Окраска и запах цветов в жизни растений

Содержание

Причины появления различной окраски цветов

«Люди обычно судят о новых вещах по примеру старых, следуя своему воображению, которое предубеждено и запятнано ими. Этот род суждения обманчив, поскольку многое из того, что ищут у источников вещей, не течет по привычным ручейкам».

Френсис Бэкон.

1793 году в Берлине была напечатана книга скромного школьного учителя Конрада Шпренгеля «Открытая тайна природы в строении и оплодотворении цветов», в которой он привел обширный материал о роли насекомых в опылении растений.

Окраска и запах цветков

Основываясь на своих наблюдениях, Шпренгель пришел к выводу, что окраска венчика и запах цветков служат для привлечения насекомых, а нектар цветков является для них пищей.

Насекомое, привлеченное красотой венчика, садится на лепестки и, отыскивая нектар, попутно переносит пыльцу с одного цветка на другой. Представление о том, что окраска цветка — всего лишь «вывеска» для привлечения насекомых, покоряет своей логической простотой так же, как некогда покоряло людей представление о том, что Солнце вращается вокруг нашей Земли.

Растениям необходимо, чтобы кто-то транспортировал их пыльцу, насекомые выполняют эту работу лучше, чем ветер, энтомологи доказали, что у пчел и шмелей есть цветное зрение, ботаники нашли в цветках массу приспособлений, замысловатых которые обеспечивают прикрепление пыльцы к определенным частям тела насекомых, все сплелось в одну цепь, где каждое звено, как казалось, было на своем месте.

Правда, еще молчала наука о запахах, изучение обонятельных способностей насекомых было делом более сложным, чем наблюдение за окраской цветка. Однако предполагалось, что на большом расстоянии насекомые ориентируются окраской, а на близком, когда подлетают к цветку, в силу вступает запах.

Но вот впоследствии выяснилось, что пчела очень близорука. Английский естествоиспытатель Даддингтон писал (1969):

«Дальше, чем примерно за метр, пчелы не могут видеть цветов, поэтому, когда они летят издалека, то должны руководствоваться запахом, а не окраской», — и далее: «Пчела ни за что не сядет на цветок, если у него «не тот» запах».

Если запах определенной популяции цветов по каким-либо причинам изменится и цветки в силу этого станут привлекать ограниченный круг насекомых-опылителей, растения могут оказаться изолированными от других особей своего же вида. А такого рода препятствия в скрещиваниях ведут к постепенному обособлению растений и даже к образованию нового вида.

Такое видообразование специалисты считают возможным у орхидей, которые привлекают пчел специфическим запахом. Здесь следует сделать небольшое отступление.

Цвета и запахи цветов

Подобно тому, как в основе любого цвета лежит определенное сочетание трех основных — красного, синего и желтого, так и запахи делятся на первичные (основные) и смешанные.

К первичным, например, относятся запахи мускуса, камфоры, а всего, как полагают исследователи, существует от 20 до 25 основных запахов.

Английский биолог Райт считает, что пчела воспринимает 10 — 11 первичных запахов, различные сочетания которых дают возможность ей различать несколько тысяч видов цветов.

Кстати, в своей интересной книге «Наука о запахах» он выдвигает предположение, что мозг первых на Земле существ, возможно, и зарождался как аппарат для обработки обонятельных сигналов, исходивших от веществ, окружавших наших прародителей в первобытном океане.

Мы знаем, что разобраться в мире предметов нам часто помогает зрение, хотя оно иногда и может стать причиной ошибок, которых, однако, нельзя делать насекомым в их короткой жизни.

Действительно, если пчела будет руководствоваться лишь окраской цветков, то она может потерять труд целого дня, летая за другими пчелами и посещая цветки, из которых нектар уже выбран.

Видео: Как пчёлы делают мёд

Говоря о силе запаха, Райт приводит несколько интересных примеров. Вот один из них: в ловушку была посажена самка соснового пилильщика, на запах которой (особый запах полового аттрактанта) за 8 дней собралось 11 тысяч самцов — этих опасных вредителей леса.

Наблюдать за полетом насекомых во время сбора ими нектара очень сложно. В некоторых случаях для этого пользуются радиоактивным йодом, чтобы потом по цветкам, на которые насекомые занесли меченую пыльцу, составить маршрут их передвижения.

Так стало ясно, что шмель за один вылет посещает растения, принадлежащие к разным родам и имеющие различно окрашенные цветки.

Так, например, за 18 минут шмель посетил хелоне (хелоне (лат. Chelone) — род травянистых растений семейства Подорожниковые (Plantaginaceae) с белыми цветками, бальзамин с розовыми, астру с синими, спирею с розовыми и солидаго с желтыми.

По данным одного из исследователей, один вид шмелей посещает за сезон цветки растений, принадлежащих к 10 — 12 семействам.

Маршрут шмеля, собирающего нектар.

И действительно, когда перед тобой цветущий луг и ты видишь, как шмель спокойно перелетает с розового на белый, а затем на фиолетовый или на голубой цветок, то значение насекомых в выработке у растений определенной окраски сразу ставится под сомнение.

Причины появления различной окраски цветов

Возникает мысль, что есть другие причины, которые обусловили появление различной окраски. Так какую же роль играет окраска цветка, которой еще так недавно отводилось столь большое значение в привлечении насекомых?

В своих работах ученые показали, что окраска цветка выполняет другую, более важную для растений функцию, чем привлечение насекомых.

Изучая географическое распространение видов растений из рода дельфиниум, ученые пришел к выводу, что окраска цветков имеет эволюционно закрепленную связь с условиями климата и солнечной радиации той или другой местности.

Так, например, виды, имеющие черный «глазок», состоящий из стаминодиев и нектарников, распространены в субальпийском поясе гор и в северных местностях, тогда как виды со светло окрашенным «глазком» встречаются в степях и полупустынях.

Дельфиниумы со светлоокрашенным «глазном» распространены в зонах жаркого климата: красный — в Калифорнии, дубняков — на Кавказе и в Турции, полубородатый — в Средней Азии.

Черная окраска «глазка», вызываемая пигментом антофеином, была, вероятно, выработана растениями в ледниковый период как приспособление для поглощения большего количества солнечных лучей. Поэтому если информацию о нектаре насекомым передает запах, то окраска служит цветку для лучшего усвоения энергии Солнца.

Чем выше над уровнем моря, тем интенсивнее окраска растущих там цветов, — эту взаимосвязь заметил и писал о ней еще в 1880 году французский ботаник Боннье.

В горах увеличивается солнечная радиация, но ночная температура более низкая. Эти условия стимулируют накопление большого количества сахара в клетках растений и образование красящего вещества антоциана.

Зависимость образования антоциана от понижения температуры отмечалась многими авторами, которые считают, что возникновение пигментов в растениях является прямым ответом на характер солнечной радиации.

Солнечный спектр состоит, как известно, из семи основных частей, и каждая из них отличается особой длиной волны. Красные и оранжевые части спектра имеют длинные волны, желтые и зеленые — средние, голубые, синие и фиолетовые — короткие.

Органы растений содержат особые химические вещества — пигменты, каждый из которых представляет собой своеобразный светофильтр, пропускающий лучи только с определенной длиной волны.

Зеленые листья кажутся нам зелеными потому, что пигмент хлорофилл, находящийся в протоплазме клеток, поглощает все лучи, кроме зеленых, которые отражаются от листьев и воспринимаются сетчаткой нашего глаза.

Наряду с пигментами протоплазмы существует большая группа красящих веществ клеточного сока, о которых уже говорилось — антоцианов. К антоцианам относятся,- красные (пеларгонидин) и синие (дельфинидин) пигменты, которые обусловливают окраску цветков у многих растений.

Большинство окрасок вызывается не одним, а несколькими пигментами. У дельфиниума Аякса (сорт Dark Blue Supreme) пигмент дельфинидин, например, сопровождается тремя формами камферола: робинином, рутинозидом и рамнозидом.

При низких температурах у этого растения в клетках образуются синие кристаллы, при высоких температурах они растворяются.

Солнечный свет несет клеткам растений энергию, и пигменты, принимая эту энергию, превращают ее в другие формы, необходимые для жизни растений. Энергия света вызывает фотохимическую реакцию и образование питательных веществ.

В районах прохладного климата растут дельфиниумы с черным «глазком»: кашмирский и Брунона — в Гималаях, высокий распространен в Альпах, в Сибири, на севере Европы.

Эту работу выполняют не только листья, но, видимо, и цветы (фотосинтез цветков уже экспериментально доказан у орхидей). Развивающаяся яйцеклетка нуждается в повышенной энергии, и ее добывает пигмент, находящийся в лепестках.

В процессе фотосинтеза важными являются не только количественные, но и качественные показатели, которые как раз и зависят от различного набора пигментов, находящихся в клетках.

Благодаря пигментам цветок способен вырабатывать вещества, специфические по своему биохимическому составу для каждого вида растений.

Ярко окрашенные чашелистики и лепестки, пыльники и рыльца, черные нектарники и стаминодии, образующие «глазок» в центре цветка — все эти органы получили свою окраску для усвоения определенной дозы солнечных излучений.

Наш обыкновенный лесной орешник, опыляемый ветром и цветущей ранней весной, когда по оврагам кое-где еще лежит снег, благодаря ярко-красным пестикам способен повышать температуру в этих органах, что дает возможность проходить процессу оплодотворения при низких температурах.

Лесной орешник.

Есть предположение, что окрашенный околоцветник, окружающий генеративные органы, может оберегать растения от вредных мутаций.

В последнее время появились работы, в которых доказывается, что нектар цветков, как сложный раствор разнообразных веществ, необходим растениям для процесса оплодотворения, для развития завязи и семян.

Нектар и пыльца растений

Тысячи лет назад человек научился пользоваться молоком пасущихся на лугах животных; насекомые в процессе длительной эволюции воспользовались для питания нектаром растений.

Однако в природе все неразрывно связано, и даже ветер, который ломает ветви деревьев, в других случаях приносит пользу растениям, распространяя их семена и пыльцу. Точно так же и насекомые, пользуясь нектаром, в это же время выполняют большую работу по переносу пыльцы.

В процессе эволюции, пряча глубже нектар, растения вырабатывали особые нектарники-шпорцы. На рисунке цветки разных дельфиниумов: 1 — дельфиниум Нордхагена (Пакистан), длина его шпорц достигает 12 мм длины; 2 — дельфиниум красивый (Кавказ) со шпорцами длиной в 15 — 20 мм; 3 — дельфиниум Леруа (Эфиопия, Кения) со шпорцами в 30 — 45 мм.

Доступ к нектару не всегда прост, и щедрость растений небезгранична. Значительная часть нектара используется для питания зародыша семени, которому требуется своя особенная «диета».

Растения прятали нектар глубже, вырабатывали особые нектарники-шпорцы, а у насекомых в это же время соответственно увеличивалась длина хоботков, которыми доставали из цветка пищу.

В одной из работ по экологии опыления дельфиниума трехрогого в США ее автор пишет, что цветки этого растения привлекают несколько видов шмелей, птичек колибри, а также 15 видов насекомых, которые кормятся пыльцой и нектаром, но не производят опыления. Какая безрассудная расточительность!

Видимо, в окружающем нас мире не все так целесообразно, как кажется, и, вероятно, мы наблюдаем только первые «опыты», которые производит природа в целях выработки наиболее рациональных решений.

Форма цветка растений

Давно установлено, что у некоторых растений форма цветка позволяет пользоваться кормом только ограниченному числу насекомых. Цветки неправильной, несимметричной формы иногда имеют очень длинные шпорцы, откуда нектар могут достать лишь бабочки и шмели.

Однако объяснить значение той или другой формы цветка также не всегда просто. Она может выполнять роль вогнутого зеркала, колокола, где возможно накопление и сохранение солнечного тепла.

Читателям, вероятно, знакома солнечная печь, где зеркало в виде большой чаши собирает солнечные лучи, а фотоэлементы преобразуют лучистую энергию в электрическую.

Недавно, например, было установлено, что цветки арктических растений с чашевидным венчиком работают, как гелиотропическая солнечная печь. Благодаря концентрации солнечных лучей температура в центре таких цветков выше температуры окружающего воздуха на 8 градусов.

Это позволяет процессу оплодотворения идти даже при отрицательных температурах воздуха. Гелиотропизм широко распространен в растительном мире. Цветки, как локаторы, в продолжение всего дня передвигаются вслед за движением Солнца, собирая его живительные лучи.

Цветки в форме колокольчика, обращенные своей чашей вниз, могут сохранять дневное тепло в течение ночи. Все эти факты показывают, что форма цветка, помимо укрытия тычинок и пестиков, выполняет большую терморегулирующую роль.

Эта статья не претендует на то, чтобы объяснить все загадки, связанные с запахом и окраской цветков. В работах ученых еще много противоречивых выводов и разных подходов к одной и той же проблеме.

Безусловно одно, что цветки растений в различных местообитаниях вырабатывают свой, особый, набор пигментов. Иногда у одного и того же вида окраска цветка варьирует в очень широких пределах, так как пигменты клеточного сока очень чувствительны к влиянию окружающей среды.

Изменение окраски цветка может возникнуть от состава почвы, от состояния погоды, но так или иначе окраска всегда делается такой, какая необходима растению для выполнения физиологических функций в тот или другой период развития.

С повышением температуры она может сделаться более светлой, с наступлением холода приобрести более темные оттенки.

К сожалению, эволюция пигментов и связанные с ней биохимические процессы, а также природа запаха еще недостаточно исследованы наукой. Здесь вполне оправдывают себя слова великого поэта и естествоиспытателя Гете:

«Хоть ум людей и смел — лишь первую страницу

Едва прочел он в книге мирозданья» …

Агроном – селекционер Малютин Н.