Увеличенные пыльцевые зёрна разнообразных цветковых и хвойных растений, демонстрирующие большое разнообразие в размерах и скульптуре поверхности.
Даже сегодня тысячи видов растений по-прежнему полагаются на перенос их спор по воздуху, и пыльцевое зерно – это ни в коем случае не устаревшая репродуктивная стратегия. Самые разнообразные растения, от крохотных, жмущихся к земле тайнобрачных до высочайшего бамбука и крепчайших деревьев на планете, по-прежнему придерживаются стратегии «просто секс, и никакого шоу», заключающейся в выработке масс дешёвых гамет вместо дорогостоящих и эффектно выглядящих сексуальных аттрактантов, предназначенных для немногих. Великие циркумбореальные сосновые, еловые и пихтовые леса Канады и России – это живые примеры того, что такое щедрое разбрасывание триллионов и триллионов пыльцевых зёрен было весьма успешной репродуктивной стратегией на протяжении миллионов лет.
Конечно, почти все эти пыльцевые зёрна промахиваются мимо цели, образуя жёлтые кольца разводов вокруг альпийских озёр или вызывая воспаление в наших слезящихся глазах и текущих носах. Хотя каждый год на одном акре сосновых деревьев образуются миллиарды пыльцевых зёрен, они могут дать начало лишь десяткам тысяч орешков сосны и только нескольким новым сеянцам сосны. Если смотреть с этой точки зрения, то сосновые орешки в вашем местном магазине здорового питания – это не просто результат несколько непредсказуемой случайности, но их цена ещё и сильно занижена!
Ветроопыление, однако, – не совсем уж «выстрел в тумане», каким его когда-то считали. Сейчас признано, что многие из современных растений, и цветущие покрытосеменные, и нецветущие голосеменные, по-прежнему практикуют древнее искусство прямого ветроопыления – анемофилию. Но не думайте, что эти любители ветра неразборчивы в рассеивании пыльцы просто потому, что ещё не склонили животных к выполнению работы по переносу пыльцы или спор. Фактически, недавние совместные работы Стива и Карла Никласа из Корнелльского университета показали, насколько умно могут быть устроены некоторые структуры ветроопыляемых растений.
До 1980-х годов ботаники не особо задумывались о значении формы ветви и шишки женского растения сосны в плане улавливания пыльцы. Именно тогда Никлас – настоящий палеоботаник и пионер-математик в областях аэродинамики и биомеханики растений – решил заняться этой богатой уравнениями проблемой в своей лаборатории в Итаке, штат Нью-Йорк. Используя свои познания в области окаменелостей, Никлас создал масштабные глиняные модели сосновых шишек и других репродуктивных органов ныне вымерших родов. Его особенно интересовали шишки с вертикальными остроконечными выростами, функции которых были неизвестны. Рассудив, что эти вертикальные нити могли бы работать подобно заграждениям для снега, снижая скорость пыльцевых зёрен, чтобы те плавали в воздухе вокруг шишек, он решил проверить эту идею опытным путём в самодельном ветровом туннеле. Глиняные модели были обожжены, окрашены в чёрный цвет и установлены в качестве мишеней в ветровом туннеле. Затем он собрал пыльцевые зёрна сосен и других хвойных, и поместил их над мишенями.
Запустив движение пыльцы, Никлас отснял серию её фотографий при мощных стробоскопических вспышках света с интервалами 400 раз в секунду. Проявленные негативы демонстрировали блестящие белые точки – пыльцевые зёрна – с дискретными интервалами, хореографическую картину траекторий отдельных зёрен во время их танца в сложном узоре потоков воздуха, создаваемых мишенями. На видеозаписи было видно, как некоторые из пыльцевых зёрен выполняли красочные пируэты, медленно вращаясь по спирали и в вихрях, возникающих за шишками. Хотя некоторые из наблюдаемых пыльцевых зёрен улетали от глиняных моделей, другие оказывались захваченными красивым вихревым узором, в итоге сталкиваясь, зачастую далеко не сразу, с похожими на бутоны шишками.
На рисунке – группа мужских цветков на ветке хохобы (Simmondsia chinensis), рассеивающих по ветру свои пыльцевые зёрна. Напротив – восприимчивый к ней одиночный женский цветок, приспособленный к опылению при помощи ветра. Линии изображают сложный рисунок потока воздуха, создаваемый цветками и листьями растения.
Читая ранние статьи Карла Никласа, Стив задался вопросом о том, могло ли строение ветроопыляемых покрытосеменных также направлять поток летящей по воздуху пыльцы вокруг их цветков. Он пригласил Никласа к сотрудничеству, приспособив его инновационные методы для изучения растений, с которыми Стив работал уже много лет. Они выбрали для изучения известный «шампуненосный» кустарник хохобу (Simmondsia chinensis), уроженца пустыни Сонора в Аризоне, Калифорнии и соседней Мексике. Прежде всего, они хотели узнать, успешно ли женские цветы хохобы улавливали летающие в воздухе зёрна пыльцы, выпущенные с соседних «мужских» растений – ведь хохоба является двудомной, а это означает, что мужские и женские цветки несут различные растения.
После сбора свежих ветвей в Тусоне и отправки их самолётом через всю страну в Итаку, ветки, густо увешанные женскими цветками, были помещены в качестве мишени в ветровой тоннель Никласа. Женские цветки хохобы типичны для большинства ветроопыляемых покрытосеменных. Они мелкие, бледно-зелёного цвета, лишены красивых лепестков и не выделяют никакого нектара, запаха или иных средств привлечения, которые могли бы соблазнить животных подойти поближе и сыграть роль посредников. Каждый висячий цветок с трёхлопастным рыльцем/столбиком сидит под двумя жёсткими, направленными вверх листьями, которые очень напоминают уши кролика. Эти на первый взгляд несущественные особенности строения много значат для хохобы, позволяя ей оставить глубокий след в продуваемом всеми ветрами мире конкурентов за пыльцу.
Когда двое мужчин выпустили тысячи пыльцевых зёрен хохобы в освещённый стробоскопическим светом ветровой тоннель, их глазам открылись кое-какие весьма необычные аэродинамические особенности. Похожие на кроличьи уши листья, растущие над каждым женским цветком, оказывали значительное воздействие на улавливание пыльцы. Ровный поток воздуха вокруг листьев делает резкий скачок вниз, что показывают изменения в траекториях пыльцы. Когда воздух образует вихри вокруг «кроличьих ушей», его скорость снижается; в результате на восприимчивые к пыльце вытянутые рыльца падает настоящий дождь из пыльцы, и оплодотворение проходит успешно – фактически, настолько успешно, что хохоба, возможно, отказалась от стратегий привлечения насекомых, характерных для её предков, и всецело положилась на собственное эргономичное строение и пустынные бризы.
