Таким образом, симбиотические отношения имеют чрезвычайно большое значение для всех форм жизни на нашей планете, включая человека. Если бы мы научились воспроизводить некоторые из них, мы достигли бы невероятных результатов. Например, если бы нам удалось перенести симбиотические отношения между азотфиксирующими бактериям и бобовыми растениями (к которым относятся, среди прочих, соя, нут, чечевица, зеленый горошек и бобы) на другие продовольственные культуры, мы бы в корне изменили возможности сельского хозяйства.
Представьте себе: больше нет азотных удобрений, не загрязняются почва, грунтовые воды, реки и океаны, Адриатика не зарастает водорослями, а урожай растет, и население планеты удается прокормить, не заражая атмосферу: в реализацию этой мечты стоит вложить средства, ради этого стоит интенсифицировать исследования, причем сделать это нужно быстро, чтобы избежать необратимых последствий.
С момента окончания Второй мировой войны и до сегодняшнего дня урожайность продовольственных культур и плодородие почв постоянно росли, главным образом благодаря так называемой зеленой революции 1960-х гг. При помощи химических удобрений и создании новых, более урожайных и устойчивых к заболеваниям сортов растений эта модернизация привела к расширению площади культивируемых земель и повышению урожайности ранее использованных земель.
Но сегодня тенденция роста урожайности остановилась. Впервые за 60 лет площадь обрабатываемых земель не только не растет, но сокращается из-за климатических изменений, в то время как население планеты продолжает расти.
Как нам прокормить самих себя? Задача ближайших десятилетий – найти способы осуществления новой зеленой революции, которая вновь позволит повысить урожайность, но без ущерба для окружающей среды. Вот почему перенос симбиотических отношений между азотфиксирующими бактериями и бобовыми культурами на другие продовольственные культуры был бы истинным прорывом в сельском хозяйстве. Способность растений передавать информацию поможет нам прокормить человечество!
Общение между растениями и животными
Электронная почта и телекоммуникации
Внутренние коммуникации в мире растений, как их назвали бы в деловом мире, действуют весьма эффективно. Но как растения общаются с другими существами?
Поскольку растения не могут покинуть место своего рождения, им нужна помощь в приеме внешней информации и отправлении сообщений, а также мелких частиц, таких как пыльца, обратно во внешний мир. Поэтому они разработали своеобразную систему почтовых отправлений. Иногда почтальоном служит ветер, иногда вода, но чаще всего в этой роли выступают животные, особенно это касается таких деликатных функций, как защита или размножение. Решился бы кто-нибудь из нас отправить важное сообщение в закупоренной бутылке или на бумажном самолетике? Гораздо надежнее поручить это дело животному (вспомните о почтовых голубях, которые служили людям для этой цели на протяжении многих столетий). Но как растениям удается убедить насекомых и других животных выступить в роли «Пони-экспресс»?
Ниже в разделе «Честные и нечестные растения» мы подробно обсудим способы спаривания растений и те средства, с помощью которых они убеждают растения помочь им в опылении и размножении. Однако сначала давайте рассмотрим другие ситуации, когда растения прибегают к помощи животных. Начнем с самой распространенной задачи – с защиты.
На помощь! Пришлите подкрепление!
(Система защиты растений, основанная на коммуникации)
Представьте себе насекомое, которое усаживается на лист растения с намерением его съесть. Растение замечает это и немедленно выстраивает систему защиты. Сначала оно идентифицирует агрессора, и лишь потом, поняв, кто на него нападает, может успешно себя защитить.
Чаще всего растения применяют химическое оружие – вырабатывают специфические вещества, которые делают его невкусным, несъедобным или даже ядовитым для насекомого. Чтобы избежать лишних энергетических затрат, производство этих средств устрашения осуществляется только в листьях, подвергшихся нападению, и в соседних листьях, в расчете на то, что это отпугнет агрессора. Зачем тратить много энергии, если можно обойтись местными средствами?
Каждое принимаемое растениями решение основано на таком расчете: какой минимальный расход ресурсов позволит решить конкретную проблему? Чаще всего этот расчет и эта стратегия оправдываются. В нашем примере насекомое попробует один или два листа, а затем улетит, привлеченное запахом другого растения. Победа!
Выпуская новые листья, растение легко восстановит небольшие потери. Как мы знаем, удаление даже значительных фрагментов не обязательно вызывает нарушение функции или гибель растения. В нашем примере реакция растения на нападение умеренная, можно сказать, благоприятная.
Но если, несмотря на неприятный вкус, насекомое продолжает поедать листья или если к столу прибывают новые гости, растения бывают вынуждены применять более суровый подход. В одних случаях они синтезируют «устрашающие» химические вещества во всех листьях и выделяют в воздух летучие молекулы, чтобы предупредить соседей о необходимости обороны. В других они могут… послать за подкреплением!
Враг моего врага – мой друг
Каждый новый день является свидетельством продолжающейся 400 миллионов лет битвы за существование между растениями и растительноядными организмами. Безусловно, самая многочисленная группа растительноядных организмов – это насекомые, для которых растения являются прекрасным источником пищи и средой обитания с самыми разнообразными экологическими условиями. Бесконечные конфликты оказывают сильнейшее селективное давление, определяющее эволюцию и растений, и насекомых, и контролирующее их распространение во времени и в пространстве.
Для защиты от насекомых растения изобрели несколько специфических механизмов, а насекомые, со своей стороны, тоже не ленились и разрабатывали все новые и новые стратегии нападения. Это бесконечная гонка вооружений, вызванная параллельной эволюцией растений и растительноядных животных – двух групп враждующих существ, которые в результате постоянных столкновений очень хорошо друг друга изучили.
Вам никогда не приходилось видеть на упаковке салата надпись «Произведено в условиях интегрального подхода к уничтожению вредителей»? Эта фраза означает, что производитель решил сократить использование пестицидов и завез на свои поля естественных врагов растительноядных насекомых, уничтожающих салат. Такие поля не опрыскивают пестицидами, а предоставляют во владение врагам вредителей салата, которые либо уничтожают вредителей, либо как минимум вызывают их на борьбу, отвлекая от растений. Это весьма разумный подход, хотя осуществить его достаточно сложно, поскольку требуется поддерживать равновесие между популяциями насекомых. Суть этого подхода можно выразить фразой «враг моего врага – мой друг».
В естественных условиях многие растения защищаются с помощью этой стратегии: они просят подкрепления у врагов свих врагов, привлекая их с помощью летучих химических веществ, и платят им за помощь. Эта стратегия дает отличные результаты без значительных энергетических затрат.
