На грани жизни - [34]
не существуют. В таком случае, как же переносят суровые зимние месяцы растительные организмы?
В течение длительного процесса эволюции различные виды растений выработали приспособления (физиологические, анатомические, биохимические) для выживания при неблагоприятных зимних условиях, обеспечивая таким образом продолжение вида. Однолетние растения проводят зиму в виде сухих зрелых семян, пребывающих в состоянии анабиоза. Большая часть двулетних и многолетних растений теряет свои наземные органы и перезимовывает, хорошо защищенная от морозов и снега, находясь в земле в виде луковиц (лук, подснежник, тюльпан и др.), клубней (картофель, георгины и др.) и корневищ (папоротник, примула, мать-и-мачеха) в состоянии покоя.
Но как перезимовать озимым культурам и древесным видам растений, которые подвержены непосредственному воздействию холодов? Установлено, что еще с осени растения начинают готовиться к зимовке под воздействием понижения температуры и главным образом сокращения продолжительности светового дня, причем древесные виды завершают свой активный рост и готовятся к переходу в состояние покоя. Подготовка растений выражается в понижении обмена веществ и процесса дыхания и в усилении фотосинтеза, что приводит к накоплению запасов питательных веществ — углеводов, белков, жиров, минеральных солей и др. Некоторые из этих веществ повышают густоту сока в клетках и тем самым понижают его точку замерзания (например, клеточный сок, отцеженный из некоторых растений, замерзал лишь при температуре от -5 до -10 °C).
По мнению ряда ученых, растения проходят через две фазы подготовки к состоянию покоя. Во время первой фазы рост прекращается, резко уменьшается интенсивность всех физиологических и биохимических процессов, а листопадные виды (широколиственные деревья) теряют листья. Вторая фаза начинается с первыми холодами (от -4 до -5 °C), когда растение теряет значительное количество воды (обезвоживание клеток) и наступают глубокие физико-химические процессы — изменяются коллоиды, которые становятся более устойчивыми к коагуляции. В результате растения становятся более холодостойкими, и эта устойчивость возрастает в течение суровой зимы. В это время организм растения переходит в состояние глубокого покоя. Неподготовленные к зимовке замерзшие растения погибают потому, что образовавшийся лед в их межклеточных пространствах повреждает цитоплазму. Но зимой этого не происходит, так как клетки растительных тканей связаны между собой особыми цитоплазматическими мостиками, называемыми плазмодесмами, они переходят сквозь поры из одной клетки в другую. При переходе растения в состояние глубокого покоя плазмодесмы втягиваются внутрь клеток и цитоплазма теряет связь с оболочкой (изолируется). На ее поверхности у древесных видов накапливаются жировые вещества. Благодаря процессу изоляции цитоплазмы кристаллики льда, возникающие в межклеточных пространствах, уже не оказывают давления на цитоплазму и не повреждают ее. Внутри клеток у закаленных растений лед образуется при значительно более низких температурах. Однако при очень суровых зимах озимые культуры и плодовые деревья и кустарники все же частично погибают. Вот почему ученые-селекционеры трудятся над созданием морозоустойчивых сортов плодовых и озимых культур. Установлено, например, что для некоторых растений (помидор, огурец, перец, хлопчатник и др.), которые повреждаются не только низкими минусовыми температурами, но и низкими плюсовыми температурами, для повышения их морозоустойчивости необходимо предпосевное закаливание семян переменной температурой (сначала +12 °C, а затем -3 °C) на протяжении нескольких дней. Закаленные таким образом растения становятся морозоустойчивыми и лучше переносят низкие плюсовые температуры и даже весенние утренние заморозки, а также повышают свою продуктивность.
Весной, с увеличением длительности светового дня и потеплением, растения выходят из состояния покоя, в результате чего их морозоустойчивость значительно понижается. В этот период опасность замерзания при внезапном похолодании или выпадении снега велика.
Устойчивость видов микроорганизмов и растений к воздействию неблагоприятных внешних факторов (высокие и низкие температуры, засухи и др.), при которых они впадают в состояние покоя или анабиоза, следует рассматривать как защитное приспособление, выработанное в течение длительного эволюционного процесса.
Где находят применение анабиоз и зимняя спячка — эти патенты природы?
В последние десятилетия в хирургической практике все чаще стали применять (различные виды трансплантации (пересадок) для замены больных тканей у человека (кровеносных сосудов, крови, костного мозга, кожи, роговицы глаза, кости и др.) и даже целых органов (почек, поджелудочной железы, селезенки, печени, сердца и др.). Для того чтобы в нужный момент обеспечить необходимые ткани или органы, сначала рассчитывали на людей-доноров (дающих кровь или костный мозг), а чаще уповали на случай: вдруг окажется под рукой внезапно скончавшийся в результате катастрофы человек, у которого можно взять необходимые здоровые органы. Но на такие случаи трудно рассчитывать. Бесспорно, значительно удобнее и практичнее иметь в наличии для неотложной пересадки хранящиеся в течение известного периода времени необходимые ткани или органы. Это заставило ученых вспомнить о патентах природы — способности многих видов организмов впадать в анабиотическое состояние.
