Вокруг Света 2007 № 10 (2805) - [2]

  

Панцирь, которым покрыто семя лекарственного растения наперстянка, состоит из множества ячеек. Он защищает зародыш от повреждений и избытка влаги, что позволяет ему пережить тяжелые времена

Изобретательные растения

У семенных растений есть два варианта стадий покоя: пыльца и семена. По строению и способу образования пыльца больше всего похожа на споры их эволюционных предшественников — споровых растений, но функция у нее другая. Из одного пыльцевого зерна не может вырасти целое растение. Предназначение пыльцы — обеспечить широкое распространение мужских половых клеток. «Отцовского» растения, на котором образовалась пыльца, может уже не быть в живых, а пыльца с его генами сохраняется и, попав на женскую особь, опыляет ее и производит новое поколение.

Настоящая новация в стадиях покоя принадлежит цветковым растениям — это семя. Оно как космический корабль, где есть надежный корпус, путешественник и полный запас провизии. В семени скрыт зародыш, он очень мал, но в нем уже заложены все органы целого растения, чтобы сразу после раскрывания капсулы, без промедления запустить все жизненные функции, начиная от всасывания воды маленьким корешком, кончая фотосинтезом в зародышевых листьях — семядолях. Для надежности маленькому путешественнику в дорогу дан с собой запас провизии — эндосперм.

Как же живым существам удается прекратить биохимические реакции и впасть в состояние, близкое к смерти? Механизмы анабиоза лучше всего изучены у микроорганизмов. Здесь действуют три фактора. Первый — обезвоживание: биохимические процессы могут идти только в водных растворах, а при недостатке воды они останавливаются. Второй фактор — блокирование ферментов с помощью особых веществ, которые в избытке накапливаются в покоящихся клетках, в частности ионов металлов. И третий — изменение конфигурации молекул самих ферментов, при котором они приходят в нерабочее состояние. У спор грибов есть еще одно приспособление: внутри они разделены на отсеки, и биохимические реагенты хранятся по отдельности, отгороженные друг от друга мембранами. Возможно, похожие процессы действуют и у других организмов, но об этом известно очень мало.

  

Когда семечко брюквы выходит из анабиоза, первым из семенной капсулы появляется зародышевый корешок. Он начинает всасывать воду, за счет чего остальная часть зародыша разбухает и сбрасывает кожуру

Убийцы в анабиозе

Впадающие в анабиоз зародыши — «изобретение» очень ценное, особенно для паразитов. Однако, обеспечив себе полный комфорт и дармовое продовольствие, они в то же время оказываются в полной зависимости от жизни своего хозяина. Смерть его была бы катастрофой для целой популяции паразитов, если бы природа не приспособила их к стадиям длительного хранения в виде яиц и личинок. Яйца человеческой аскариды так хорошо изолированы от внешних невзгод плотной оболочкой из пяти слоев, что способны лежать во влажной почве многие годы, а в странах с ветреным климатом переносятся по воздуху и заражают людей при случайном попадании в рот дорожной пыли.

А что, если хорошо защищенную капсулу сделать самоходной и самонаводящейся? Этот вариант отработан у круглых червей из отряда Rhabditida, к которым относится ценорабдитис (Caenorhabditis elegans) — важнейший модельный объект современной биологии, за изучение которого вручили две Нобелевские премии. Обычные личинки ценорабдитис при очередной линьке в случае дефицита пищи или перенаселенности переходят в спящее состояние, называемое дауэр-личинками. У дауэр-личинок плотнее оболочка-кутикула, ротовое и анальное отверстия заросшие, а в стенках кишечника содержатся большие запасы жира. Обмен веществ в них сильно замедлен, они не питаются, устойчивы к химическим воздействиям, высоким температурам и глубокому охлаждению и, что самое поразительное, сохраняют способность к активному движению. Одним из сигналов к пробуждению для них служит запах, вернее, его отсутствие. Взрослые червяки выделяют определенный феромон — пахучее вещество, улавливаемое личинками. Когда его концентрация снижается, что означает малочисленность или отсутствие взрослых особей, «уснувшие дети» начинают просыпаться.

Черви-штейнернемы (Steinernema) паразитируют на насекомых. Их «спящие» личинки запрограммированы на то, чтобы выследить жертву, проникнуть в нее, впрыснуть смертельные бактерии Xenorhabdus, которые живут в симбиозе с этими червями, а потом превратиться в обычную прожорливую личинку и пировать, поедая трупные ткани. Из-за этих способностей штейнернем применяют в сельском хозяйстве и декоративном цветоводстве как средство борьбы с насекомыми-вредителями.

  

Яйца с личинками внутри взрослой нематоды Caenorhabditis elegans. При неблагоприятных условиях личинки наращивают плотный «скафандр», перестают питаться и впадают в спячку

Случается, что и свободноживущие животные оказываются в жесткой зависимости от капризов внешней среды и вынуждены отправлять свое потомство в анабиоз. Таких мало среди обитателей морей, но много в почве и пресных водоемах. Почти во всех группах беспозвоночных животных, освоивших эти места обитания, есть покоящиеся стадии, способные выдержать самые трудные испытания — зимовку и засуху.