Почему стебель любого растения обычно растет вверх, а корень вниз? Оказывается, стебель и корень по-разному отвечают на действие силы тяжести, и потому их движения, геотропизм, направлены в разные стороны (гео – земля, тропос – направление). Стебель растет в направлении, противоположном действию силы тяжести, а корень – по направлению действия этой силы.
А что же происходит, когда тяжесть отсутствует? Стебельки хаотично тянутся в разные стороны и не находя нужного направления, спустя две-три недели погибают. Такое явление можно наблюдать и на земле, при выращивании растений на специальном приборе – клиностате.
Устройство клиностата таково: горизонтально установленная ось при помощи часового механизма приводится в очень медленное (один оборот в 15-20 минут), но непрерывное вращательное движение. Растение вращается вместе с осью и вместе с тем свободно растет. При вращении оси растение одной и той же стороной попеременно поворачивается то вверх, то вниз; растение продолжает расти в том направлении, в каком было прикреплено к оси клиностата. Так устраняется действие силы тяжести на направление роста. Эта установка не создает невесомости, но дает подобный ей эффект.
В условиях невесомости (где устранено одностороннее действие силы тяжести), растения не могут осуществить весь цикл своего развития и погибают. «Нам было приятно возиться с растениями, — вспоминает дважды Герой Советского Союза, летчик-космонавт СССР Петр Ильич Климук в своих записках. — При одном взгляде на них на душе делалось теплее...» И вдруг растения гибнут.
Зеленое растение — необходимое звено замкнутой системы жизнеобеспечения в космосе. Именно оно должно снабжать космонавтов свежей, богатой витаминами пищей, генерировать кислород, поглощать углекислый газ и т. д. Научиться выращивать растения в невесомости очень важно уже сейчас, без этого совершенно не обойтись на длительно действующих станциях или при межпланетных полетах. Проблема волнует многих, и надо надеяться, она будет решена.
Откуда же у растений такая привязанность к гравитации, что они без нее жить не могут? Дело в том, что за длительную историю в условиях земной жизни у растений образовался своеобразный вестибулярный аппарат. Его работа выглядит примерно так: относительно тяжелые крахмальные зерна, плавающие в клетках, под действием силы тяжести собираются с той или иной их стороны и раздражают цитоплазму клеток. К гнущейся части стебля направляются тут же гормоны роста и вызывают там активный рост тканей, выпрямляя изгиб. Таким образом, растение ориентирует свой рост в пространстве. Следовательно, сила тяжести - необходимый экологический фактор для роста, образования органов и размножения растения.
Английский естествоиспытатель Т.Э.Найт устроил «огород» на ободе колеса действующей водяной мельницы. Семена фасоли все как одно выбросили стебли к ступице колеса (т.е. к его центральной части), а корни — наружу: растения простодушно приняли центробежную силу за силу тяжести. С тех пор центрифуга (устройство, создающее перегрузки под действием центробежной силы) вошла в технический арсенал ботаников.
Особенно бросающийся в глаза пример геотропизма - это направление роста деревьев, развивающихся на горном склоне. Деревья расположены вовсе не перпендикулярно к тому конкретному участку поверхности Земли, на котором растут, а совершенно независимо от крутизны склона - в направлении, от центра Земли.
Уже при прорастании семени, которое происходит в темноте, то есть вне влияния света, и независимо от положения самого семени, наблюдается изгиб зародышевого корешка вниз, а проросткового побега - вверх. Известны также случаи возвращения в вертикальное положение надломленных или полегших растений, обусловленного геотропизмом. Несомненно, вы уже замечали, что прибитые к земле бурей или дождем хлебные злаки могут снова подниматься.
Какие трудности приходится преодолевать растениям на суше? Прежде всего, добывать воду и доставлять её ко всем своим органам. И силу тяжести, которая давит к земле и мешает подставлять листья солнечному свету. Водные растения от этого избавлены. Вода вокруг и плавучесть есть. И именно в этом причина хорошо заметных даже для невооруженного взгляда различий между ними. Надо только вынуть растение из воды. Фотография красноречивее слов - посмотрите.
Сухопутные растения вынуждены формировать механические ткани, которые поддержат их стебли и листья, не дадут им бессильно лежать на земле. Иными словами, они прочные, жёсткие - гораздо жёстче, чем водные. Предельный случай - стволы деревьев, которые позволяют кроне гордо возвышаться над окружающим пейзажем. Конечно, деревья в аквариум никто не сажает. Но даже нежные травы старательно приподнимают свои верхушки, поддерживают свои листья в правильном положении по отношению к свету, не давая им поникать под напором ветра, дождя и просто собственной тяжести.
