Книга: Умные растения

Стеклянная клетка

Стеклянная клетка

Уже более тридцати лет я лелею эту сокровенную мечту — заглянуть внутрь верхушки растущего корня и снять на камеру то, чем заняты камешки. В семидесятые годы прошлого века в одной детской передаче я довольно настойчиво пытался показать действующие статолиты. Внутри живой растительной клетки. Безуспешно. Для этого понадобились бы прозрачные корни, которые при этом должны быть абсолютно неповрежденными и способными к росту. Ко всему прочему необходим горизонтальный микроскоп, чтобы кончики корней без помех росли в направлении силы тяжести. Тогда я сдался, но мечта осталась: мне по-прежнему хотелось оказаться в растительной клетке, словно в кабине самолета, и понаблюдать, как корень описывает кривую роста, ориентируясь на статолиты, точно пилот на искусственный горизонт.

Теперь, спустя десятилетия, «Умные растения» подарили мне второй шанс. Я предпринимаю новую попытку и звоню в Боннский университет. Там находится Институт молекулярной физиологии и биотехнологии растений, а в нем существует отдел гравитационной биологии. Я осторожно объясняю, что ищу возможность снять на камеру статолиты в живой растительной клетке.

— Да, никаких проблем, мы вам это организуем, — отвечает мне глава отдела Маркус Браун, которого явно веселит мое изумление. — Для нас это совсем не проблема, обычные исследовательские будни. Так когда вы хотите приехать?

В душе я почти ликую. Вершина, с которой я сорвался несколько десятков лет назад, теперь готова мне покориться! И даже без всяких трудностей. Оказывается, моя мечта — всего-навсего исследовательские будни. Но вот что заглушает мое внутреннее ликование: если это так нетрудно, почему я сам не смог это сделать? В любом случае, прибыв в Бонн с камерами и оборудованием, я ожидаю очень многого. Каким образом ученые смогли добиться невозможного? Неужели им удалось заглянуть внутрь растущего корня, ведь он не стеклянный?..

Ответ лежит на илистом дне пруда, расположенного в Боннском ботаническом саду. Йенс Хауслаге и Николь Гройель, представители молодого поколения исследователей института, опускаются на колени у самой воды и, вытянув руки, пытаются достать до дна. Точнее, они стремятся раздобыть водоросли, которыми оно покрыто. Это самые обычные харовые водоросли, или «хара» (chara), как они называются по-научному. Хара напоминает хвощ, так как из ее стеблей через одинаковые промежутки тянутся целые группы отростков. Йенс и Николь набирают несколько горстей водорослей и набивают ими пивной бокал — исследовательский материал на ближайшие несколько дней готов.

Такая подготовка особенно не впечатляет. Речь идет о серьезном научном исследовании, а мы всего-навсего собираем зелень со дна пруда в Боннском ботаническом саду. То же самое можно было сделать двести лет назад. Ни капли экзотики. Обычные водоросли, а не редкая орхидея из какого-нибудь малоизученного уголка нашей планеты. Самое заурядное растение, которое, засучив рукава, можно достать из любого заросшего пруда. Почему же именно харовые водоросли?

Йенс объясняет: эти водоросли — настоящая находка для биологов, потому что в случае необходимости они образуют клетки длиной в несколько сантиметров.

— Сантиметров? — удивленно переспрашиваю я, так как обычно клетки растений микроскопически малы.

— Да-да, — подтверждает Йенс, — они образуют нитеобразную клетку толщиной всего одну тридцатую миллиметра, зато до трех сантиметров в длину.

Позднее я смог понаблюдать за такой клеткой в лаборатории. Она — своего рода аварийное оборудование на тот случай, если часть растения оторвется и уплывет куда-нибудь далеко.

Йенс окончательно входит в раж, рассказывая о стратегии выживания этих водорослей, у него даже глаза заблестели. Как только фрагмент стебля хары отнесет течением в другое место, из него, как из черенка, может вырасти целое новое растение. Первым делом, чтобы не уплыть дальше, оно должно как можно скорее закрепиться в почве. Для этого в течение всего лишь двадцати четырех часов водоросль запускает в речной грунт ту самую напоминающую корень длинную клетку. Она должна принять вертикальное положение, чтобы проникнуть как можно глубже. Это не настоящий корень, а скорее якорь — так называемый ризоид, предназначенный только для того, чтобы удержаться в грунте; он не способен добывать какие-либо питательные вещества.

Неудивительно, что клетка, демонстрируя чудеса роста, устремляется в глубь грунта, следуя указаниям статолитов. Удивление и радость биологов она вызывает потому, что дает возможность каждому, кому это интересно, увидеть все собственными глазами: огромная клетка полностью прозрачна. Точно стеклянная. С первого взгляда на нее понимаешь, что оторваться невозможно. Под микроскопом видно, как проворные потоки частиц прокладывают себе дорогу. Они делятся и огибают ядро клетки, точно это остров посреди речного простора. И постоянно возникает впечатление, что они очень торопятся, будто им нужно поскорее завершить какое-то срочное дело.

Особенно интересно то, что происходит ниже, на верхушке ризоида. Здесь перекатывается всего лишь десяток коричневатых статолитов. Если смотреть в микроскоп, они представляются круглыми и довольно большими, точно галька (кажется, они как раз уместятся на ладони), но в действительности статолиты в сотню раз меньше песчинки.

— Водоросли хара образуют свои статолиты из сульфата бария, — поясняет Йенс, — он гораздо плотнее клеточной жидкости, примерно в четыре раза.

Однако массивные камешки не лежат на месте, подобно гальке в русле реки. Почти прижавшись к верхушке ризоида, они раскачиваются и приплясывают, словно их сдерживает какая-то невидимая сеть.

— Так и есть, — объясняет Йенс, — статолиты не могут перекатываться сами по себе, камешки двигаются внутри эластичной сетки, состоящей из прядей молекул, и эта сетка охватила всю верхушку клетки.

Невероятно! Йенс совсем недолго объясняет мне поведение статолитов, однако кончик ризоида успевает протянуться через все поле зрения микроскопа и вырваться за его пределы. От такой скорости дух захватывает. Интересно, поворот он совершит столь же стремительно?

Йенс разворачивает нитеобразную клетку поперек, затем помещает в горизонтальное положение. С его специальным горизонтальным микроскопом это всего лишь одно движение руки, для меня же происходящее — премьера долгожданного спектакля: на моих глазах статолиты, задрожав, приходят в движение. Они подчиняются силе тяжести, которая увлекает их в новом направлении — вниз, к стенке нитеобразной клетки. Уже через две минуты некоторые из них действительно добираются до цели, и «камнепад» начинает делать свое дело. Верхушка ризоида как по команде отклоняется от своего привычного пути и совершает поворот вниз. Ровный поворот, без покачивания и корректировки курса, как будто за штурвалом сидит опытный пилот, ускоряющий рост верхней стенки клетки и тормозящий развитие нижней. Камешки скользят в том направлении, которое указывает им сила тяжести, и, как только верхушка вновь принимает вертикальное положение, они занимают свою исконную позицию. Так статолиты сигнализируют клетке, чтобы она прекратила расти по кривой. И дальше клетка отрастает вниз по прямой — в направлении центра Земли.

Нитеобразному корню не потребовалось даже двух часов, чтобы снова занять привычную позицию. Для растений это стремительная скорость. Правда, как говорит Йенс, не все ризоиды водорослей хара реагируют с такой быстротой.

— У каждой водоросли свои индивидуальные черты, свой уровень чувствительности. Одни не любят перепадов температуры, другие не выносят контакта с воздухом, а некоторые, как чемпионы, закладывают поворот на огромной скорости, мгновенно реагируя на приказы статолитов.

Харовые водоросли из пруда Боннского ботанического сада позволили нам разгадать их загадку: наглядно продемонстрировали, как растения воспринимают свое положение в пространстве и, если необходимо, корректируют его. Подобно людям и животным, они при этом ориентируются на положение своих статолитов — наилучшее решение для всех жителей планеты, самых разнообразных живых существ!

И все-таки в случае с растениями существует основательное отличие, вынуждающее гравитационных биологов искать объяснения. У животных статолиты побуждают нервные клетки испускать сигналы, которые сообщают организму о его нынешнем положении в пространстве. У растений нервов нет. Как же они получают сигналы от камешков? Ведь клетка корня каким-то образом должна определить местоположение статолитов. Но как?

— Мы просто-напросто не знаем этого. Пока не знаем, — говорит Йенс таким тоном, будто хотел подчеркнуть: в скором времени это прояснится.

— А какие есть предположения? — спрашиваю я и тут же узнаю, о чем догадывается большинство ученых. Судя по всему, решающую роль играет вес статолитов: они прижимаются к внутренней стороне клеточной мембраны, делают в ней небольшое углубление и изменяют ее форму. Таким образом, давление камешков и есть возбудитель всех дальнейших сигналов и реакций клетки.

— Звучит убедительно, — заключаю я, пытаясь спровоцировать Йенса на дальнейший разговор. Что же молодому ученому не нравится в этом объяснении?

— Скорее всего, оно не соответствует действительности, — быстро и уверенно отвечает Йенс. А затем поясняет: — Наши предыдущие полеты по параболе не подтвердили эту догадку. Следующий полет планируется в сентябре, тогда мы что-нибудь узнаем. Я надеюсь на это.