Необычный способ распространения спор

Оноклея чувствительная — листопадный папоротник, произрастающий в Восточной Азии и Северной Америке. Как и другие папоротники, оноклея размножается спорами, однако механизм их распространения существенно отличается от других растений. В начале лета, когда большинство другие папоротников производят и распространяют споры, оноклея формирует специальные спороносные вайи с листочками, которые плотно обволакивают их спорангии (эти образования еще называют бусинками). Со временем эти листочки превращаются в мертвую ткань, но сохраняют целостность в течение зимы. Весной следующего года капсулы, образованные этими листочками, разрушаются, обеспечивая распространение спор.

С одной стороны, формирование и распространение спор строго в соответствии с временами года вполне естественно и повышает шансы растения на успешное размножение. С другой стороны, эти «бусинки» состоят из мертвых клеток, в которых не происходит никаких физиологических процессов.

Докторант кафедры органической и эволюционной биологии Гарвардского университета Джейкоб Суисса, занимавшийся исследованием на эту тему, предположил, что «бусинки» со спорами раскрываются в ответ на изменение влажности среды.

Помещая спорангии в разные условия, исследователь пришел к выводу, что «бусинки» из мертвой ткани открывались при высушивании и закрывались при погружении в воду.

Чтобы понять, чем обусловлен этот механизм, лист, укрывающий спорангий, разрезали и рассмотрели под электронным микроскопом. Как выяснилось, клетки на верхней и нижней стороне листочка устроены по-разному, и разница состоит в строении волокон целлюлозы, из которой состоят клетки. С наружной стороны листочка эти волокна были ориентированы перпендикулярно длине клетки, а с внутренней — перпендикулярно. Ученый поясняет, что от ориентации волокон зависит то, как структура будет видоизменяться при изменении влажности, так как волокна способны расширяться, поглощая воду. Когда структура впитывает воду, перпендикулярные волокна в наружной части листочка расширяются, а во внутренней остаются прежними, и эта разница приводит к тому, что створка «бусинки» закрывается.

Подобный механизм, связывающий распространение спор или семян с изменением влажности, в том или ином виде встречается в растительном мире довольно широко, даже у тех видов, которые эволюционно слабо связаны с папоротниками (по тому же принципу работает раскрытие шишек у хвойников, а также раскрытие плодов многих цветковых растений). Скорее всего, это связано с его относительной эффективностью при низких энергетических затратах. К слову, преимущества этого механизма вдохновляют современных инженеров на проекты конструкций, которые будут работать в зависимости от погоды (например, крыш патио, которые будут автоматически закрываться во время дождя).