Растения-экстремалы

 Одиннадцать лет назад на Шпицбергене создали Всемирное хранилище семян на случай глобальных катастроф — столкновения с астероидом, ядерной войны или глобального потепления. В этом банке растений есть отсек у каждой страны, а всего он рассчитан на 4,5 миллиона образцов. Считается, что специальное оборудование и вечная мерзлота обеспечат низкую метаболическую активность и замедлят старение семян, благодаря чему они смогут храниться десятки и сотни лет. Что делает их такими жизнеспособными — в материале РИА Новости.

Привет из плейстоцена

В 2012 году в Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН в Пущино зацвела смолевка узколистная (Silene stenophylla), невзрачное травянистое растение, распространенное в Сибири и на Дальнем Востоке. Это привлекло внимание всего мира. Дело в том, что пущинская смолевка появилась на свет благодаря семенам возрастом больше 30 тысяч лет.
Российские палеонтологи обнаружили их в районе реки Колымы в норках древних земляных белок. Схроны залегали в нетронутой вечной мерзлоте, что говорило о древности находки.

Сначала ученые вызвали в размороженных семенах клеточное деление и органогенез, вырастив цветущие растения. Те, в свою очередь, после опыления дали нормальные семена с практически стопроцентной всхожестью.

Таким образом, смолевка стала самым древним восстановленным растением на Земле. Рекорд же прорастания исторических семян принадлежит финиковой пальме, чью косточку обнаружили при раскопках в Иродионе, около Мертвого моря. Ее возраст оценили в две тысячи лет, и выросшее из косточки дерево вполне можно считать свидетелем зарождения христианства.

Секрет живучести семян — содержащиеся в них питательные вещества, необходимые зародышу. Все, что понадобится ему на первых порах для развития корня и побега, находится в семядолях и фактически консервируется до того момента, когда возникнут идеальные условия для прорастания.

"Семя при этом обычно уходит в состояние так называемого физиологического покоя. Наступает очень сильное обезвоживание, и все процессы замирают. Поэтому семена и способны сохраняться продолжительное время при достаточно экстремальных условиях. Например, в лаборатории их иногда хранят при температурах жидкого азота. Это минус 196 градусов Цельсия. Потом эти семена можно аккуратно достать и, когда они оттают, прорастить. Нужно сказать, что так выживают не только семена, но и отдельные ткани растений", — рассказывает РИА Новости Владимир Чуб, профессор биологического факультета МГУ, директор университетского Ботанического сада.

По словам биолога, суперспособности к выживаемости у всех семян разные. Одни спокойно переносят экстремально суровые отрицательные температуры — главным образом это растения, распространенные в Якутии и Бурятии, другие десятки лет находятся в сухой почве пустынь и после этого прорастают.

"Реальные сроки сохранения всхожести растений, которые человечество может гарантировать, — 25-30 лет. Это то, что доказывается экспериментально, — семена закладывают на этот срок, спустя годы сажают, и они прорастают. К сообщениям о более длительных сроках надо подходить с осторожностью, анализировать их. Но, опять же, у разных растений время хранения отличается. У одних это десять-двенадцать месяцев, у других — три-четыре года, как, например, у капусты. Тыква выдерживает 12 лет. Среди самых лежких — семена разных видов пальм и, как ни странно, лотоса", — уточняет профессор.

Тише едешь, дальше будешь

Главная задача семени в состоянии покоя — не прорасти, пишет в книге "Триумф семян" американский ботаник Тор Хэнсон. Эта небольшая эволюционная хитрость позволяет растениям дождаться наиболее благоприятных условий для появления на свет. Так, семена растений, распространенных в регионах с умеренным климатом (в том числе в некоторых частях России), не прорастают при первой же оттепели — чтобы выйти из состояния покоя, им нужно длительное воздействие более высоких температур.

Часто эта стратегия сочетается с довольно строгими требованиями к освещенности. Семена диких представителей семейства капустных реагируют на изменение угла падения света и продолжительности светового дня — они способны уловить разницу даже сквозь двухметровый слой снега. Многие лесные виды различают полный солнечный спектр на открытом месте (хороший шанс прорасти) и лучи дальнего красного света, пробивающиеся сквозь листву (слишком затененное место).

"Высокие эволюционные ставки привели к возникновению высокоспециализированных сигналов, необходимых покоящимся семенам, чтобы пробудиться. Самые замысловатые — у растений — выходцев с территорий, подверженных регулярным пожарам. Семена — от некоторых видов акаций и сумаха до ладанника и утесника — приспособились к этой системе и зачастую остаются совершенно водонепроницаемыми и неспособными к набуханию до тех пор, пока экстремальный жар открытого огня не расколет их скорлупу или не уберет крошечные пробки, чтобы влага могла проникнуть внутрь", — отмечает Хэнсон.

Все средства хороши

Семя — это концентрированный запас питательных веществ в компактной переносной упаковке, позволяющей растениям распространять гены на значительные расстояния и осваивать большие территории. Кроме того, перенос обеспечивает постоянное смешивание генов разных популяций в естественных условиях, что препятствует вырождению.

"В природе постоянное перемешивание генов при образовании семян дает значительный эволюционный потенциал. Главный двигатель генетического разнообразия — это, конечно, распространение семян на значительные расстояния. Каждое растение выбирает свой путь. Например, для семян березы характерны дальние перелеты, и популяции этих деревьев генетически выравнены, потому что хорошо перемешиваются с семенами, пришлыми из других мест. Кокосовая пальма использует водные течения, так как ее плоды достаточно плавучи", — говорит Владимир Чуб.

Крупные и тяжелые семена, как правило, распространяются животными, которые делают запасы или просто едят плоды. Считается, что растения умеют приспосабливаться под предпочтения переносчиков семян. Так, в зависимости от этого могут меняться размер, цвет, форма, запах фруктов и даже их расположение на ветке.

"Бывают самые неожиданные способы. Например, когда наши военные возвращались из Афганистана, на гусеницах техники приехали совершенно не характерные для России семена. Точно уже не вспомню, что это были за растения, — какие-то однолетники. Они проросли, но не закрепились на российской почве. Хотя случается и обратное, когда пришелец агрессивно захватывает территории и дестабилизирует флору. Самый известный прецедент — клен американский, вытесняющий наши исконные растения", — уточняет профессор.

Все эти приемы, возникшие в ходе эволюции, оказались настолько эффективны, что сегодня семенные растения составляют более 90 процентов земной флоры, а ведь еще 400 миллионов лет назад было наоборот: на планете господствовали споровые растения — древовидные плауны, хвощи и папоротники.