Юный техник, 2004 № 06 - [6]
Впрочем, что там фотосинтез!.. Совсем недавно выяснилось: каждый зеленый листок — это своего рода кибернетическое устройство.
Началось же с того, что американские исследователи Дэвид Пик и его коллеги из университета Юты обратили внимание: растения способны довольно точно регулировать поглощение и выделение газов через устьица своих листьев.
Устьицами, напомним, называются микроскопические щели на поверхности листа между двумя растительными клетками. Открывая и закрывая их, растение может как потреблять газ из атмосферы, так и «выдыхать» его.
Ночью, когда растение спит, оно, как известно, выбрасывает в атмосферу углекислый газ и потребляет кислород. Днем, когда питается, наоборот — забирает из атмосферы углекислый газ СО>2 и превращает его в кислород О>2. И при этом ему удается соблюдать оптимальный баланс: потреблять из атмосферы максимально возможное количество газа, испаряя в то же время минимальное количество запасенной корнями влаги. Это, между прочим, не такая простая задача, поскольку микроскопические устьица-щели на одном лишь листе исчисляются многими тысячами, открываются же и закрываются они в строго определенном порядке. Причем процессы идут довольно быстро — в некоторых случаях счет идет на доли секунды.
В общем, получается, что зеленый лист все время как бы решает задачки о трубах и бассейне. Даже на уроках математики в школе с подобными задачами приходится иной раз помучиться. На практике при решении аналогичных задач в автоматических системах управления специалисты вынуждены прибегать к так называемым методам «распределенных расчетов». То есть таким способам обработки информации, при которых приходится учитывать огромное количество факторов, используя мощные быстродействующие компьютеры.
Компьютера, каким мы привыкли его видеть, в зеленом листе, конечно, нет. Да и во всем растении — тоже.
Тем не менее, судя по словам известного биолога, академика Владимира Шувалова, российскими и зарубежными исследователями сегодня установлено: некоторые стадии процессов газообмена, фотосинтеза, метаболизма внутри каждой клетки зеленого листа могут протекать настолько быстро, что их приходится измерять фемтосекундами. Одна же фемтосекунда равна 10>-15 секунды! Таким скоростям действия могут позавидовать даже супер-суперкомпьютеры. Растение же успевает «обсчитать» все факторы и дать в нужное время нужную команду устьицам.
Более того, ученые заметили даже, что на поверхности листа часто наблюдаются целые области или сегменты, в которых все устьица либо открыты, либо закрыты. Таким образом, как установили, растение оптимизирует процессы управления. Контролировать сразу несколько устьиц одного сегмента, работающих синхронно, все-таки легче, чем поодиночке.
Ученые выявили также статистику, определяющую как размеры сегментов, так и время ожидания их открытия или закрытия. Оказалось, что алгоритмы работы устьиц вполне могут быть рассчитаны по законам кибернетики. Словом, лист растения действует и в самом деле словно тысячи хороших роботов — четко, без сбоев и в нужном ритме.
Американские исследователи сочли даже, что результаты их исследований можно толковать в пользу «разумного поведения растений», ссылаясь на тот факт, что аналогичные процессы наблюдаются, скажем, в муравейнике. Муравьи ведь обмениваются друг с другом определенными сигналами и сообща куда быстрее находят источники пищи, определяют оптимальные трассы ее доставки в свои кладовые.
При этом каждый отдельный муравей, как выяснили новосибирские биологи (подробности см. в «ЮТ» № 7 за 1997 г.), обладает проблесками разума и умеет считать в пределах десятка. А стало быть, и растения, возможно, тоже имеют некие зачатки интеллекта…
На этом давайте пока остановимся. Метод аналогии нас может завести очень далеко. Подумаем лучше о другом. Если в зеленом листе имеются сложные устройства, по своим возможностям сравнимые с микрочипами, значит, где-то в растении, по идее, должен быть и центральный микропроцессор.
Аналог его в 70-х годах XX века обнаружил профессор кафедры физиологии растений Тимирязевской академии И.И. Гунар. Он предположил, что шейку корней растения, которая имеет свойство сжиматься и разжиматься подобно сердечной мышце, можно в какой-то мере уподобить и нервному (или вычислительному?) центру.
Кстати сказать, природа очень мудро расположила этот центр — как раз на границе между надземной и подземной частью растения, откуда наиболее удобно вести управление всеми процессами.
Как это часто бывает в науке, полученные результаты породили массу новых вопросов. Помните фразу о признаках разумного поведения растений? Оказывается, и она находит свое подтверждение!
С помощью все тех же устьиц растения, как выясняется, способны не только регулировать потоки газообмена, но и обмениваются сигналами. Крис Райян, биолог из университета штата Вашингтон, обнаружил, что как только гусеница или другой вредитель принимается за лист на томатном кусте, остальные листья тотчас начинают вырабатывать протеиназу — вещество-ингибитор, которое связывает у гусениц пищеварительные ферменты, тем самым затрудняя, а то и делая невозможным усвоение ими пищи.
