Как суккуленты выживают там, где нет воды

Среди всех растений засушливых мест именно суккуленты научились не просто пережидать засуху в состоянии анабиоза, а жить во время нее полной жизнью. Какой раскаленной ни была бы окружающая пустыня, как безжалостно ни жгло бы тропическое солнце, суккуленты наперекор всему процветают в самых безводных районах земного шара.

Для полноценного существования в экстремальных условиях эти растения выработали особые способы адаптации

Источник: Legion Media

Название «суккулент» происходит от латинского слова succulentus, что означает «сочный», и действительно, наличие объемных, сочных стеблей или листьев является самой характерной чертой внешнего облика этих представителей флоры. Суккуленты — это многолетние растения засушливых мест (ксерофиты), способные не только создавать резервные запасы влаги в тканях вегетативных органов, но, главное, экономно расходовать эти запасы в период засухи, не теряя жизнеспособности даже тогда, когда почва высыхает настолько, что корневая система растения не в силах извлечь из нее ни капли воды.

Жизнеспособность суккулентов просто удивительна! До наших дней у некоторых народов Ближнего Востока сохранился восходящий к временам Древней Ассирии обычай украшать вход в дом, подвешивая над ним розетку алоэ настоящего (Aloe vera). Это суккулентное растение, ставшее символом терпения и выносливости, без почвы и воды живет годами и даже умудряется цвести! А о другом суккуленте — кактусе опунции — известный ботаник Лютер Бербанк писал: «Я видел, как они (кактусы) растут на полу, за кухонной плитой, в карманах зимнего пальто, положенные на письменном столе и в других неподходящих местах».

Похожи, но не родня
Характерный, легко узнаваемый облик суккулентов — кактусов, алоэ («столетников»), агав, молочаев и разнообразных толстянок — способен ввести в заблуждение неспециалистов, которые зачастую всех их считают кактусами, поскольку именно они давно и прочно обосновались на наших подоконниках. Однако определенная общность черт — не более чем печать, наложенная сходным образом жизни на растения, совершенно не родственные друг другу и произрастающие в природе в разных частях света.

Алоэ многолистное (Aloe polyphylla), образующее плотные ряды листьев, уложенные в спирали, — эндемик Лесото

Источник: Legion Media

Конечно, сейчас живые изгороди из кактусов можно встретить и в Африке, и в Австралии, но туда эти растения были завезены человеком. Родиной кактусов, составляющих отдельное семейство, а также семейства агавовых, к которому относятся агавы и юкки, являются пустыни Центральной и Южной Америки. Южная Африка — родина разнообразных, иногда удивительно похожих на кактусы эуфорбий, относящихся к семейству молочайных, и алоэ — растений, похожих на агавы, но принадлежащих к семейству лилейных.

Суккулентные деревья молочая канделябровидного (Euphorbia candelabra) — неотъемлемая часть пейзажа в странах Восточной Африки

Источник: Legion Media

А представители обширного семейства толстянковых — настоящие космополиты, произрастающие в природе и в Африке, и в Южной Америке, и в Евразии. Это лишь самые широко известные суккуленты, а вообще в настоящее время ботаники относят к этой экологической группе около 10 тысяч видов растений, принадлежащих к не менее чем 40 различным семействам.

Собрать побольше влаги

Пахиподиум намакванский (Pachypodium namaquanum),

прозванный на родине «слоновьим хоботом» — суккулент, т

ипичный для засушливых районов Капской провинции ЮАР и

Намибии Источник: Legion Media

Все суккуленты — обитатели засушливых мест, но далеко не каждая пустыня или полупустыня Земли может похвастаться их богатой коллекцией. Дело в том, что стратегия выживания, избранная этими растениями, несомненно, чрезвычайно эффективна, но лишь в определенных условиях. Суккуленты отсутствуют в так называемых холодных пустынях умеренного пояса, поскольку их сочные ткани не переносят продолжительных зимних холодов, свойственных климату этих пустынь. Пасуют суккуленты и перед исключительно суровыми условиями жизни в тех жарких пустынях, где выпадение дождя равносильно чуду, ждать которого можно годами и даже десятилетиями.

Настоящие царства суккулентов — калифорнийская пустыня Сонора и южноафриканская пустыня Кару. В этих субтропических пустынях никогда не бывает морозов, и засушливые сезоны года регулярно сменяются относительно влажными, когда на землю обрушиваются короткие, но бурные ливни. Основная задача растений, обитающих в таких местах, — как можно быстрее и эффективнее собрать воду, пока она не успела испариться под жаркими лучами солнца. Поэтому суккуленты обладают сильно разветвленной корневой системой, образующей густую сеть в нескольких сантиметрах от поверхности почвы, что позволяет корням впитывать влагу буквально в момент выпадения осадков.

Принципиально иной способ получения влаги используют тилландсии, произрастающие в туманной пустыне Атакама, протянувшейся вдоль западного побережья Южной Америки. Несмотря на близость океана, эта пустыня по праву считается одним из самых засушливых мест на Земле: в некоторых ее районах годовая сумма осадков составляет всего 1—3 мм, что фактически означает полное отсутствие дождей.

Тилландсии пустыни Атакама аккумулируют влагу из атмосферы

Источник: Alexander Siegmund

Зато каждую ночь прибрежные районы этой странной пустыни окутывают наползающие с моря густые, как молоко, промозглые туманы, которые являются единственным источником влаги для обитающих там растений и животных. Тилландсии лишены бесполезных в таких условиях корней, но поверхность их листьев густо покрыта серебристыми адсорбирующими чешуйками, впитывающими атмосферную влагу, за что они и получили название суккулентных атмосфериков.

Сохранить водный запас

Аллаудия высокая (Alluaudia procera) — эндемик так называемых

колючих лесов Мадагаскара, изобилующих суккулентами

Источник: Wikimedia Commons

Как ни трудно добыть воду в пустыне, все-таки эта задача кажется смехотворно простой по сравнению с необходимостью длительного ее сохранения в условиях жары и сухости воздуха. Но суккуленты блестяще справились и с этой проблемой.

Клеточный сок, содержащийся в вакуолях водоносной паренхимы суккулентов, — не просто водный раствор необходимых для жизни растения минеральных солей и органических веществ. По своей физико-химической природе он представляет собой коллоидный раствор, в котором вода связана слизистыми веществами (пектинами), препятствующими ее испарению.

Убедиться в этом очень просто, капнув на стекло каплю сока алоэ и, для сравнения, например, каплю капустного сока: к тому моменту, как капустный сок полностью испарится, капелька сока алоэ лишь слегка уменьшится в объеме.

Огромное значение имеет и форма водозапасающих частей растения: у большинства суккулентов она стремится к форме шара, что, как известно, позволяет заключить наибольший объем в поверхность минимальной площади. Плоские листья, обладающие огромной испаряющей поверхностью, в такой ситуации выглядели бы крайним расточительством.

Поэтому у листовых суккулентов они округлые, а у стеблевых зачастую отсутствуют полностью или появляются только в условиях хорошего увлажнения. У кактусов листья преобразованы в колючки, морфологически представляющие собой черешки листьев, утративших в процессе эволюции листовую пластину. При отсутствии листьев функция фотосинтеза полностью переходит к зеленому стеблю растения.

Крупные, похожие на бочонки кактусы рода Ferocactus могут запасти 1—3 т воды, которой им хватает для безбедного существования в течение целого года. Поверхность кактусов, как и прочих суккулентов, обычно изборождена глубокими складками: под напором влаги они разглаживаются, что позволяет растению стремительно увеличить объем и избежать при этом повреждения внешних покровов

Источник: Legion Media

Еще одним универсальным способом предохранить ткани от высыхания служит плотная кожица, водонепроницаемость которой усилена восковым налетом, весьма характерным для многих видов суккулентных растений.

Избежать перегрева

Голубую агаву (Agáve tequilána), из которой в Мексике

производят текилу, характерен «прохладный» цвет листьев

Источник: Legion Media

Впрочем, как бы ни была надежна защита от испарения, она не может быть абсолютной по той простой причине, что каждое живое растение нуждается в газообмене с окружающей средой. Как известно, в основе жизнедеятельности растений лежит процесс фотосинтеза, в результате которого в хлоропластах из углекислого газа и воды под воздействием энергии солнечного света образуются органические соединения и кислород. К тому же каждое растение дышит, потребляя кислород и выделяя углекислый газ. И оба эти процесса неизбежно сопровождаются потерей паров воды через открытые устьица, наиболее интенсивно происходящей в жаркие дневные часы.

На первый взгляд может показаться, что сократить эти потери невозможно, но суккулентам удалось и это! Как выяснилось, этим растениям свойствен особый тип метаболизма, впервые открытый у представителей семейства толстянковых (Crassulaceae).

Суть его заключается в том, что суккуленты открывают устьица и поглощают углекислый газ в ночные часы, запасая его в вакуолях клеток в виде органических кислот. А днем устьица закрыты, и фотосинтез идет с участием углекислого газа, образующегося при распаде этих кислот.

Углекислый газ, выделяющийся при дыхании растения, тоже не пропадает даром, а запасается в тканях, чтобы потом тоже включиться в процесс фотосинтеза. Только за счет такого усовершенствованного типа метаболизма суккуленты расходуют в среднем в 30 раз меньше воды, чем другие растения.

Подобный обмен веществ имеет и свои минусы. Из-за него суккуленты отличаются очень низкой скоростью роста, а, кроме того, сокращение объема испарения воды через устьица чревато опасностью перегрева, тем более что большинство суккулентов произрастают на открытых местах под прямыми палящими лучами солнца. Поэтому неудивительно, что именно среди суккулентов есть растения, ткани которых способны выдерживать нагрев свыше 50°C, а у одного из видов опунций была зафиксирована температура наружных тканей в 65°C — это высший предел, после которого начинается процесс разрушения белков.

Растение вида Opuntia macrocentra, произрастающее на юго-западе Северной Америки, имеет листья характерной пурпурной окраски

Источник: Wikimedia Commons

Но все-таки таких «экстремалов» даже среди этой группы растений немного, и большинство их стремятся обезопасить себя от перегрева и солнечных ожогов. Именно поэтому восковой налет суккулентов обычно имеет сероватый или голубоватый цвет, хорошо отражающий солнечные лучи, а покровы некоторых из них «загорают» на солнце, приобретая красный или пурпурный оттенок.

Густые колючки и волоски кактусов не только надежно защищают своих владельцев от посягательств многочисленных животных, охочих до сочной мякоти стеблей, но и затеняют живые ткани растения. Ребристая форма стеблей также способствует тому, что часть их поверхности всегда находится в тени.

Весьма своеобразным способом решают задачу защиты от солнечных ожогов представители семейства аизооновых. К этому семейству принадлежат, например, литопсы, мясистые листочки которых по форме и цвету так похожи на камешки, что заметить их среди россыпи щебня можно лишь тогда, когда на них распускаются цветы с крупным изящным венчиком, состоящим из множества узких ярких лепестков.

На фото слева: Цветущий литопс. На фото справа: Литопс в разрезе

Источник: Legion Media

Из-за своего совершенного камуфляжа литопсы широко известны под образным названием «живые камни», но существует у них и еще одно, не менее меткое название — «окошечные растения». Дело в том, что в природных условиях литопсы, дабы избежать лишних потерь влаги, почти полностью погружены в почву, над которой едва возвышаются уплощенные верхние части их листьев. Содержащая хлорофилл ткань расположена в глубине листа и прикрыта сверху не только плотной кутикулой, но и слоем прозрачных клеток, содержащих запас влаги.

Солнечные лучи, почти отвесно падающие на растение, рассеиваются, проходят через это «окошко» и не повреждают фотосинтезирующих тканей. Интересно, что у литопсов существует чрезвычайно простая, но эффективная автоматическая система регуляции пропускной способности «окошек». Когда растение испытывает дефицит влаги, соли, содержащиеся в клеточном соке, кристаллизуются и «окошко» мутнеет.
Благодаря оригинальному внешнему виду и неприхотливости суккуленты давно стали излюбленным объектом разведения и коллекционирования. А ученые, изучающие морфологию и физиологию растений, находят в них неисчерпаемый источник знаний о возможностях живой природы к адаптациям в самых, казалось бы, неподходящих условиях существования.