Чего не знал Дарвин?
Чарлз Дарвин знал многое. Но в тот день 1880 года, когда он со своим сыном Фрэнсисом изучал влияние света на изгибы проростков злака, великий биолог даже не предполагал, что мог бы стать автором еще одного выдающегося открытия: впервые обнаружить гормоны у растений. Правда, в 1880 году биология только вступала в эпоху развития эндокринологии и понятия "гормон" не существовало, поэтому у автора "Происхождения видов" не было теоретических предпосылок для такого суждения.
Опыт Дарвина был прост. У проростков злаковых растений есть колеоптиль - первый зародышевый лист, который, подобно футляру, защищает почку проростка и первым пробивает почву. Поместив светонепроницаемые цилиндрические стеклянные экраны на колеоптили, Дарвин с сыном обнаружили, что, хотя свет воспринимает только верхушка проростка и изгибается под влияпием этого, точно такой же изгиб возникает в экранированной зоне, расположенной ниже верхушки. Анализируя эти наблюдения, Дарвин в своей книге "О способности растений к движению", опубликованной в 1881 году, высказал предположение (и как впоследствии оказалось, был совершенно прав) о том, что свет вызывает активизацию какого-то химического фактора, который проходит от верхушки в глубь колеоптиля и вызывает специфический эффект.
Идея великого биолога о "ростковых веществах" дала толчок к проведению многочисленных экспериментов по проверке этого предположения. Они длились много лет, и только в 1928 году датский ботаник Ф. Вент получил убедительные данные об образовании в верхушках колеоптилей злаков биологически активного вещества, способного к диффузии и контролирующего рост нижележащих зон.
Это вещество было названо ауксином (от греческого auxanomai - расти) и явилось первым идентифицированным растительным гормоном, открытие которого, по существу, совершило переворот в сельском хозяйстве, поставив его на рельсы химизации.
Если Венту принадлежит честь обнаружения первого гормона растений, то саму концепцию растительных гормонов (фитогормонов) выдвинул в 1927 году советский ученый академик Н. Холодный. Отдавая дань уважения двум известным ученым, концепция гормональной регуляции жизнедеятельности растений именуется в учебниках и руководствах по ботанике теорией Вента-Холодного.
Справедливости ради следует отметить, что хотя ауксины были открыты намного позднее, чем первые гормоны животных, указания на существование растительных гормонов содержались и в работах конца прошлого века. Так, В. Бейеринк в 1888 году связывал развитие листьев у ивы с действием, как он писал, "ростового фермента". Немецкий естествоиспытатель Ф. Фиттинг сообщал в работах 1909-1910 годов об обнаружении им в пыльце орхидеи вещества, вызывающего отцветание цветка. Позднее было установлено, что это - гормон, идентичный ауксину. Изучив химическую природу вещества, Ученые убедились в том, что он и по химической структуре соответствует гормональным веществам, являясь производным аминокислоты триптофана, близким по строению к одному из активнейших гормонов животных - серотонину.
Ауксины, как и другие фитогормоны, вызывают разнообразные физиологические эффекты. Кто из нас не радуется распусканию почек у деревьев весной и быстрому росту молодых побегов? Это "дело рук" ауксина. Мягкое падение листьев осенью тоже зависит от ауксина - он застилает землю красно-желтым ковром листвы.
Функциональные свойства ауксина нашли широкое применение не только в сельском хозяйстве, но и в… военном деле. США в ходе агрессии во Вьетнаме использовали синтетический ауксин для преждевременного опадения листвы, что, естественно, затрудняло маскировку сил освобождения. Искусственные аналоги ауксина используются в садоводстве и огородничестве для борьбы с сорняками, ускорения созревания плодов и ягод. Рациональное применение ауксинов способствует получению стабильных урожаев из года в год, улучшает сахаристость таких фруктов, как ананасы и виноград.
С помощью ауксинов была решена проблема приживаемости черепков айвы в Афганистане. Из-за особенностей почвы там плохо укоренялись саженцы. Обработка их ауксином способствовала быстрому и сильному росту корней, благодаря чему теперь эти фруктовые деревья нормально растут и плодоносят.
Известно, что в пауке большое значение для обнаружения новых фактов имеет объект исследования. Так было и в истории с растительными гормонами. В то время как в Европе обнаружили ауксины в злаковых растениях, в Японии, работая с рисом, сумели открыть другой класс фитогормопов - гиббереллины. Своим названием они обязаны грибу, именуемому Gibberella, который достаточно часто поражает растения риса. Больные растения усиленно растут, стеблям их недостает жесткости и упругости и поэтому длинные всходы теряют вертикальное положение и полегают. Японцы называют их "баканэ" - бешеные всходы. В течение нескольких веков причина этой таинственной болезни оставалась неясной. В 1912 году японский ботаник Т. Савада предположил, что в этом повинно какое-то вещество, выделяемое грибом-паразитом. В 1926 году его ученик С. Куросава подтвердил правильность взглядов своего учителя, доказав, что обработка здоровых растений экстрактом гиббереллы вызывает симптом баканэ.
"Выделив и очистив в 1938 году два соединения, вызывающие поражения риса, и назвав их гиббереллинами Д и В, ученые стали искать подобные вещества в высших растениях, не поражаемых этим грибом. Поиски увенчались успехом. Природные гиббереллины были обнаружены сначала в незрелых семенах и плодах. Сейчас известно уже более 50 гиббереллинов, идентифицированных в растениях.
Гиббереллины, как и другие гормоны, способны творить чудеса. Карликовые культуры кукурузы они превращают в гигантов. Кустовую фасоль делают вьющейся. Придают стреловидную форму листьям хризантем, что значительно повышает их ценность на цветочном рынке. В сельском хозяйстве эти гормоны используются для улучшения прорастания семян, ускорения цветения и усиления плодоношения фруктовых деревьев.
Заманчивые и не совсем обычные перспективы в разведении овощей и фруктов открываются в связи с обнаружением еще одного класса растительных гормонов - цитокининов, которые получили свое название из-за присущего им свойства стимулировать цитокинез - клеточное деление. Их открыл в 20-х годах нашего столетия немецкий ботаник Г. Габерландт. Ему же принадлежит идея, казавшаяся раньше, мягко говоря, нелепой, но впоследствии нашедшая совершенно блестящее подтверждение. Габерландт предложил выращивать изолированные растительные ткани на искусственных питательных средах. Понадобилось несколько десятилетий, прежде чем были разработаны подходящие среды, установлены компоненты, которые они должны были содержать, но дальше, чем культивирование отдельных растительных клеток, дело не шло. Не шло до тех нор, пока не попробовали добавить в питательные среды ауксин и цитокинины. Результат окапался поразительным. В короткий срок были получены оптимальные соотношения ауксина и цитокининов, открывшие возможность практически неограниченно долго не только культивировать растительные ткани разного происхождения на синтетических средах, но в выращивать на них отдельные растения. Наверное, читая это, многие читатели вспомнят один из сюжетов программы "Время", посвященный выращиванию помидоров японскими селекционерами на синтетической губке, пропитанной и орошаемой составом, секрет которого не раскрывался.
Конечно, мы не можем знать всех компонентов этого состава, но в том, что в него входят ауксин и цитокинины, сомневаться не приходится.
Цитокинины не могут функционировать без ауксина. Они без него беспомощны, как слепые котята без кошки. А в присутствии ауксина они показывают разные фокусы. Например, если пожелтевшие листья опрыскивать водным раствором цитокинина, они молодеют - восстанавливают свой зеленый цвет, становятся упругими и жизнеспособными. Быстрое увядание срезанных цветов объясняется прекращением притока цитокининов из корня. Если в воду добавить синтетический цитокинин, цветы будут стоять свежими намного дольше.
В тканях растений обнаружен еще один гормон - абсцизовая кислота. Она участвует в регуляции роста и старения растений. Специфический эффект действия абсцизовой кислоты, который служит биологическим тестом ее обнаружения в тканях, - закрытие устьицев листьев. Недавно французские биохимики обнаружили абсцизовую кислоту в головном мозге свиней и крыс. При введении экстракта абсцизовой кислоты из мозга животных в растения происходило закрытие устьицев листьев. Роль растительного гормона в центральной нервной системе животных пока неясна. Отсутствие параллелей между концентрацией абсцизовой кислоты в ткани мозга и характером пищи, потребляемой животными, свидетельствует о том, что этот гормон синтезируется в организме свиней и крыс, а не поступает с растительной пищей.
Заканчивая рассказ о фитогормонах, хочется еще раз подчеркнуть, что тезис натуралистов: "В природе все едино" - приобретает с каждым днем все большее и большее подтверждение.
