют время цветения весной.

У некоторых растений есть дополнительная особенность, которая может влиять на цветение: они производят ингибитор (абсцизовую кислоту, abscisic acid) перед зимой, который поддерживает их в состоянии покоя.

Абсцизовая кислота чувствительна к холоду. Поэтому с приходом весны уровень ингибитора низкий. Это в сочетании с фотопериодом помогает инициировать цветение. Два механизма вместе представляют собой очень надёжный и стабильный триггер для цветения.

Преимущества весеннего цветения

Цветение весной позволяет растениям использовать насекомых и птиц для облегчения опыления и распространения семян.

Пыльца может эффективно и целенаправленно распространяться на другие цветы того же вида. Теряется меньше ценной пыльцы по сравнению с опылением ветром.

Семена могут распространяться на гораздо большие расстояния. Семена многих видов прорастают весной, когда условия для роста наиболее благоприятны.

Не случайно цветковые растения с таким типом репродуктивной биологии очень быстро распространились по всему земному шару после своего появления в меловом периоде. Это высокоэффективные и успешные растения.

Не все могут цвести весной

Почему же тогда не все цветковые растения цветут весной?

Одно из удовольствий биологии в том, что почти всегда есть место для инакомыслия и исключений.

Некоторые растения цветут осенью, зимой или летом, но в этом всегда есть своё преимущество.

Иногда это позволяет избежать жёсткой конкуренции со всеми другими весенними цветами за привлечение опылителей.

Иногда это связано с тем, что растение ориентировано на конкретного насекомого или птицу-переносчика, для которого лучше подходит другой сезон.

Иногда это потому, что растение может выжить в высококонкурентной среде, только не цветя весной.

В сложной паутине биологии растений универсальный подход никогда не работает.

Весеннее цветение имеет много преимуществ — о чём свидетельствует нынешнее изобилие цветов, — но многие растения добились успеха, будучи другими.