ЭКОСИСТЕМЫ ЛЕСОВ И ЛУГОВ
ЛЕСА АМАЗОНИИ НАКАПЛИВАЮТ ПЫЛЬ САХАРЫ
Экологи считают, что влажные тропические леса Амазонии в известном смысле существуют за счет пыли, приносимой из пустыни Сахара и районов Сахеля. По их подсчетам, приблизительно 12 000 000 тонн пылевых частиц, ежегодно выносимых из Африки, перемещаются через Атлантику и втягиваются в огромные вихревые системы, формирующиеся над Амазонией. Используя приборы, установленные в джунглях Амазонии для постоянных метеонаблюдений, они зафиксировали нисходящие пылевые потоки воздуха, хорошо коррелирующие с вихревыми системами.
Пылевые частицы богаты фосфатами, различными микроэлементами, что делает их исключительно важными для жизни тропических лесов. По оценкам ученых, из атмосферы в бедные микроэлементами почвы Амазонии поступает ежегодно более 1 кг фосфатов на 1 га.
Задание.
Какие измерения необходимо было провести ученым, чтобы установить количество пыли, приносимой потоками воздуха?
ГРИБЫ - НЕБЕЗОПАСНЫЕ ИНДИКАТОРЫ
Волна массовых трагических отравлений грибами (1991 г., Красноярский край, Воронежская, Липецкая и Ульяновская области России) наглядно продемонстрировала недостаток знаний о грибах. Так называемые высшие грибы, к которым относятся и съедобные, оказались в невыгодном положении: у нас почти все знают, где и когда можно их собирать, какие из них ядовитые, но этим: как правило, и ограничиваются все сведения. До сих пор нам очень мало известно о происхождении и эволюции грибов, еще не четко определено их систематическое положение. Мало кто знает, что грибы, как и лишайники, - хорошие индикаторы антропогенной нагрузки на леса. Так, наличие или отсутствие тех или иных видов грибов свидетельствует об экологическом состоянии среды.
Грибы подчиняются общим физиологическим законам, регулирующим жизненные функции всех живых существ. Однако в силу специфичности и гетеротрофного питания, организации, условий жизни, сложности симбиотических отношений микоризных грибов с корнями высших растений грибы наиболее уязвимы в экологическом плане.
Лесная почва, особенно в прикорневой зоне деревьев, пронизана грибницей микоризных грибов, а на поверхности почвы появляются многочисленные плодовые тела. Микоризный симбиоз часто зависит от окружающих условий, и понятно, что состав почвы влияет на химический состав грибов даже в большей степени, чем на зеленые растения. Особенно важен химический состав почвы для шляпочных грибов, используемых в пищу. Даже один и тот же вид в зависимости от субстрата, на котором развивается, условий питания и климата может быть ядовитым или съедобным.
Вполне возможно, что два вида одного и того же рода, морфологически очень сходные, обладают различными свойствами и различным химическим составом, например, развивающиеся на почве или древесине свинушки толстая и тонкая, ставшая в последние годы причиной отравления человека.
Ассортимент видов съедобных грибов очень различен в разных странах и даже в пределах одной и той же страны. В Великобритании и США дикорастущие грибы вообще не собирают и не используют; в Германии и во Франции многие виды сыроежек считаются ядовитыми; в Швейцарии население никогда не употребляет белые грибы (боровики). В Германии строчок обыкновенный (Gyromitra esculenta) относят к смертельно ядовитым, а в других странах его считают съедобным. Дело в том, что в зависимости от условий развития или вида гриба содержание токсина гидрометрина в строчках колеблется.
Важная особенность обмена веществ у грибов - их избирательная способность к накоплению элементов, в том числе и опасных для здоровья человека. Это свойство делает грибы хорошими индикаторами загрязнения среды, не хуже чем лишайники. Особенно опасно для человека накопление в грибах тяжелых металлов, которых много в промышленных районах, вблизи крупных городов и автомобильных и железных дорог. Хорошими накопителями кадмия служат подберезовики, меди - свинушки, черные грузди, кобальта и цинка - летние опята. Ртути в грибах может быть в 30-350 раз больше, чем в почве, на которой они растут.
Различное взаимодействие, механическое или химическое оказывают друг на друга и сами грибы. Химическое взаимодействие обуславливается продуктами обмена, которые поступают в среду. Так, плесневые грибы (пенициллы и аспергиллы), выделяя сильно действующие вещества, могут частично обрастать мицелии гименомицетов (шляпочных грибов), приостанавливая или замедляя рост грибницы. Многие из этих веществ токсичны.
Физиологически активные вещества и токсичные продукты грибы получают из почвы, плесневых почвенных грибов, микроорганизмов, высших растений, грибов-паразитов (микофильных грибов).
Говоря о высокой физиологической активности разных съедобных грибов, не надо забывать, что биологически активные вещества в малой концентрации могут действовать как стимуляторы, с другой стороны, при их накоплении в изменившихся внешних условиях они могут выступать как токсичные продукты.
Микотоксины издревле рассматриваются как наиболее токсичные и опасные для человека. Микотоксикозы - это заболевания человека и животных, связанные не только с отравлением самими грибами, но и с загрязнениями пищевых продуктов и кормов токсинами (ядами) грибов). В настоящее время известно более 300 микотоксинов различных низших и высших грибов.
Молодые грибы по пищевой ценности превосходят старые и перестоявшие. В старых грибах преобладают процессы разложения, в результате чего образуются токсичные продукты Это в значительной мере также зависит от внешних условий, особенностей питания, причем влияние на гриб может быть не сиюминутное, а растянутое на годы.
Вероятно, последние массовые отравления могли быть связаны и с трансформацией грибов, с изменениями метаболизма вследствие токсических влияний внешней среды. Это может привести к выработке новых токсинов, накоплению вредных продуктов, биологически активных веществ, которые в прежних условиях синтезировались в минимальных концентрациях. Нельзя исключить и изменения организма, реактивность человека: ослабления ферментативных обезвреживающих систем; нарушения в цепи переноса электронов, прежде всего в работе цитохрома Р-450; выраженную аллергизацию населения, снижения функциональной активности антимутагенных факторов и т.д.
Грибы, как бесхлорофилльные гетеротрофные организмы, могут служить моделью для изучения сложнейшего экологического влияния среды. Под воздействием различных загрязнений они сами начинают адаптироваться, сопротивляться вредоносному прессингу. В связи с этим возможна их трансформация, изменения обмена веществ, накопление в больших количествах минорных экстрактивных компонентов высокой биологической активности и появление новых токсинов, в том числе и нестойких. В связи с этим должно быть пересмотрено отношение к грибам, как к безвредному пищевому продукту.
ЯДОВИТЫЕ ГРИБЫ
Сегодня насчитывают около 20 видов ядовитых грибов: бледная поганка, мухоморы (пантерный, вонючий, красный, весенний), зонтик гребенчатый, паутинник оранжево-красный, шампиньон желтокожий, волоконница Патуйяра, серно-желтый и кирпично-красный опенок, беловатая и восковатая говорушки, серая энтолома, тигровая, белая и серно-желтая рядовки, ложнодождевик, строчок.
В классическом руководстве профессора Московского университета М.И.Голенкина (1911) отмечено, что нет ни одного признака, по которому можно было бы отличить ядовитый гриб от неядовитого. Единственное средство: знать грибы, собирать только хорошо известные и качественные. Понятие о ядовитых и неядовитых грибах неопределенно и очень индивидуально. Для одних людей почти нет ядовитых грибов, и они могут безболезненно съедать даже некоторое количество ядовитых мухоморов; другие люди совершенно не переносят грибов из-за возникающих токсикозов либо аллергических реакций. Между такими крайностями существуют переходы.
Бледная поганка - самый ядовитый гриб среди всех шляпочных собратьев. Даже один съеденный гриб может вызвать смертельный исход; летальная (смертельная) доза ядовитого вещества а-аманитина для человека 5-7 мг, а содержание аматоксинов (а-аманитина и родственных веществ) - 0,4 мг/г грибной массы.
Как гласит легенда, римского императора Клавдия (10г. до н.э. 54 г. до н.э.) отравила бледной поганкой его честолюбивая жена Агрип-
пина. Сперва блюдо из поганки так понравилось императору, что Клавдий немедля издал указ впредь к его столу подавать только этот гриб. Но вкусить вторично коварного деликатеса ему не пришлось. Действие ядов бледной поганки на организм медленное, но неотвратимое. Первые признаки отравления обычно проявляются спустя 6-12 часов, но иногда даже через сутки. Смерть же наступает через 5-10 дней после трапезы. Полагают, что для человека смертельны ее яды - аманитин и фаллин.
До недавних пор человека, отравившегося бледной поганкой, невозможно было спасти. Но в последнее время вроде появилась кое-какая надежда. Швейцарским медикам удалось отвести смерть от нескольких отравившихся. Чтобы нейтрализовать яды поганки, пострадавшим делали инъекции пенициллина с одновременным вдыханием кислорода под давлением и введением лекарственного препарата из растения расторопши пятнистой. Конечно, это лишь первые шаги в спасении людей от ядов страшного гриба.
Бледная поганка почему-то накапливает в себе изрядное количество ванадия. К чему бы? Малоопытные грибники часто путают ее с шампиньоном, иногда даже с сыроежкой зеленой. Поэтому, чтобы не случилось несчастья, очень важно знать грибы "в лицо".
В лесу иногда набредешь и на другие ядовитые создания из рода мухоморов. Чуть меньше, чем бледная поганка, ядовит мухомор вонючий. У него шляпка чистого белого цвета, а мякоть с тяжелым неприятным запахом. Весьма ядовиты еще мухомор поганковидный и мухомор пантерныйЗато мухомор красный - гриб-красавец - ядовит слабо. Не так давно он был в большом почете у народностей Севера, где его считали священным. Шаманы, наевшись мухоморов, впадали в ритуальный экстаз: гриб вызывал сильные галлюцинации. Шаманов поэтому называли еще мухомороедящими людьми. Полакомиться красным мухомором были не прочь и остальные жители Севера: в те времена он был единственным хмельным средством.
Вот как об этом в 1730 г.писал швед Ф.Й.Страленберг, который во время русско-шведской, или Северной, войны попал в плен и около 12лет жил в России на севере.
"Богатые коряки запасают на зиму как можно больше мухоморов. К праздникам они заливают их водой, настаивают и потом долго вываривают. Полученный напиток опьяняет их.Бедняки, не имеющие запасов этих грибов, собираются вокруг жилищ богатеев в надежде подобрать выбрасываемые после варки мухоморы и, наевшись их, прийти в состояние блаженства".
Мухоморы красные были в ходу и у древних викингов ( на Руси их называли варягами). Они ели мухоморы перед сражением. И когда пьянели, не испытывая страха бросались в бой.
А вот что пишет В.Солоухин в "Третьей охоте": "Профессор Введенский, как утверждает А.Молодчиков в своей книжке "В мире грибов", считал красный мухомор прекрасным грибом и, вымочив его в уксусе, с аппетитом употреблял без вреда для здоровья".
Все факты такого рода становятся понятными, когда прочтешь медицинское описание действие мухомора красного на организм:"Симптомы отравления человека красным мухомором первоначально выражаются в сильном опьянении... вскоре появляется состояние, похожее на сильную горячку, состояние опьянения длится , а, проснувшись через некоторое время, чувствует себя уже лучше. Полное выздоровление наступает уже через 2-3 дня. Случаи смерти при отравлении редки и имеют место при больших количествах поглощенного гриба".
И все-таки не стоит испытывать судьбу. В 1869 г.в мухоморах обнаружили алкалоид мускарин. Ему и приписывали дурманящее действие. Более точные биохимические исследования мухоморов в 70-х годах нашего столетия в Германии, Англии и Японии привели к открытию еще двух токсинов. Один из них - мусцимол - и служит подлинным виновником галлюцинаций и расстройства координации движений у человека.
Ядовитые грибы и токсичные компоненты вызывают различные специфические изменения в организме - гемолиз эритроцитов, мышечные боли: снижение кровяного давления, нарушения центральной нервной системы и др. При отравлении смертельно ядовитыми грибами (бледная поганка, мухомор белый и вонючий, паутинник оранжево-красный) симптомы отравления проявляются через один-два дня, когда действие токсинов почти не обратимо.
Однако не все грибы из мухоморной братии ядовиты. Вот вполне съедобные: мухомор серо-розовый, поплавок и плютей. А из съедобных грибов семейства мухоморовых наиболее ценен цезарский (кесарев), или царский гриб. Растет он в Центральной и Западной Европе. Внешне похож на мухомор красный , но без белых чешуек на шляпке. Гриб вкусен: в Древнем Риме его подавали только к столу цезаря и патрициев. Этот гриб изредка встречается и в Карпатах.
Нашествие людских толп в леса сказалось и на мухоморной братии. Мухомор щетинистый был занесен в Красную книгу. Да и вообще, не топчите мухоморы: они нужны животным. Например, служат лекарством лосям и медведям.
Задания.
РАЗГОВОР С РАСТЕНИЕМ
Грозовые тучи задернули синеву неба, и цветы одуванчика начинают складывать лепестки. Закрываются водяные лилии. Вечереет, приближается ночь, засыпает сон-трава. У некоторых растений готовятся ко сну и листья. А утром они обязательно проснутся, раскроются навстречу лучам солнца. Все растения чутко отзываются на смену дня и ночи, света и тьмы. Словно "живые" барометры, предсказывают они затяжные дожди и великая сушь.
Но растения не только "живые" барометры. Они еще и чуткие термометры. Ученые проделали такой опыт. Кончик корня у проросшего боба опускали на легкий подвижный рычаг. Перо самопишущего прибора отмечало движение, рост корешка. Потом начинали менять температуру воды, в которой находился боб. И что же получилось?
Когда температура была лишь немного выше нуля, корень не рос. Повышалась температура - и пропорционально увеличивалась скорость роста корня. Однако ровно при 45 градусах тепла рост прекращался и уже больше не возобновлялся. Чутко реагируют на тепло и холод и тюльпаны. Точно при 15 градусах тепла открываются цветки шафрана. Таких примеров в зеленом царстве сотни и тысячи, а многих мы вообще еще не знаем. Да что там тепло и холод! Растения отзываются на музыкальные звуки. Потоки музыки из мощных громкоговорителей, установленных на полях, будто действительно ускоряли рост пшеницы, риса, кукурузы. Подобные опыты долго и тщательно проводили индийские ученые. Некоторые исследователи уверяют даже, что культурные растения по-разному отзываются на бодрые марши и нежные мелодии старинных вальсов. Это казалось необъяснимым. И еще одно загадочное явление наблюдали крестьяне сотни лет подряд.
На острове Ява растет "королевская примула" Иногда она неожиданно, как говорится, не ко времени расцветает. Значит, быть беде. Значит, жди землетрясения. Цветок-предсказатель? Народная легенда или научный факт? Совсем недавно белорусскому ученому Е.Г.Коновалову удалось будто бы объяснить поведение и примулы-предсказательницы и пшеницы - любительницы музыки. Дело в том, что музыкальные инструменты среди прочих звуков издают и ультразвуки. А ультразвуковые волны - это точно теперь доказано опытами - заставляют жидкие питательные вещества двигаться более энергично по тончайшим капиллярам- канальцам внутри растения. Перед землетрясением могучие движения земных недр вызывают на поверхности земли ультразвуковые колебания. Человек их не воспринимает. Примула же чувствует буквально каждой своей клеточкой. И усиленный приток питательных веществ, вызванный ультразвуком, заставляет ее выбросить во внеурочное время цветок.
Растения отзываются на множество явлений природы, протекающих вблизи и вдали от их листьев, корней, усиков.
Одно плохо. Ничего не могут растения рассказать человеку про то что им нравится, чего они боятся, что для них благо, что зло. Молчат наши зеленые друзья. А жаль! Ведь подчас они тяжело болеют. А мы, люди, никак не можем догадаться о причинах недуга.
На плантациях одного из районов Таджикистана заболел хлопок. С весны он вроде чувствовал себя отлично. Но незадолго до уборки кусты словно охватило багровое пламя. Листья краснели, засыхали, опадали. На кустах "белого золота" остались коробочки совсем маленькие, значительно меньше обычных. Такая беда пришла и на второй год, и на третий - восемь лет подряд. Причина долго оставалась тайной. Только настойчивые и кропотливые совместные исследования ашхабадских и московских ученых наконец установили: хлопок страдает от недостатка калия. В черешках больных растений его оказалось в 12 раз меньше,, чем у здоровых. И рецепт больному был выписан очень простой: калийные удобрения. Прошло два года, и "багровая болезнь" исчезла с хлопковых полей.
Как видите, лечение больного хлопка не отличалось сложностью: достаточно было внести в почву калий. Почему же специалисты сразу не могли догадаться, как спасти растение от напасти? Причина есть. Во-первых, болезнь по внешнему виду напоминала магниевое голодание - при нехватке магния листья хлопка тоже краснеют. Во-вторых, весной и летом количество калия у хлопковых растений было нормальным. Роковая нехватка наступала лишь ближе к осени. В-третьих, надо было анализировать химический состав не стеблей, не корней, не листьев вообще, а черешков листьев.. Поди догадайся, что именно они наиболее отзывчивы на присутствие калия, именно они склонные этот калий накапливать! В-четвертых...
Впрочем , достаточно. Все ясно: растение молчит, и самый внимательный исследователь затрудняется определить, в чем оно нуждается, от чего страдает.
Но кажется, есть простой выход: надо составить таблицу. В левой ее стороне написать, какие элементы питания ив каком количестве содержатся, например, в помидорах; в правой стороне - сколько таких элементов есть в почве данного поля и ли огорода, где эти помидоры выращивают. Потом по таблице прикинуть, каких веществ не хватает, и побыстрей внести их в почву. Вроде бы все просто. И увы, все так сложно.
Очень важно узнать, в чем именно нуждается растение сегодня. И вообще всю весну, лето, осень. И именно сейчас, на этой неделе. Чехословацкие ученые решили проследить за пшеницей буквально изо дня в день, от посева до уборки. Они испытывали одновременно множество сортов и ежедневно обмеряли и взвешивали каждый стебелек. Подкармливали, поливали - тоже во многих вариантах, по-разному. Обычно удобрения вносят дважды: перед посевом и затем через несколько недель. А пшеница? У нее совсем другое расписание. В ее жизни пять основных событий: зерно прорастает, появляются первые два-три листочка, стебель выходит в трубку, зарождается колос. Наконец, цветение и образование зерен. Пять раз происходит коренная перестройка всего пшеничного организма. Значит, предположили исследователи, и удобрения надо вносить несколько раз, помогая пшенице с наибольшей пользой питаться именно в переломные моменты ее жизни. Попробовали кормить пшеницу по новому расписанию - пять раз. Результат? Урожай повысился в два раза! Конечно, нелегко перейти от опытов на маленьких участках к миллионногектарным посевам, где растут пшеница и рожь, ячмень и овес. Но приятно осознать, что мы все же налаживаем взаимопонимание с растением.
Сегодня уже ясно: рожь, овес, ячмень предпочитают усиленное питание три раза, кукурузу - четыре, картофель - три. Причем известно почти точное время, когда нашим друзьям следует преподносить завтрак, обед и ужин. Для той же кукурузы, к примеру, важно получить очередную, и добрую, порцию удобрений при развертывании третьего-пятого листа. Для ржи и овса - при появлении второго-третьего листика. Для картофеля - во время образования шестого-седьмого листа. Видите, какая точность!
В Институте биологии Академии наук Латвии в течении 10 лет проводились сложнейшие опыты. Двенадцать основных элементов питания растений брали в самых разных сочетаниях, в разных количествах. Одновременно анализировали почву, измеряли величину даже микроскопических почвенных комочков. В итоге получили формулы, по которым каждый агроном может рассчитывать, сколько и чего надо внести в землю для получения такого-то урожая. Выходит, разговоры с растением помогли ученым математически предсказать результаты еще не начавшегося труда земледельцев.
Ну а в силах ли растение подсказать человеку, когда они по-настоящему хотят пить, а когда только так, только чуть-чуть "пригубить" воду? Долгие века крестьяне узнавали о жажде своих подопечных слишком поздно: когда те уже теряли тургор к клетках. Вот если бы научиться вовремя определять истинную потребность жителей полей, огородов, садов в воде.
После многих проб и ошибок эту задачу решили ленинградские ученые. Опытным растением стал хлопчатник - главная культура, которая растет на орошаемых полях в бывшей Голодной степи. А электронику назначили посредником между людьми и кустами "белого золота". Стали мерить электрическое сопротивление почвы поля: ведь из школьных учебников известно, что земля не проводник. И чем меньше влаги, тем труднее проходить по ней току. Значит, рассудили ленинградцы, если на закопанный непосредственно под корень растения электрод датчика поступает ток постоянной силы, то на соседнем электроде он будет во столько раз больше, на сколько влажна земля, попавшая между нами, и наоборот: чем суше земля, тем слабее ток.
Сорок пять пар датчиков закопали в землю на опытном поле. Каждая пара после подачи на нее тока стала посылать свой сигнал - сведения о влажности почвы к единому индикатору, установленному на краю поля. А тот стал вести учет поступающих сигналов по заданной человеком программе. Обработав информацию. он передавал ее стрелке электрического прибора - миллиамперметру. Стрелка колебалась. Причем, чем сильнее хотели пить растения, тем она сильнее "дергалась" по шкале. Один из таких ее бросков обязательно достигал цели - она замыкала контакт, укрепленный на уровне, соответствующем наступлению жажды у хлопчатника Голодной степи. Сразу же после такого совпадения стрелки прибора и его контакта срабатывал автомат, включающий поливную систему. Живительная влага устремлялась к кустам. Устремлялась в нужное для них время и в запрошенном ими количестве.
Что ж, долгожданное свершается. Наконец-то земледельцам помогают ученые "по душам" говорить с растениями. И зеленые друзья наши все больше откликаются на неустанный поиск общего "языка" с ними: они увеличивают свою урожайность.
ЗАГАДКИ ЧИСЛОВОГО РЯДА
1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144... Любопытная числовая последовательность: каждый последующий член равен сумме двух предыдущих. В математике эта числовая последовательность получила название ряда Фибоначчи.
А история ее началась давно.
В 1202 году купец Леонардо из Пизы, по прозвищу Фибоначчи ("сын доброй природы"), поставил перед собой чисто "купеческую" задачу: подсчитать, какой максимальный приплод кроликов может дать за год одна пара. Фибоначчи предположил, что кролики не болеют и не умирают и что каждая пара, достигнув двух месячного возраста, сама начнет ежемесячно приносить по одной паре. Счет Фибоначчи начал с января. Итак, в январе и феврале кролики не принесут потомства. В марте появится первая пара приплода. Вместе с имеющейся теперь будет 2 пары. В апреле у первой пары кроликов вновь появится потомство, таким образом получится - 3 пары. В мае приплод даст и первая пара кроликов, и та, которая родилась в марте, всего будет 5 пар кроликов. Продолжая рассуждать таким образом, Фибоначчи подсчитал, что в июне у него будет 8 пар, в июле - 13, а в декабре - 144 пары кроликов.
Позже Фибоначчи включил свои математические выкладки в знаменитую "Книгу абака". Задача о кроликах войдет в историю математики. А выведенная им числовая последовательность - ряд Фибоначчи - заживет своей самостоятельной жизнью.
Первым, кто заметил связь между рядом Фибоначчи и ростом растений, был великий немецкий математик ХVII века Иоганн Кеплер. Но лишь 150 лет назад числами Фибоначчи заинтересовались всерьез.
В 1754 году Шарль Боннэ, изучая расположение листьев на стеблях некоторых растений, обнаружил интересную закономерность. Если взять, например, молодую дубовую веточку и мысленно соединить линией места "прикрепления" к ней листьев, то получится несколько спиралей, или так называемый генетический винт. Генетическим он назван потому, что расположение листьев на нем соответствует порядку их появления снизу вверх. Оказалось, что расстояние между листьями неодинаковы. Они пропорциональны числам ряда Фибоначчи: 1,2,3,5,8,13... Это явление в ботанике носит название "филлотаксиса".
С тех пор установлено много фактов, показывающих, что закономерность ряда Фибоначчи проявляется в формах живой природы.
Посмотрите на подсолнечник. Семена на его корзинке образуют сложный рисунок пересекающихся кривых. Если опустить карандаш в центре корзинки и вести линию от семечка к семечку, то легко заметить, что они выстраиваются вдоль спиралей, которые закручиваются как слева направо, так и справа налево. Подсчеты показали, что если в одну сторону закручено 13 спиралей, то в другую обязательно - 21. В более крупных соцветиях подсолнечника число спиралей соответственно 21 и 34 или 34 и 55. В Оксфорде был выращен гигантский подсолнечник с 233 пересекающимися спиралями, 89 из которых были закручены в одну сторону, а 144 - в другую. Обратите внимание на числа. В ряду Фибоначчи пары этих чисел стоят рядом.
Такой пример не единственный. На молодой сосновой веточке легко заметить, что хвоинки образуют 2 спирали, идущие справа снизу налево вверх, и 3 спирали, идущие слева снизу направо вверх. На многих шишках чешуйки расположены в трех спиралях, полого навивающихся на стержне шишки, и они же расположены в 5 спиралях, круто навивающихся в противоположном направлении. В крупных шишках удается наблюдать 5 и 8 и даже 8 и 13 спиралей. Хорошо заметны такие спирали и на ананасе, обычно их бывает 8 и 13. Все эти числа принадлежат ряду Фибоначчи.
Закономерности ряда Фибоначчи проявляются не только в растительном, но и в животном мире. Их можно обнаружить, например, в спиралях раковины моллюсков. На основании обмеров многих человеческих тел, установлено, что три фаланги среднего пальца кисти руки тоже подчиняются закономерности ряда Фибоначчи. Так, если первая фаланга пальца длиной 2 сантиметра,, то вторая - 3, а третья - 5 сантиметров. Эти три числа принадлежат ряду Фибоначчи и стоят рядом.
В настоящее время ведутся исследования, позволяющие утверждать, что закономерности ряда Фибоначчи проявляются и при сравнивании соотношений количества элементарных частиц на атомном и молекулярном уровнях.
И все-таки, почему в природе с таким постоянством повторяются числа Фибоначчи? Может быть эти загадочные числа ведут нас к разгадке великой тайны - Тайны Жизни?... Оказывается - ведут.
Посмотрите вокруг. Жизнь - это не хаос случайностей, а осуществление генетически закрепленных программ. И закономерности ряда Фибоначчи - один из языков - алгоритмов - этой программы.
Но вот почему из всех математических закономерностей для описания явлений, связанных с органическим ростом, природа выбрала именно ряд Фибоначчи? Эта загадка еще ждет своего ответа.
ОРУЖИЕ У РАСТЕНИЙ
Взаимодействие между высшими растениями и различными атакующими их патогенами (особенно грибами) очень сложны. Они предполагают применение химического оружия агрессивными грибами (фитотоксические ферменты и другие вещества) и, с другой стороны, обороняющмися высшими растениями.
Тут разыгрываются настоящие химические "баталии". Многие растения вырабатывают ядовитые для грибов вещества. Грибы , в свою очередь, вырабатывают ферменты, способные их обезвредить. Кроме того, грибы вводят в растения свои ядовитые вещества, ослабляющие или убивающие растительные клетки.
Высшие растения подавляют и друг друга, выделяя во внешнюю среду токсины и угнетающие рост вещества.
Огромна роль химических взаимодействий в отношениях между растениями и поедающими их животными фитофагами. Особенно подробно эти вопросы изучены для насекомых. Многие из видов растений образуют разнообразные токсины (яды), благодаря чему становятся практически несъедобными. Некоторые из этих веществ человек использует в качестве ценнейших лекарств - сердечных гликозидов дигитоксина, строфантина и многих других.
Растения вырабатывают и вещества, воздействующие на гормональную систему реальных или потенциальных фитофагов (животных, питающихся исключительно растениями). Например, в тканях растений найдены аналоги гормонов насекомых -ювенильного и гормона линьки. Обнаружены вещества подавляющие плодовитость млекопитающих или птиц. Такие соединения содержатся, например, в конопле. Интересно, что эти же вещества входят в состав марихуаны. Доза их, содержащаяся в трех сигаретах с марихуаной, уменьшала плодовитость подопытных мышей и вызывала у них увеличение хромосомных в Южной Америке, имеется алкалоид демиссин, который является фагорепеллентом - отпугивающим веществом для колорадского жука, благодаря чему агрессивный жук не способен кормиться на этом виде дикого картофеля.
Однако некоторые виды растительноядных насекомых приспособились питаться такими "невкусными" растениями, и отпугивающие вещества стали для них опознавательным знаком для поиска корма. Вот пример. В листьях растений семейства крестоцветных (капуста, репа, редис, горчица, сурепка и др.) содержится синигрин. Для бабочек Papilio polyxenes это вещество - смертельный яд. А бабочке-капустнице он служит опознавательным знаком. Она даже откладывает яички на лист бумаги, смоченной синигрином, воспринимая его как лакомый листок крестоцветного растения. Ведь это любимое блюдо гусениц капустницы.
Считается, что цветковые растения и насекомые свои видовым многообразием и взаимным приспособлением обязаны совместной (сопряженной) эволюции. Так, некоторые орхидеи выработали способность синтезировать вещества с запахом, которые имеют половые феромоны у самок ряда перепончатокрылых насекомых. Самцы, привлеченные этим запахом, пытаются спариться с цветком орхидеи, принимая его за самку, и переносят пыльцу с цветка на цветок. Так орхидеи "организуют" перекрестное опыление.
Есть различные токсины и защитные вещества, которые регулируют межвидовые отношения животных. Организмы-жертвы выделяют, например, особые вещества, названные кайромонами, которые служат хищникам в качестве ориентира для поиска жертвы. А потенциальные жертвы, в свою очередь, иногда обнаруживают таким образом хищников.
Таков далеко не полный перечень групп веществ (экологических хеморегуляторов, хемоэффекторов и хемомедиаторов) и типов взаимодействий, иллюстрирующих важное значение химических контактов между живыми организмами. Их изучение может принести значительную пользу сельскому и лесному хозяйству, содействуя защите растений от болезней , вызываемых патогенами (грибами) и фитофагов - беспозвоночных: экологические хеморегуляторы и вообще хемоэффекторы такого типа помогут отказаться от интенсивного использования ядохимикатов.
АЛЛЕЛОПАТИЯ
Сирень, ландыши, поставленные в одной вазе, увянут гораздо быстрее, чем стоящие отдельно друг от друга. Почему такая нетерпимость между ними? Установлено, что это явление, названное аллелопатией, основано на взаимодействии растений с помощью выделяемых ими химических веществ. Летучие вещества, выделяемые растениями, могут быть классифицированы на две группы: колины и фитонциды. Колины действуют на другие высшие растения. Летучие вещества, угнетающие или усиливающие рост микроорганизмов, называются фитонцидами. Однако между колинами и фитонцидами нельзя провести резкой границы, так как многие колины действуют убийственно и на микроорганизмы. На высшие растения колины оказывают угнетающее действие вплоть до гибели.
Это относится только к тем случаям, когда колины имеются в больших концентрациях. Небольшие же количества, наоборот, стимулируют рост.
Установлено непосредственное влияние тополей на овес: близко от деревьев овсяные растения маленькие, а дальше - больше нормальной высоты - оказывается стимулирующее влияние микродоз колинов. Бук и ива угнетают близкие к ним посевы свеклы, кукурузы, сои и др. Подобно гербицидам, колины действуют выборочно: при определенной концентрации одни растения отравляются, на другие никакого влияния не оказывается.
Высокая концентрация колинов опасна даже для растений, которые их выделяют. Замечено, что земля в грабовом лесу покрыта скудной растительностью. Это зависит не только от слабого света, проникающего через густые ветви, но и от колинов, выделяемых опавшими листьями, которыми покрыта почва в лесу. Это подтверждено опытами: 50 граммов грабовых листьев заливают 200 кубическими сантиметрами воды и оставляют на 24 часа в закрытом сосуде. Процеженным раствором поливают молодые ростки граба. Через некоторое время их рост сильно замедлится, а затем они погибают.
Венский физиолог Ганс Молиш провел интересный опыт. Под стеклянный колпак в сосуд с водой он поставил две ветви яблони и одну желтой акации. Через несколько дней листья акации опали. Гороховые растения, помещенные в "яблочный воздух", сначала перестали расти, а затем пожелтели и погибли. Позже некоторые ученые исследовали "яблочный воздух" и светильный газ. Оказалось, что они содержат ненасыщенный углеводород - этилен, действующий на растения угнетающе. Вместе с тем этилен ускоряет созревание некоторых плодов: яблок, томатов, лимонов, апельсинов и мандаринов.
Различные растения выделяют неодинаковое количество колинов. Кукуруза и картофель выделяют мало летучих веществ и не отравляют почву. Это делает их почти беззащитными перед сорняками.
Фитонциды действуют убийственно на низшие организмы - бактерии, простейшие, грибы. Каждое растение имеет различную фитонцидную активность. Это свойство связано с их физиологическим состоянием, с почвенными и климатическими условиями среды. Некоторые растения фитонциды выделяют из пораненных частей. А чеснок, лук, хрен, картофель, морковь, сахарная свекла, кукуруза, столетник, лавр, лавровишня, тополь, береза, эвкалипт, лимоны и апельсины выделяют колины в любом состоянии.
В природе имеются растения, которые выделяют чрезвычайно активные летучие вещества. Из таких растений у нас встречается росянка. Ее стебель покрыт красновато-лиловыми железками, выделяющими в окружающую атмосферу эфирное масло. Это растение опасно и для человека: при прикосновении к железкам на коже образуются большие и трудно заживающие раны.
Лук и чеснок обладают уникальными бактерицидными свойствами. Почти нет одноклеточных организмов, на которые они не действовали бы убийственно. Это можно увидеть на следующем простом опыте: питательная среда засевается спорами черной плесени - аспергиллюса. Через несколько дней в середине делается ямочка, которая заполняется чесночной кашицей. Уже через 24 часа вокруг ямочки образуется "чистая" зона: плодовые тела аспергиллюса погибли под влиянием содержащихся в чесноке фитонцидов.
ПОЖАР НА БЛАГО
Эвкалипт всеми средствами избегает лишнего испарения воды, а вот пожара не боится. Более того, пожар для него не столько беда, сколько необходимость.
Эвкалиптовые листья, кора, молодые побеги, пропитанные душистыми эфирными маслами, воспламеняются мгновенно. Огонь со страшной силой и скоростью перекидывается от дерева к дереву, опаляя кроны. Мягкий серый пепел летит и падает, устилая землю. В этот момент, когда сгорают кора и листья, в роще происходит рождение новой жизни. От сильного жара на деревьях раскрываются семенные коробочки. Мелкие легкие семена высыпаются и, как в мягкую колыбельку, ложатся на серый пепел. Семечко, чтобы дать потомство, непременно должно упасть на пепел. Только в таком случае оно прорастет. Росток быстро укореняется и развивается. Пепел-зола питает его, так же как и все дерево.
Взрослые деревья в момент пожара не погибают, хотя от них остается лишь почерневший скелет. Проходит время, и на опаленных стволах и ветвях из запасных спящих почек вырастают новые побеги. Их так много, что ветви и ствол скрываются под ними. А года через два лишние побеги засыхают, остаются самые сильные, которые образуют молодую крону.
Омоложение эвкалипта идет и другим путем. Его гладкая кора постоянно отслаивается, свисая клочьями. Куски отстающей коры или опадают (чаще всего в бурю), или сгорают во время очередного пожара. Освобожденный ствол покрывается новой светлой корой, гладкой и нежной.
С некоторых пор эвкалипты очень хорошо растут и в субтропиках Закавказья. В Закавказье хоть и жарко, но не так, как в Австралии. Время от времени в холодные зимы кроны эвкалипта, а иногда и кора промерзают. Деревья стоят голые и страшные, как после австралийского пожара. Но проходит время, листья и кора отрастают - и эвкалипты опять как новенькие. Видимо мороз играет ту же роль для них, что и пожар.
Вопросы.
ДЫМ НЕ ТАЕТ БЕЗ СЛЕДА
Известно, что в формировании некоторых растительных сообществ, в которых преобладают вечнозеленые жестколистные кустарники главную роль сыграли регулярные пожары, в результате которых в каждом из сообществ сформировалась группа так называемых растений-пирофитов (видов, для которых пожар стал необходимым условием существования). Так, многие из них лишь после пожаров высвобождают свои семена из плодов и рассеивают их. Пожары стимулируют и прорастание семян. Это объясняют по-разному: пожары, уничтожая подстилку, снижают напряженность конкуренции и изменяют уровни аллелопатических веществ (фитонциды, антибиотики и т.п.) в сообществе; огонь действует на популяции микробов в ценозе; высокая температура способствует высвобождению семян от водонепроницаемой оболочки; после пожаров в почве накапливаются дополнительные и новые минеральные и органические вещества и т.п.
Ботаники из ЮАР Дж.Ланж и К.Буше провели оригинальное исследование, выяснив, что дым при таких пожарах стимулирует прорастание семян эндемика этого сообщества - представителя семейства.
Ювенильные особи этого растения редко встречаются в природе, а сам вид относится к числу исчезающих в Капской области, хотя мог бы стать перспективной садовой культурой.
Оказалось, что обжигание его невскрытых плодов, сохранившихся в почве, и повышение температуры в ее верхних слоях непосредственно не вызывают прорастания семян.
Если же, сжигая смесь сухих растительных остатков и живых растений, дым охлаждали и раздували мехами в течение 30 минут на опытные участки почв с изучаемыми семенами, на них появлялись проростки, в то время как в контроле они отсутствовали. Изменившийся цвет поверхности почвы навел авторов на мысль о химическом влиянии дыма. Это подтвердилось при обработке плодов водным раствором дыма (использовали сухой экстракт, его хлороформную фракцию и остатки после хлороформного экстрагирования) в течении суток. Прорастание семян в опыте было выше соответственно в 5,6, и 11 раз по сравнению с контролем - замачиванием в дистиллированной воде). Авторы пытаются идентифицировать химические вещества дыма, ответственные за прорастание. Однако, уже сейчас ясно, что неожиданное открытие позволит использовать дым для проращивания семян и поможет установить оптимальные сроки контролируемых пожаров в этих удивительных сообществах. Окуривание дымом почвы необходимо испытать в местностях, где много исчезающих и редких видов. Возможно, дым стимулирует прорастание хранящихся в почве семян и этих растений.
Задания.
ИШЬ ТЫ, КОРНИ РАСПУСТИЛ
Растения могут защищаться друг от друга. Воюют они с помощью корней. Калифорнийские ботаники убедились в этом воочию, посадив в прозрачные ящики два кустарника. Корни одного из них, приближаясь к корням другого, замедляли , а потом совсем прекращали рост. "Очевидно, корни выделяют какие-то органические вещества - ингибиторы",- решили ученые. Добавили в почву активированный уголь. Все верно, остановившиеся было недотроги пустились в рост, как ни в чем не бывало.
Под землей растения договариваются: жить им вместе или врозь; под землей они отличают родственников от чужаков, собственные конечности от всех остальных. И отнюдь не так часто сплетаются корнями, как кажется поэтам.
ЯД ДЛЯ НЕПРИЯТЕЛЯ
Какие же растения мы называем ядовитыми? Такие, употребление которых даже в незначительных количествах может вызвать болезненные явления, а нередко и отравления, приводящие к смерти. Опасны ядовитые растения из-за содержащихся в них ядов (токсинов), которые представляют собой различные химические соединения. Ядовитых растений на Земле насчитывается около 10 тысяч видов. Довольно большое количество!
О ядовитых свойствах некоторых растений было известно еще в глубокой древности. Человек узнавая о ядовитых свойствах некоторых растений, зачастую начинал применять их во зло. Но ядовитые растения обладают и замечательными целебными свойствами, если их яды применять в малых дозах.
Образование и накопление ядовитых веществ в разных частях растений в разные периоды его развития происходит неодинаково. Например, у чемерицы наиболее ядовиты молодые листья, а у мака наибольшее количество ядовитых веществ содержится в незрелых коробочках. У белены, куколя, гулявника - в семенах. А наш обыкновенный картофель содержит ядовитое вещество соланин во всех своих частях, кроме созревших клубней.
Как вы думаете, зачем растения ядовиты?
С первого взгляда очень просто - для того, чтобы их не трогали травоядные животные. Но все ядовитые растения опыляются насекомыми, а многие и разносят свои семена с их помощью. Возникает новый вопрос: как чувствуют себя насекомые? Ведь растения-то ядовиты! Вот вам и еще одна загадка природы. Значит ядовитые растения ядовиты далеко не для всех: для врагов - да, а для друзей - нет! Многие ядовитые растения, смертельные для человека, являются пищей для некоторых животных, невосприимчивых к их ядам. Так, птица-носорог питается семенами чилибухи, содержащими смертельно ядовитый стрихнин. Один из видов тлей пьет сок омега пятнистого (болиголова). Жаворонки и перепелки склевывают семена цикуты, многие лесные птицы поедают ядовитые для человека ягоды омелы. Почему так?
В природе все взаимосвязано и взаимозависимо, и ядовитые растения - члены того сообщества, в котором живут. А разве можно жить изолированно, не взаимодействуя с другими организмами? Очевидно, ядовитость у растений появлялась постепенно, и столь же постепенно вырабатывалась устойчивость к их ядам у тех животных, которые наиболее тесно взаимодействовали с ними.
Сложена легенда о царе понтийском Митридате, который, чтобы избежать отравления коварными царедворцами, приучал себя постепенно к действию разных ядов, итак это у него хорошо получалось, что он действительно стал к ним невосприимчив. А когда город Пантикапей (ныне Керчь) штурмом взяли враги и Митридат понял, что ему пришел конец, он, как ни старался, не смог отравиться ядом. И пришлось ему приказать своим слугам отрубить себе голову...
Ну а что уж тут говорить о природе, располагавшей миллионами лет?! Ничего нет удивительного в том, что ядовитое для одних - совсем безвредно для других. Но возникает еще вопрос: почему же травоядные животные, имевшие в запасе тысячи лет эволюции, не приспособились к ядовитым растения? Можно поразмышлять на эту тему.
В противоположность животным, среди которых ядовитые окрашены особо ярко, кричаще, ядовитые растения с первого взгляда самые обычные. Есть среди них и очень красивые, и не очень, поскромнее. Так, чтобы уметь различать ядовитые растения от неядовитых, лучше и те, и другие хорошо "знать в лицо", познакомиться с ними лично.
Вопросы и задания.
СЕКВОЙИ И ПОЖАРЫ
Секвойи - одна из достопримечательност&arin g;й Сьеры-Невады в США - это гигантские хвойные деревья, которые ботаники относят к семейству таксодиевых. Они обладают превосходной негорючей древесиной. Секвойи д достигают огромных размеров, живут два, а то и четыре тысячелетия, стали редкостью и находятся под охраной в нескольких национальных парках США.
Невадская секвойя - редкость, и не удивительно, что охрана заповедников, в которых она растет, включает в себя и противопожарные меры. Однако, ограничение лесных пожаров, как бы это ни странно звучало, создает условия, ведущие к вымиранию редкостных деревьев. Администрация заповедников все чаще склоняется к мысли о необходимости плановых пожаров для сохранения в лесах условий, благоприятствующих обновлению секвойи. Секвойи прекрасно приспособлены к тому, чтобы благополучно пережить лесной пожар, мало того, именно лесные пожары позволили им дожить до нашего времени, без них они не могли бы ни развиваться, ни выжить.
Корни секвойи, фигурально выражаясь, уходят в глубь миоцена и плиоцена, то есть за 12-25 миллионов лет назад. Невадские окаменелости показывают, что до прихода западной цивилизации в лесах, где растут секвойи, часто возникали пожары. Очень редко можно встретить ствол диаметром 1,5 метра, на котором не было бы шрамов от огня. А древесина у секвойи очень прочная, и заметный шрам может остаться лишь от сильных пожаров. Любопытно, что огневые шрамы на стволах встречаются очень часто, в то время как свидетельства интенсивного горения крон почти нет.
Исследования биологов показали, что в роще близ Марипосы за 140 лет до 1900 года крупные пожары бывали в среднем каждые 7-8 лет. Есть доказательства, что весной верхушки некоторых секвой нередко вспыхивали от молний. Искры с вершин попадали на землю и выжигали все в непосредственном окружении дерева, но дальше пожар не распространялся.
Начиная с 1889 года в роще наступило затишье. Противопожарная охрана успешно ликвидировала случайные пожары и невольно способствовал изменению состава растительного сообщества в пользу сосен и елей. Из этих видов лучше всего переносит тень и соперничество между корнями ель, которая и становится, таким образом, господствующим видом. В некоторых районах леса густая еловая поросль создает для молодых сеянцев секвойи невыносимые условия: секвойя любит солнце, и в тени сеянцы легко погибают.
Мелкие семена секвойи (до 180 тысяч штук в одном килограмме) прорастают только лишь в определенных условиях. Запасы питательных веществ в мелких семенах небольшие и позволяют корням расти очень недолго. Поэтому в местах, где земля покрыта слоем листьев, шансы на успешное прорастание очень невелики даже весной, когда почва достаточно влажная. Трудно семенам секвойи пробиться и сквозь хвою, которая очень устойчива к гниению. Следовательно, для успешного воспроизведения секвойи нужно очищать почву от листьев и хвои. Сделает ли это пожар, наводнение, снежная лавина или рука человека, не имеет значения. В природных условиях такие функции выполняет обычно пожар.
Задание.
Какая проблема возникла в реликтовых рощах вследствие противопожарной охраны? Предложите несколько возможных решений данной проблемы.