Фитоэкспансия – захват новых земель

Фитоэкспансия – захват новых земель

Анемохоры и гидрохоры


Где-то с середины июля в нашей природе начинается безмолвная экспансия, массовый захват новых, чаще всего чужих, территорий. С высоты своего положения и самомнения мы её не замечаем. А между тем почти до середины зимы мимо нас бесшумно движутся отдельные разведчики, мелкие и крупные отряды, а то и армии завоевателей. Их сопровождают армады вертолётов, флотилий, поддерживает артиллерия, разнообразный бесчисленный десант. «Коварству» завоевателей нет предела. В качестве переносчиков некоторых своих подразделений они используют и нас с вами. Более того, стремясь к захвату новых земель, некоторые из них преуспели до того, что смогли оседлать даже самые слабые потоки воздуха и на них, как в сказках на ковре-самолёте, двигаются вперёд к жизненно важной цели.  
Правда судьбу завоевателей счастливой не назовёшь. Из сотен тысяч и даже миллионов  захватчиков заветной территории достигают единицы, и ещё меньше среди них тех, кто выполнил основную задачу экспансии – не только добрался до новых земель, но осел на новом месте, освоился и по прошествии времени дал новую порцию будущих завоевателей. Стремление к завоеванию новых территорий всегда было свойственно живым организмам и всегда сопровождалось колоссальными потерями среди завоевателей. И только одному виду – человеку разумному Homo sapiens – удалось захватить сушу и океан планеты. Говорят, потому, что человек наделён разумом, хотя сейчас совершенно очевидно, что этот разум не всегда идёт впрок матушке Земле.
Если завоеванием всей территории Земли человек обязан разуму, то другие живые организмы искали и нашли свои пути экспансии. Растения основным средством  достижения цели экспансии избрали массовость. Это явление мы называем распространением плодов и семян, пик которого в наших краях падает на вторую половину осени. Это время, когда уменьшаются препятствия на пути расселения растений: лес освобождается от листвы и становится продуваем, травы высохли и поникли, на полях снят урожай – всё свободно, а снег ещё не выпал. Хотя о снеге не всё так однозначно, но об этом поговорим позже.
Удивительны приспособления, которыми пользуются растения для своего распространения, чтобы заполучить новые места для произрастания. Удивительны блестящие решения ими инженерных задач, которые человек смог реализовать сравнительно недавно, да и сам-то Homo sapiens в геологическом плане  существует не столь уж давно, всего каких-то 2 миллиона лет, а растения их «решили» много раньше и успешно ими пользуются около сотни миллионов лет подряд, в первую очередь, для расширения области своего распространения или сохранения её в определённых границах. И каждая осень – время новых проб уже испытанных способов фитоэкспансии.
Большинство растений нашей флоры, как бы понимая ограниченность собственных возможностей, прибегают к помощи природных факторов. Самым надёжным и быстрым из них является ветер, который «всюду веет на просторе…». Поэтому ветер в наших краях – главный помощник растений в их стремлении к расселению и поэтому вторая половина осени, когда ветрам гулять уже ничто не мешает, основное время фитоэкспансии. Тем более, что ко второй половине осени у них практически полностью созревают плоды и семена. Распространение плодов и семян с помощью ветра называется анемохория, от греческого anemochorus – распространяемый ветром.
Приспособления к разнесению ветром чрезвычайно разнообразны. Наиболее известны среди них крыловидные выросты и крылатки. Мелкие плодики-орешки берёз со всех сторон одеты перепончатой каймой, образуя как бы крылья с двух сторон.

1.jpg

Орешек берёзы (сверху справа)

Крыловидные выросты имеют плоды вяза, ильма, ольхи. Плод ясеня, семена сосны и ели снабжены крыловидными придатками. Кажется, что тут особенного? Вырост и вырост, хоть и плёнчатый, значит облегченный по весу. Но если присмотреться глазом инженера-конструктора, то оказывается, что эти выросты слегка загнуты при основании, что придаёт им поперечную устойчивость. Они не вполне симметричны относительно центра тяжести, поэтому при парении (а крыловидные выросты и предназначены к парению семян или плодов) они образуют некоторый угол с горизонталью, что обусловливает их поступательное движение под действием ветра. В общем, скромные малозаметные для нас крыловидные выросты дают возможность семени или плодику не только парить в воздухе, предоставив себя ветру, но дополнительно к движению ветра пытаться самим управлять движением.

2.jpg

Плоды вяза

Замечательно то, что эти выросты одновременно используются и как парус. Иногда зимой на чистом белом снегу вокруг деревьев можно заметить множество крошечных семян сосны, ели или плодики ольхи. У всех есть крылышко-парус. Подует ветер – и семена, перегоняя друг друга как крошечные аэросани, покатятся по гладкому насту осваивать новые земли. Некоторые могут укатить на десять и даже более километров.

Если на крыловидные выросты мелких плодов берёз, ольхи или вяза мало кто обращает внимание, то в отношении крылаток клёнов этого не скажешь. Их знают все. Строение цветов клёнов таково, что образовавшиеся плоды на некотором расстоянии срастаются между собой. Такие плоды поэтому называют ещё двукрылатками. Но при созревании их связь ослабевает и чаще всего зрелые плоды клёнов падают с дерева порознь. Только незрелыми, когда клён сбрасывает излишки сформировавшихся плодов, под деревом рассыпаны зелёные двукрылатки.

3.jpg

Недозрелые двукрылатки клёна остролистного

Падая даже с небольшой высоты, крылатки клёна всегда очень быстро вращаются. Получается воздушный винт, уносящий плод с попутным ветром. Вращательное движение плода клёна увеличивает и продолжительность полёта, и его дальность. Почему при созревании двукрылатки становятся однокрылыми? В этом состоит ещё один секрет аэродинамики. В однокрылой крылатке крыло является однобоким  относительно плодика и, следовательно, резко ассиметричным относительно центра тяжести крылатки в целом. Это даёт им возможность вращения, которое при падении замедляет его скорость. Кроме того, наклонное положение крыла обеспечивает горизонтальный полёт под действием ветра.

Распространению орешка липы помогает прицветный, тоже жёстко-перепончатый лист. С его помощью орешек, медленно вращаясь, падает с дерева вниз. Липа сбрасывает плоды не только осенью, но и зимой. И тогда прицветный лист становится парусом, который, как аэросани, скользит по снегу, отправляясь в более дальние края, точно также, как семена сосны или ели. Ещё более интересен летательный аппарат белой акации. Роль паруса у неё выполняют створки её бобов, которые отделяются от материнского растения вместе с семенами.

Крылатки и крыловидные выросты бывают в основном у деревьев. У трав чаще встречаются растения, плоды которых распространяются посредством волосков на поверхности плода. Некоторые деревья тоже имеют  такой способ распространения плодов и семян, но реже (например, тополи и ивы). На наших улицах в жаркую ветреную погоду бушуют настоящие метели – лёгкие белые хлопья, в которых проглядываются тёмные плодики, летают в воздухе, садятся на прохожих, плавно падают на землю, вызывая у некоторых людей аллергию. Это плоды тополей, опутанные волосками. Порывы ветра перегоняют их по поверхности почвы асфальта, поднимают в воздух и уносят подальше от родительского дерева, останавливая у какого-либо препятствия или струями летнего дождя. Подобным образом распространяют свои плоды осины и ивы.

Среди травянистых растений особенно изобретательно в отношении распространения плодов с помощью хохолков из волосистых выростов семейство Сложноцветных. Каких только хохолков  в нём не встретишь! Конечно, в этом отношении наиболее известным среди них является одуванчик с его великолепным летательным аппаратом, который мы называем «парашютиком».

4.jpg

«Парашютики» одуванчика

Это действительно крошечный парашют, который одуванчик «изобрёл» задолго до человека. Он не производил сложных инженерных и математических расчётов, но всё в строении его пушинки – вес семянки, длина ножки, площадь зонтика из отдельных ворсинок, их общий угол наклона по отношению к ножке и семянке – всё сбалансировано, математически строго соответствует оптимальности пропорций, которые сделали парашютик одуванчика идеальным летательным аппаратом. А если к этому добавить, что семянка снабжена мелкими острыми зазубринками, которые при приземлении закрепляют её на почве, то приходится признать, что природная технология распространения плодов у нашего одуванчика доведена до совершенства.

Одуванчики отцветают ближе к середине лета, но в августе и даже в сентябре  зацветают снова. Тогда распространение их семянок с помощью парашютиков происходит осенью. В это же время года склонны рассеивать свои плоды другие сложноцветные – бодяки, осоты, ястребинки, татарники… Сравнивая их летательные аппараты с парашютиком одуванчика, можно сказать, что, если у одуванчика идеально отработан полёт, то у этих сложноцветных прекрасно отработана посадка. Стоит летящему семечку наткнуться на какое-нибудь препятствие –  забор, стену дома, ствол дерева, – несущий плодик хохолок автоматически отстегивается и продолжает полёт, а семечко падает на землю. И, если условия окажутся благоприятными, прорастёт.

5.jpg

Плоды татарника

Наконец, стоит упомянуть полёт плодов с помощью опушенной ости, как у ковылей, сон-травы, а также плоды-аэростаты, какие имеются у хмеля и некоторых зонтичных. У ковылей в распространении и укоренении семян участвуют все части плода. Длинная зерновка распространённого у нас ковыля перистого имеет твёрдый заострённый, немного изогнутый кончик. Выше находится зона мелких жестковатых волосков, направленных строго вверх. К противоположному концу зерновки прикреплена довольно длинная коленчатая ость. Наружное колено ости покрыто пушистыми волосками. Именно она сообщает зарослям ковылей и особенно ковыля перистого  запоминающуюся волнистость. Нижняя часть ости спирально закручена и очень гигроскопична.

6.jpg

Рисунок ковыля перистого, его зерновки с остью (слева) и самой зерновки (справа)

Оторвавшись от материнского растения зерновка подхватывается ветром и летит, управляемая опушенной частью ости. Наткнувшись на препятствие или при ослаблении ветра зерновка вертикально направляется вниз. Её центр тяжести не позволяет ей лечь на бок. Она, двигаясь вертикально, попадает в землю острием с волосками, направленными вверх. Они не мешают зерновке проникать в почву, но препятствуют её освобождению. Закреплённая вертикально зерновка, от которой уже отломлена опушенная часть ости, находится в таком положении до тех пор, пока в окружающем воздухе не станет увеличиваться влажность. Роса ли упадёт, капли дождя или просто возрастёт влажность воздуха и почвы, эти изменения улавливает закрученная нижняя часть ости, которая при повышении влажности начинает раскручиваться и буквально ввинчивать зерновку в почву.

Среди ковылей есть так называемый ковыль-волосатик, или тырса. Он считается злостным пастбищным сорняком. Несмотря на отсутствие опушения на наружной части ости, его зерновки легко переносятся ветром. И горе тем овцам, которые выпасаются на этом пастбище. Если в их шерсть попадает зерновка тырсы, гигроскопическая часть ости начинает энергично раскручиваться, а заострённая зерновка буквально впивается в кожу животного, доставляя ему боль и являясь причиной тяжёлого воспаления. Тырса – прекрасный нажировочный корм для овец, но к моменту созревания её зерновок чабаны спешно отгоняют отары на другое, безопасное место.

Разнообразны способы анемохории, но большинство из них пригодны для открытых пространств с минимальными препятствиями на пути дующих ветров. А есть ли анемохоры среди растений, живущих в абсолютно безветренном месте, например, под густыми кронами широколиственных и хвойных пород? Оказывается, есть и немало. Под густым пологом леса, где вместо ветра лишь незаметные потоки воздуха, любые летательные приспособления непригодны – скорость воздушных течений настолько мала, что они не могут поддержать и куда-то перенести слишком тяжёлые для них семена и плоды. Но растения решили и эту задачу – чтобы удержаться на этих едва заметных воздушных потоках, они уменьшили до предела вес семян. Семена у них чрезвычайно лёгкие, пылеобазные, способные долгое время находиться в воздухе, нередко дольше, чем пыль. К ним относятся, в первую очередь, семена орхидей. У некоторых из них вес семени составляет 0,000002 грамма. У одноцветки – жительницы наших темнохвойных лесов вес семени в среднем составляет 0,000004 г, у белозора болотного, произрастающего на сырых и болотистых лугах – 0,00003 г. Но и у них тоже есть свой аэродинамический секрет – чтобы дольше держаться в воздухе, они более или менее сплющены, и центр их тяжести расположен так, что он обращаются к земле своею широкой стороной, напоминая микроскопические летающие тарелки. А у некоторых из них имеются микроскопические  пузырьки, которые помогают им подняться повыше. Есть у них также важное приспособление  помогающее таким семенам покинуть родную коробочку-плод. Так у некоторых орхидей внутри коробочки находятся тончайшие волоски. До поры они скромно прижаты к стенкам коробочки. Но однажды, в подходящую погоду коробочка раскрывается, волоски подсыхают, распрямляются и подбрасывают в воздух пылевидные семена. Совсем, как тренер выталкивает за борт самолёта неопытного трусящего парашютиста.

7.jpg

Одноцветка

Ветер помогает расселяться растениям, раскачивая на стеблях их плоды, как например, у мака. Плод мака – круглая коробочка с многочисленными отверстиями под крышечкой, которые раскрываются после созревания семян и высыхания коробочки.  Коробочки, сидящие на длинных эластичных ножках на самой вершинке стебля,  колышется под порывами ветра. При каждом наклоне коробочки мелкие семена небольшими порциями высыпаются из неё. Именно порциями.

8.jpg

Раскрытие коробочки мака после созревания

Выпавшие семена либо подхватываются сильным порывом ветра и уносятся на значительные расстояния, либо поедаются животными, играющими роль комфортабельного поезда, развозящего их на иные земли, часть остаётся возле материнского растения. 

9.jpg

Отверстие сбоку коробочки колокольчика

Высыпайся они сразу отдельной кучкой, большинство из них бы просто сгнило около родного стебля. А при порционном высыпании с участием других факторов расселения, они оказываются от него на определённом расстоянии. Подсчитано, что семена мака снотворного могут разлететься на расстояние до 15 м. Помимо мака такой способ рассеивания семян свойственен тюльпанам, некоторым гвоздичным, например, смолёвкам, колокольчикам. У колокольчиков при созревании на плодах коробочках образуются боковые отверстия, через которые так же постепенно высыпаются, отправляясь в путь, семена.

Этот же принцип постепенного высыпания семян из плодов лежит в основе такого явления, как перекати-поле. Оно знакомо всем, кто живёт в безлесной местности – в степях, пустынях. Встречается оно и у нас, но не часто. Перекати-поле – не отдельные растения, а форма некоторых из них. Обычно это  приземистые растения с раскидистыми жёсткими стеблями и многочисленными коробочками плодов. При созревании плодов их корневая шейка – место, где соединяется стебель с корнем, становится хрупкой, порыв ветра обламывает сухой лёгкий стебель с растопыренными, вверх направленными ветками и гонит его по ровной сухой земле. Обычно такие оторвавшиеся многоветвистые  кусты  сцепляются, переплетаются между собой и образуют лёгкие шары, катящиеся по земле. Иногда вихри ветра поднимают их вверх и тогда они большими скачками носятся по степи действуя на воображение местных жителей. Сила трения о почву у них ничтожна.  В нашей флоре перекати-поле могут образовывать сорняк клоповник сорный и житель степей рогач песчаный.

10.jpg

Перекати-поле

Почти у всех видов, образующих перекати-поле, плоды имеют отверстия, через которые может протиснуться семя или два. Катится перекати-поле и постепенно рассеивает свои семена, а плоды не дают им высыпаться в одном месте. Но, застигнутые дождём, ветви перекати-поле расходятся и выпрямляются, плодики раскрываются и семена падающими дождевыми струями вымываются из их створок, оставаясь на влажной, пригодной для быстрого прорастания почве. Так к ветру присоединяется следующий важнейший фактор фитоэкспансии – вода.

Нам всем понятна важность воды для произрастания растений. Без воды зелёные недозревшие растения вянут и гибнут. И обычно как бы ускользает от нашего внимания значение воды для созревшей, уже дающей плоды растительности. А вода, как и ветер, активно участвует в её расселении, распространении плодов и семян, будь то морские течения, реки, ручьи и просто дождевые струи и образующиеся ими дождевые потоки. Её участие называется гидрохорией, а растения использующие воду для своего распространения, известны как гидрохоры. Гидрохоры, как и анемохоры, имеют разнообразные приспособления, благодаря которым вода разносит их зачатки, не позволяя им до определённого времени погрузиться в воду, утонуть. Поэтому для гидрохоров очень важно иметь два основных приспособления – разносимые плоды и семена не должны смачиваться и определённое время держаться на воде, т.е. обладать плавучестью.  Естественно, что гидрохорами являются растения, живущие в воде или около воды. В процессе фитоэкспансии воде нередко помогает ветер, как помогал он раздувать паруса кораблям Колумба, плывущим на неведомый континент, открытие которого позволило европейцам завоевать для себя новые земли, оттеснив коренное местное население.

Королева наших озёр и медленных рек – белая кувшинка – не Колумб и не испанские конкистадоры. Её задачи вполне мирные, но очень важные для расселения и выживания. Каждое её созревшее семечко окружено мешочком, заполненным воздухом. Подгоняемое ветром, плывет семя в мешочке, как в резиновой надувной лодке. Но в лодке есть крошечная невидная дырочка, постепенно выпускающая воздух, как проколотая резиновая лодка. Воздух выходит из мешочка и семя опускается на дно. А тяжёлые семена её близкой родственницы – желтой кубышки – погружены в обильную слизь с массой мелких пузырьков воздуха. Комочек слизи с семенем довольно долго плавает в воде, но постепенно размокает, после чего семена опускаются в илистый грунт. У этих двух видов плавучесть имеет разные сроки: кубышка дольше держится на воду и, следовательно, способна дальше уплыть, чем кувшинка

11.jpg

Кувшинка белая

12.jpg

Так выглядят «лодочки» семян белой кувшинки

13.jpg

Кубышка жёлтая

Так же распространяются мелкие орешки осок, одетые мешочком с воздухом, который для них напоминает плот.

14.jpg

Осока приземистая с будущими плодами-воздушными мешочками

В наших краях вполне сухопутным растениям нередко помогает дождь. Когда от проливного дождя образуются потоки, быстро стекающие по почве, они смывают не только песок и землю. Вместе с ними они увлекают и упавшие семена, которые откладываются затем уже на новом, более отдалённом месте. Семена и плоды уносятся ещё дальше, если тем же дождевым потоком они приносятся в текущую воду ручьёв и рек. На песчаных отмелях горных ручьёв, на берегах рек, после того, как вода спала, постоянно находится множество отложенных плодов и семян самых различных растений. Правда, многие из них не имеют здесь будущего и погибают из-за отсутствием условий для жизни или потому, что за время водного путешествия утратили свою всхожесть, но некоторые прорастают, а иные укрепляются и прекрасно развиваются на новых местах. Некоторые сухопутные гидрохоры имеют весьма интересные приспособления для расселения водой.

В нашей башкирской флоре есть вероника ключевая – Veronica anagallisaquatica. В отличие от ряда других вероник – луговых, лесных и степных, она растёт по берегам рек и ручьёв. Её плоды коробочки в сухую погоду плотно закрыты, а промокнув во время дождя широко раскрываются. Дождь вымывает из раскрытой коробочки семена и уносит их. Выгода гидрохории здесь несомненна. Ветер мог бы занести семена на сухие места, на которых вероника ключевая прорасти не сможет. 

15.jpg

Вероника ключевая

 

Дождевая вода, подчиняясь рельефу, сносит вымытые семена на влажную землю болота или на окраину ручья – благоприятное место для ее произрастания.

А вот принадлежность к гидрохорам очитка едкого – типичного растения сухих мест – несколько озадачивает. Это маленькое мясистое растеньице обитает среди камней, по скалам, на сухих каменистых склонах, на бесплодном песке. Его пять многосемянных плодиков, каждый из которых напоминает миниатюрную лодочку, а все вместе – пятилучевую звезду, в сухую погоду, как и у вероники ключевой, закрыты, а в дождливую раскрываются так широко, что мелкие семена легко вымываются дождевыми каплями. Вместе с водой семена очитка попадают в трещины скал, расщелины камней, стен. Именно этим можно объяснить появление очитка на совершенно отвесных стенах. Посредством ветра его семена не могли бы так эффективно распространяться.

16.jpg

Очиток едкий

Каждый описанный случай анемохории и гидрохории практически уникален. Он свидетельствует об удивительных способностях растений выживать и расселяться. Но помимо ветра и воды для своего распространения растения используют и другие факторы окружающей среды, о чём будет следующий рассказ.

Автор – Позднякова Эмма Петровна

Фото – из интернета