Стеклянный цветок

Цветки двулистника Грея (Diphylleia grayi), намоченные дождем Фото с сайта bhg.com.

Пред вами цветки двулистника Грея (Diphylleia grayi), намоченные дождем. В сухую погоду они выглядят просто белыми, но стоит пойти дождю, как цветок преображается. Дождевые капли касаются лепестков, и постепенно они сами становятся прозрачными, как капли. Остается видна лишь сеть проводящих пучков, а сам лепесток словно тает под дождем. За это свойство двулистник Грея в англоязычной литературе получил название скелетный цветок (skeleton flower), хотя, когда смотришь на эти прозрачные, словно вышедшие из мастерской искусного стеклодува, лепестки, кажется, что ему подошло бы и менее пугающее название — стеклянный цветок.

Двулистник — это корневищное многолетнее травянистое растение из семейства барбарисовые. По весне корневища дают побеги, каждый несет всего по два надземных листа с нежными двулопастными у верхушки пластинками. Первый, нижний, лист, как правило, крупнее последующего (шириной до полуметра). Затем в мае–июне растение зацветает, его верхушечное соцветие в среднем состоит из 8–10 цветков. Каждый из них с шестью «белыми» лепестками и шестью тычинками с яркими желто-оранжевыми пыльниками. Цветки источают легкий аромат шиповника.

Двулистник Грея. Фото с сайта commons.wikimedia.org, Япония, 28 июня 2008 года

Период вегетации у скелетного цветка не слишком длинный. Каждое растение цветет около десяти дней, в июле–августе созревают плоды, и к этому времени, как правило, листья полностью отмирают. А в августе отмирает вся надземная часть растения.

Двулистник Грея с созревающими ягодами и отмирающими листьями. Фото Татьяны Коротеевой с сайта inaturalist.org, Южно-Сахалинск, 12 августа 2023 года

В сухую погоду цветки двулистника Грея явственно белые. Но прежде чем разобраться, что же происходит с ними, когда они теряют эту белизну, нужно понять, что обеспечивает ее изначально. Воспринимаемый нами цвет объекта — это волны с определенной длиной в диапазоне видимого человеческим глазом спектра, которые были отражены от объекта. В основном цвет лепестка зависит от типа и количества определенного пигмента, содержащегося в его тканях, или сразу нескольких. Пигменты способны поглощать часть светового спектра с определенной длиной волны и отражать оставшуюся часть спектра. Например, хлорофилл, основной фотосинтетический пигмент, поглощает синюю и красную часть спектра, а отражает зеленую, поэтому содержащие хлорофилл органы растений нам видятся зелеными. По осени часть их меняет цвет, поскольку хлорофилл разрушается, а остаются каротиноиды, визуально дающие листьям желто-красную окраску.

Но белый цвет — это отражение всего видимого спектра. У многих белых цветков из пигментов присутствуют ряд флавоноидов, которые способны поглощать и отражать ультрафиолет, следовательно видимый человеку спектр они отражают полностью и выглядят белыми. Но для насекомых, которые способны видеть в ультрафиолетовой части спектра, на лепестках могут располагаться невидимые нам метки таких «чернил», как указательные полосы на посадочной полосе. Часто таким образом обозначены нектарники.

Цветок ясколки полевой в видимом свете (слева) и ультрафиолете (справа). Контраст между лепестками с высоким коэффициентом отражения УФ и слабо отражающими УФ тычинками и пестиком создает заметный направляющий узор для опылителей. Фото © Bjørn Rørslett с сайта naturfotograf.com

Однако в лепестках двулистника Грея цвет дает не пигмент, а сама структура ткани лепестка. Она рыхлая, с крупными межклетниками, заполненными воздухом. Тогда как клетки, будучи живыми, заполнены жидким содержимым — цитоплазмой. Это среды с сильно различающимся показателем преломления. И на их границе происходит многократное диффузное отражение света, вследствие чего лепестки кажутся нам белыми.

Слева — белые цветки двулистника Грея в сухую погоду. Фото с сайта flickr.com, Япония, 26 мая 2013 года. Справа — намокший полупрозрачный цветок. Видно, что у жилок межклетники еще заполнены воздухом и потому беловатые. Фото © Jazmin Alfaro с сайта flickr.com, 14 марта 2019 года

Когда же лепесток намокает под дождем, влага постепенно проникает в межклетники, и система «воздух–жидкость» замещается системой «жидкость–жидкость» («вода–жидкая часть цитоплазмы»). Поскольку вода и цитоплазма обладают близкими по значению показателями преломления (1,33 и 1,36–1,39 соответственно), рассеивание света существенно снижается, а пропускание света увеличивается, и в результате лепестки выглядят прозрачными. Процесс этот происходит не сразу, а по мере проникновения жидкости. При высыхании лепестки также постепенно «белеют».

Это умение лепестков двулистника Грея играть со светом, обратимо снижая его рассеивание, вдохновляет ученых на создание новых материалов с гидрохроматическими свойствами, то есть меняющих свою прозрачность при взаимодействии с водой, — пленок и других покрытий с изменчивой прозрачностью, «умных» окон и даже зонтиков, становящихся прозрачными под дождем.

Ученые, работающие над материалами на основе природных свойств организмов, создали вот такую искусственную модель цветка двулистника Грея путем склеивания двух гидрохромных пленок с микрополостями размером 1 мкм. Изображение из статьи Gang Yeol Yoo et al., 2020. Diphylleia grayi-Inspired Intelligent Hydrochromic Adhesive Film

Прозрачность — это редкое явление среди наземных растений. У некоторых животных прозрачность встречается как элемент камуфляжа, особенно среди водных. Но если для животных это способ спастись от поедания, то зачем это нужно цветочным лепесткам, главная функция которых — привлечь опылителя, не совсем ясно. Служит ли прозрачность лепестков в дождливую погоду неким сигналом опылителям или это, скорее, побочный эффект? Возможно, это как-то связано с намоканием пыльников, никак не защищенных структурами цветка, и побеление лепестков вследствие высыхания сигнализирует о готовности цветка к опылению.

Обитает этот умелый физик растительного мира на Дальнем Востоке. Его можно найти на Сахалине и Курильских островах (Кунашир, Итуруп) и в северных районах Японии. Двулистник Грея предпочитает хорошо увлажненные тенистые участки леса. Растет по берегам ручьев и протоков.

Двулистник щитковидный отличается от двух других видов по форме листьев. Фото © Philip Bouchard с сайта flickr.com, США, 9 мая 2015 года

Род двулистник — реликт третичного периода. В нем всего три вида с разной географией. Двулистник щитковидный (Diphylleia cymosa) растет в Аппалачах в Северной Америке, китайский двулистник (Diphylleia sinensis) — в Китае.