Растения, которые двигаются: как новозеландский вид рассеивает семена в высокогорной влажной среде
Высоко в альпийском лугу Гезине Пуфал из Университета Веллингтона (Новая Зеландия) присела на корточки и плеснула воды из своей бутылки на зелёную подушку низкорослого растения, а затем отступила, ожидая, не начнёт ли что-то двигаться. Звучит безумно? Многие проходящие мимо туристы могли так подумать, но Пуфал пыталась найти потенциальные виды растений, обладающие типом движения, называемым гигрохазией.
Хотя способность двигаться обычно считается уникальной характеристикой царства животных, растения также способны к движению — от внезапного захлопывания венериной мухоловки до более медленного ползучего роста побегов ипомеи.
Пуфал и её коллег интересовал другой тип движения растений — используемый для рассеивания семян, называемый гигрохазией. В то время как большинство растений полагаются на внешние источники, такие как животные или ветер, для перемещения семян, некоторые имеют специализированные, самодостаточные механизмы. Гигрохазия сочетает движение органа растения с рассеиванием семян: в ответ на влагу (например, капли дождя) вода заполняет определённые клетки или клеточные стенки, изменяя их размер, что, в свою очередь, раскрывает коробочку и выбрасывает находящиеся внутри семена.
«Гигрохазия — это механизм раскрытия, который ранее считался очень специфичным для растений из очень сухих сред со спорадическими осадками, — отмечает Пуфал. — Когда закрытые плоды некоторых пустынных растений смачиваются дождём, они открываются, и семена рассеиваются, что позволяет немедленно воспользоваться недавно увлажнённой почвой и обеспечить успешное прорастание».
Хотя гигрохазия в основном была обнаружена у растений в ксерофитных (сухих) условиях, интерес Пуфал вызвали сообщения о гигрохастических коробочках у растений из более влажных сред, включая некоторые альпийские подушкообразные виды Veronica в Новой Зеландии.
Поиски Пуфал увенчались успехом — она исследовала коробочки 17 видов Veronica, чтобы изучить функцию и анатомию этого механизма раскрытия. Результаты были опубликованы в сентябрьском номере American Journal of Botany.
Чтобы определить, какие виды Veronica являются гигрохастическими, авторы погружали целые сухие плодовые коробочки под воду и подвергали замороженные срезы ткани на предметных стёклах воздействию капель воды. На основе результатов 10 из 17 видов были классифицированы как гигрохастические: их коробочки открывались под водой и закрывались при высыхании, либо их клетки поглощали воду.
При более детальном изучении выяснилось, что при контакте с водой клеточные стенки одного слоя клеток, расположенных между двумя половинками (перегородкой, или septum) плодовой коробочки, заполняются водой. Эти удлинённые цилиндрические клетки набухают, увеличиваясь в диаметре и растягивая высоту и длину перегородки коробочки, но не её толщину. При этом клетки, выстилающие внешний край коробочки, имели более толстые стенки и содержали лигнин — они не набухают от воды и создают жёсткий внешний край. Когда внутренняя ткань набухает, а внешняя остаётся жёсткой, половинки коробочки расходятся, и клапан на внешнем крае раскрывается. По мере расширения щелей образуется «брызгающая чашечка».
Это движение обратимо: когда коробочка высыхает, набухание спадает, и клетки возвращаются в исходное положение.
В отличие от этого, клетки в перегородке у оставшихся 7 видов Veronica имели толстые клеточные стенки, и все стенки в плодовой коробочке были полностью лигнифицированы. Эти виды авторы классифицировали как созревающие с растрескиванием, поскольку они открывались при созревании и оставались открытыми при любых погодных условиях.
«Самый важный вывод нашего исследования, — подчёркивает Пуфал, — заключается в том, что мы описали функцию и анатомию этого очень специфического механизма раскрытия у некоторых новозеландских Veronica, и эти виды встречаются в новозеландских Альпах, где условия прямо противоположны пустынным — большую часть года здесь очень влажно».
Почему же эти растения демонстрируют такое поведение?
«Мы уже публиковали некоторые результаты, указывающие, что гигрохазия у альпийских Veronica может служить стратегией безопасного места для семян в неоднородной среде, ограничивая рассеивание подходящими участками, — отмечает Пуфал. — Однако было бы интересно исследовать гипотезы о гигрохазии у растений совершенно разных местообитаний, таких как прерии или водно-болотные угодья, и сравнить их с "типичными" гигрохастическими видами пустынь южной и северной Африки, а также с нашими собственными результатами работы в Новой Зеландии. Что происходит в других экстремальных условиях, таких как субантарктические острова или тундры за Полярным кругом?»
«Мы также считаем, что возможны будущие исследования эволюции гигрохазии у альпийских представителей крупной клады Veronica в Новой Зеландии (100+ видов), — заключает Пуфал. — Следует ли гигрохазия филогении или она развивалась независимо?»