Деревья кажутся неподвижными и пассивными: они растут, реагируя на свет, силу тяжести и окружающую среду, но сами не способны изменить положение тела так, как это делают животные. Однако новое исследование показывает, что такое представление слишком упрощает действительность.
Ученые из Национального исследовательского института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды Франции (INRAE) и Университета Клермон-Оверни обнаружили у некоторых деревьев механизм, удивительно напоминающий работу мышц. Он позволяет растению активно корректировать форму ствола и поддерживать вертикальное положение.
Причем речь идет не о метафоре. Исследователи обнаружили своеобразный сенсомоторный контур — систему, в которой дерево воспринимает изменение своего положения, а затем за счет роста определенного типа древесины механически исправляет возникшее отклонение.
Как деревья «держат осанку»
Около 15 лет назад ученые обнаружили, что растения обладают биологическим механизмом, позволяющим активно регулировать собственную форму — свойство, которое тогда считалось характерным прежде всего для животных.
Теперь исследователям удалось понять, как именно работает этот механизм.
Для эксперимента они использовали молодые тополя. Сначала деревья расположили горизонтально. В ответ на такое положение они начали изгибаться вверх, стремясь расти в сторону источника света.
Затем ученые поместили уже изогнувшиеся растения на горизонтальную вращающуюся платформу внутри сферы, освещенной со всех сторон. Такая конструкция позволила практически исключить влияние гравитации как основного фактора, заставляющего стебель расти вверх.
И тут произошло самое интересное: несмотря на отсутствие привычного направления силы тяжести, молодые тополя постепенно начали исправлять свое положение и возвращаться к вертикальной ориентации.
Получалось, что растение словно обладало собственной «осанкой» и стремилось ее восстановить.
Что такое натяжная древесина
При детальном изучении стволов ученые обнаружили ключ к этому поведению. На одной стороне стебля растения формировали особый тип древесины, известный как натяжная древесина (tension wood).
Она способна создавать механическое напряжение и постепенно изменять направление роста ствола. В результате одна сторона растения словно «подтягивает» его вверх.
Но система оказалась еще интереснее. После того как ствол начинает выпрямляться, образование натяжной древесины переключается на другую сторону.
Таким образом, две стороны ствола работают как своеобразная пара противоположно действующих мышц. Сначала одна сторона создает усилие, заставляющее растение изменить положение, затем другая корректирует движение и помогает добиться более прямой формы.
Это принципиально отличается от простого роста клеток за счет изменения их тургорного давления — внутреннего давления жидкости, которое действительно играет важную роль в жизни растений. В данном случае дерево использует химические процессы и механику древесины, чтобы активно управлять собственной формой.
У дерева обнаружили аналог проприоцепции
Особенно любопытен термин, который использовали исследователи: проприоцепция. У животных так называют способность ощущать положение собственного тела и его частей в пространстве.
Например, человек может закрыть глаза и всё равно понимать, согнута ли его рука. Для этого организму не требуется постоянно смотреть на нее — положение тела определяется с помощью внутренних сенсорных систем.
Исследование показывает, что у растений может существовать функционально похожий механизм. Дерево способно реагировать на изменение своего положения и запускать последовательность процессов, которая возвращает его к оптимальной форме.
«Мы обнаружили настоящий сенсомоторный контур, работающий в древесных частях деревьев», — говорит научный директор INRAE Бруно Мулиа (Bruno Moulia).
Получается довольно необычная картина: дерево не имеет нервной системы и мышц в привычном смысле, но при этом способно воспринимать механическое состояние собственного тела и корректировать его посредством роста.
Зачем дереву вообще выпрямляться?
Для растения форма — не вопрос эстетики. От нее напрямую зависит выживание.
Расположение ствола и ветвей определяет, насколько эффективно дерево получает свет, насколько устойчиво оно к ветру и собственному весу и как распределяет механические нагрузки.
Поэтому способность корректировать форму может давать серьезное преимущество. Если ствол отклоняется, дерево не обязательно просто продолжает расти в новом направлении. Оно способно постепенно перестраивать ткани, создавая внутренние напряжения и возвращая конструкцию к более выгодному состоянию.
При этом подобная система требует ресурсов. Производство специальной древесины и последующая перестройка ствола — энергетически затратный процесс. Следовательно, растение тратит энергию не случайно: корректировка формы должна иметь достаточно большое значение для его выживания.
Почему это важно для лесного хозяйства
Открытие интересно не только с точки зрения фундаментальной биологии.
Понимание того, как деревья управляют механическими напряжениями внутри ствола, может помочь улучшить выращивание древесины. Если последовательность формирования натяжной древесины нарушается, внутри ствола возникают чрезмерные напряжения. Это может ухудшать качество получаемого материала.
По словам Мулиа, результаты исследования могут помочь в разработке методов выращивания деревьев с более прямыми стволами и меньшим количеством внутренних напряжений — то есть древесины, которая будет более ценной для практического применения.
Исследователь INRAE Феликс Хартманн (Félix Hartmann) подчеркивает, что подобные открытия стали возможны благодаря объединению специалистов из разных научных областей. Изучение поведения деревьев требует одновременно знаний ботаники, биомеханики, физиологии и физики.
Растения гораздо активнее, чем нам кажется
Новое открытие хорошо вписывается в более широкую картину современной ботаники. Растения давно демонстрируют способность адаптироваться к недостатку света, соленой почве, нехватке питательных веществ и атакам патогенов.
Проблема в том, что человек привык воспринимать движение как нечто связанное прежде всего с животными. Дерево не может уйти от опасности, но это вовсе не означает, что оно ничего не делает.
Оно постоянно отслеживает условия окружающей среды и перестраивает собственное тело в ответ на них. В случае тополей эта способность проявляется особенно наглядно: дерево буквально изменяет структуру растущей древесины, чтобы исправить положение собственного ствола.
Исследователи считают, что подобные работы помогают преодолеть так называемую «растительную слепоту» (plant blindness) — склонность человека недооценивать сложность и разнообразие поведения растений.
И это не просто философский вопрос. Чем лучше ученые понимают внутренние механизмы роста растений, тем эффективнее они смогут использовать эти знания в сельском хозяйстве, лесоводстве и экологических исследованиях.
Исследование опубликовано в научном журнале New Phytologist.
