Терморегуляция у цветков лотоса

По материалам:
Nature,1996, V. 383, p. 305
Жизнь растений. Т. 5, ч. 1. - М.:
Просвещение, 1980
Лотос

Цветкам легендарного лотоса, нередко называемого священным растением, свойственны теплообразование и терморегуляция - таково заключение ученых Роджера Сеймура (R.S.Seymour) и Пауля Шультце-Мотеля (Paul Schultze-Motel) из университета г. Аделаида, Австралия. Что нам было известно об этом растении?

Лотос - травянистое полуводное (иногда целиком водное) растение с сильно развитым корневищем. Принадлежит оно к классу двудольных, порядку лотосовых, в котором всего одно семейство с одним родом (Nelumbo) и двумя видами - лотосом орехоносным (N.nucifera) и лотосом желтым (N.lutea). Первый вид в диких условиях произрастает на полуостровах Индостан и Индокитай, на острове Шри-Ланка, в устье реки Куры в Азербайджане, в Китае, на юге Японии, на островах Малайского архипелага, Филиппинских островах и в Северо-Восточной Австралии. В нашей стране лотос орехоносный встречается на Дальнем Востоке и в дельте Волги и включен в Красную книгу. Второй вид, лотос желтый, распространен в Западном полушарии: в Центральной Америке, южных районах Северной и в северной части Южной Америки, на островах Ямайка, Гавайских, Больших и Малых Антильских.

Произрастают лотосы в самых разнообразных климатических условиях, но, как правило, в проточных водоемах - озерах и реках с медленным течением, или в заболоченных местах. Орехоносный лотос - растение с удивительно красивыми крупными (диаметром до 30 см) обоеполыми ярко-розовыми цветками; у основания лепестки более бледные, чем на верхушке. Цветки обладают слабым, но очень приятным коричным запахом. Они всегда обращены в сторону солнца, т. е. обладают гелиотропизмом. Семена лотоса сохраняют всхожесть длительное время.

В книге “Жизнь растений” сообщается о случае, когда орехи лотоса, пролежавшие погребенными не менее тысячи лет в торфяниках Северного Китая, после соответствующей обработки их кожуры проросли и дали цветущие растения. О давнем внимании человека к лотосу свидетельствуют многочисленные памятники искусства и литературы. Интерес этот связан с использованием лотоса в качестве пищевого, лекарственного и культового растения. В пищу используются богатые крахмалом, сахаром, жирами и витамином С корневища и семена лотоса.

Первое упоминание о лотосе как лекарственном растении было найдено в китайских летописях, датируемых третьим тысячелетием до н.э. Издавна в Китае, Индии, Древнем Египте лотос почитали как священное растение, что связано как с его практическим применением, так и с поразительной красотой цветков и уже упомянутым гелиотропизмом. Лотос был частым атрибутом погребальных церемоний, его неоднократно находили в древнеегипетских гробницах. Изображения этого растения нередко встречаются на памятниках культуры глубокой древности. В Ботаническом саду г. Аделаида ученые занялись изучением особенностей этого цветка, в частности удивительным для растений явлением - гомойтермией. в течение недели исследователи непрерывно измеряли температуру воздуха и температуру цветоложа у 19 цветков лотоса, а также количество потребляемого этими цветками кислорода. У вновь образованных бутонов температура цветоложа совпадала с температурой окружающего воздуха, но за 1-2 дня до раскрывания лепестков начинался период гомойтермии, т.е. поддержание внутренней температуры на относительно постоянном высоком уровне, что свойственно птицам и млекопитающим. В течение этого периода, который продолжался 2-4 дня, повышенным было и потребление кислорода. В это время созревали рыльца пестиков и пыльники тычинок, а потом, после полного раскрытия лепестков и начала рассеивания пыльцы, температура и потребление цветком кислорода начинали снижаться. Во время гомойтермичного периода в цветоложе поддерживалась температура от 30 до 35о С: при температуре окружающего воздуха 10о С температура цветоложа была   30о С, а при температуре воздуха 30о С цветоложе разогревалось до 35о. При внешней температуре более 30о температура цветоложа продолжала оставаться на несколько градусов выше температуры окружающего воздуха.

Повышение температуры цветка связано с увеличением интенсивности обменных процессов и окислением дополнительных количеств питательных веществ - углеводов (вероятно, крахмала). Это требует увеличения потребления кислорода. Тепло при этом возникает при разобщении дыхания и окислительного фосфорилирования в митохондриях, где благодаря ферменту оксидазе энергия окисляемого сахара используется не для синтеза АТФ, как обычно, а высвобождается в виде тепла. Предварительно проведенные измерения на срезанных цветках показали, что обменные процессы в цветоложе обеспечивают образование примерно половины общего количества тепла, а на долю лепестков и тычинок приходится примерно по одной четверти теплообразования. Уменьшение окружающей температуры и охлаждение цветка стимулирует процессы теплообразования. Наоборот, при высокой температуре воздуха температура цветоложа слегка увеличивается и теплообразование снижается. Характер этой регуляции, как показали эксперименты, не зависит от времени дня или режима освещения. Ранее терморегуляция цветков была известна у представителей семейства ароидных. Цветоложе и центральный початок цветка аронника (Arum), издающего зловонный запах тухлого мяса, разогреваются до температуры, значительно более высокой, чем окружающая. Благодаря этому происходит усиление испарения и распространения гнилостно запаха, что привлекает к цветку мух, опыляющих это растение.

У цветков лотоса теплообразование способствует согреванию пыльцы, но запах не усиливает. Однако возможно, что теплый цветок становится более привлекательным для насекомых-опылителей по другой причине. Благодаря структуре цветка и характеру пыления это растение опыляется жуками и пчелами. Для начала полета этим насекомым необходим разогрев грудки (торакса) до температуры выше 30о С. Жуки и пчелы, оказавшиеся в цветке лотоса после его закрытия, проводят ночь в “тепле и холе” (все-таки плюс тридцать градусов!), активно передвигаются внутри цветка и покрываются пыльцой. А ранним утром, сейчас же после раскрывания цветка, они уже готовы немедленно лететь прочь и продолжать собирать корм, а заодно и переносить теплую пыльцу на другие цветки. Таким образом, “постояльцы” лотоса получают преимущество перед оцепенелыми особями, ночевавшими на холоде. Так тепловая энергия, передаваемая цветком насекомому, способствует процветанию популяции лотоса. Об энергетических аспектах взаимоотношений растений и насекомых-опылителей было рассказано также в заметке “Солнце и специализация насекомых-опылителей” (“Биология”,N 37/1997). .

Другие записи

10.06.2016. Чабрец и чабер
Названия эти так похожи, что многие люди думают, что речь идет об одном и том же растении. На самом деле чабрец и чабер хотя и близкие родственники (они относятся к одному семейству губоцветных), но все…
10.06.2016. Рекорды растительного мира
Самое многообразное семейство цветковых растений – орхидные (класс однодольных). По оценке разных авторов, в него входит от 17 до 30 тыс. видов.Южноамериканскому растению из семейства сложноцветных хевреулии…
10.06.2016. Пейте чаще, пейте больше...(чай)
В апрельском номере журнала Nature за этот год опубликована статья американских исследователей, в которой подтверждаются данные о противораковом защитном действии чая. Более того, теперь становится ясным…
10.06.2016. Микробы и растения: молекулярный диалог в андеграунде
Мы многое не умеем или не можем делать в одиночку – достаточно вспомнить пустой холодильник или гору белья во время отсутствия жены, чтобы понять, что одинокое существование не дает возможности полностью…
10.06.2016. Мелисса лекарственная
Мелисса (Melissa officinalis) – многолетнее травянистое растение из семейства губоцветных (другое название – яснотковые). Стебли ее четырехгранные, прямостоячие, ветвистые, высотой 30–120 см. Листья мелиссы…