«Новый Континент» Американский литературно-художественный альманах на русском языке
Насекомые и цветок
Мы восхищаемся огромным разнообразием цветов – их чудесными формами, красками и ароматом. Однако немногие знают, что всем этим мы обязаны существованию насекомых. Эти слова принадлежат замечательному английскому ученому Чарльзу Дарвину.
Причем здесь насекомые! Разве цветы созданы не для человека? Думаю, большинство людей, или, по крайней мере, значительная их часть, так считают. Такая красота и создана только для насекомых! Это задевает наше самолюбие. Однако, как бы то ни было, это так. Цветок появился в качестве одного из приспособлений для переноса пыльцы с одного растения на другое. Притом, в его создании принимали участие не только растения, но и насекомые: они совместно «ваяли» их.
Чтобы разобраться в этом, давайте мысленно перенесемся на 300-400 миллионов лет назад. В глубокой древности леса были совершенно непохожие на современные – в природе господствовали споровые растения. Древовидные плауны достигали 30-метровой высоты. Могучие хвощи (не чета современным) поднимались десятиметровой стеной. Затем появились папоротники и первые, пока еще немногочисленные, хвойные. Многие из них живут и поныне. Эти растения принимали участие в образовании каменного угля. Благодаря ним, мы и сейчас чувствуем тепло лучей Солнца, которые достигали Земли в те далекие времена. Это удивительно, посредством этого полезного ископаемого растения смогли создать систему аккумуляции солнечной энергии.
Современные покрытосеменные (растения с оформленным цветком) тогда отсутствовали. Они еще не появились на нашей планете. Представьте, лес, луг, поляну без цветов. Грустно и неуютно в таком лесу. Природе пришлось ждать еще 100-200 млн. лет пока появились первые покрытосеменные. Прошло еще несколько десятков миллионов лет, и в мрачных хвощово-плауновых и хвойных лесах стали благоухать цветы. Это произошло около 130 млн. лет назад.
Древние растения имели большие органы плодоношения, которые вырабатывали огромное количество спор и пыльцы. Их было настолько много, что покрывали толстым слоем землю. Об этом свидетельствует микроскопический анализ каменного угля (в частности антрацита); в нем рассеяна масса спор. Современные голосеменные (а это в большинстве хвойные) и сейчас вырабатывают большое количество пыльцы. Во время их цветения трава, почва, листья деревьев сплошь покрываются желтым налетом. Особенно хорошо это заметно в лужах, куда пыльца сдувается ветром или смывается дождем.
Леса в те далекие времена были населены насекомыми, которые, так же как и растения, очень сильно отличались от современных. Ученые установили, что насекомые произошли от древних кольчатых червей, поэтому в то время они имели много черт своих предков. Это произошло около 400 млн. лет назад. Большинство насекомых ползали по земле или растениям; летать они пока что еще не могли.
Летающие насекомые появились значительно позже, 300-320 млн. лет назад. Они опровергли известную поговорку о том, что рожденный ползать – летать не может. Лишь спустя 150 млн. лет после этого появились летающие ящеры, а затем и птицы. Так что, насекомые были первые, кто покорил воздушную среду нашей планеты.
Насекомые, так же как и их предки – черви, питались отмершими растениями, пыльцой, спорами или поедали своих собратьев. Несомненно, пыльца им нравилась, ведь – это питательный и калорийный корм. Недаром многие современные насекомые питаются ею, или выкармливают своих личинок, ведь пыльца содержит весь комплекс витаминов, аминокислот и ферментов, необходимых организму. Человек тоже не отстает от насекомых, потребляет пыльцу и пергу, собираемые и приготавливаемые пчелами.
У древних растений (да и современных голосеменных тоже) перенос пыльцы с одного генеративного органа на другой осуществлялся ветром. Ученые этот процесс называют анемофилией (от греч. анемо – ветер, филос – люблю).
Древние насекомые вначале поедали пыльцу на земле, ведь они пока что не могли летать. Затем они перешли к ее потреблению на растениях, где пыльцы было значительно больше. Переползая с одного генеративного органа на другой, эти насекомые попутно осуществляли перекрестное опыление. Здесь так и хочется сказать «переползали с одного цветка на другой», однако это неверно. Цветов (в том понимании, какой мы вкладываем в настоящий цветок) в то время еще не было.
Питание пыльцой являлось начальным этапом опыления растений с участием насекомых. Этот процесс называется энтомофилией (от греч. энтомо – насекомое, филос – люблю) и сложился он при питании на голосеменных. Произошло это около 250-300 млн. лет назад. В это время уже сформировалась группа насекомых, которая постоянно питалась пыльцой. Переползая с одного генеративного органа на другой, они попутно осуществляли перекрестное опыление. Когда в природе появились покрытосеменные растения, по-видимому, к тому времени в природе уже существовали примитивные насекомые-опылители.
Условием для возникновения энтомофилии (т.е. опыление с участием насекомых), вероятнее всего, явилась обоеполость генеративных органов, тем более, что она была основой в эволюции покрытосеменных. Обоеполость означает нахождение женских и мужских органов на одном цветке (в данном случае – на одном генеративном органе).
Вероятность опыления насекомыми раздельнополых шишек (когда женские и мужские органы находятся отдельно друг от друга) сильно уменьшается, особенно в случае двудомности, когда генеративные органы находятся на разных растениях. Это связано с тем, что насекомые-потребители пыльцы должны постоянно посещать только мужские шишки, где имеется пыльца. Посещаемость женских шишек должна осуществляться в меньшей степени, так как пыльцу они не вырабатывали. Одновременное посещение мужских и женских шишек могло происходить лишь в том случае, если бы последние чем-то привлекали насекомых, например, содержанием нектара. Однако в те далекие времена еще не было ни шишек, выделяющих нектар, ни насекомых, питающихся им. Нектар и его потребители появились значительно позже. Выделение нектара – это уже второй этап эволюции энтомофилии, когда наряду с пыльцой растения стали дополнительно вырабатывать для привлечения насекомых сладкий и ароматный продукт.
Давайте представим, что произойдет с растением, если оно будет опыляться одним только ветром. Анемофилия в своем развитии ведет к появлению раздельнополых генеративных органов, так как разделение полов является наилучшей гарантией перекрестного опыления. Это наблюдается у хвойных, которые опыляются ветром, а также у современных покрытосеменных, перешедших к анемофилии. У ветроопыляемых покрытосеменных (злаков, орешника, осины, облепихи) цветков много, однако все они мелкие и лишены запаха. Многие из них собраны в соцветие или вовсе пропали из-за отсутствия в их необходимости. Околоцветник у них сильно редуцирован или вовсе отсутствует. В них созревает множество сухой порошкообразной пыльцы. Нередко цветки (например, сережки орешника) подвешены так, чтобы малейшее дуновение ветра встряхивало их и уносило пыльцу с собой. У многих (в частности, у злаков) тычинки так же прикреплены подвижно.
Переход цветковых растений к опылению ветром осуществлялся в ландшафтах, где мало насекомых-опылителей (например, в степях), а также у тех, которые цветут ранней весной, когда опять же мало насекомых. Это свидетельствует о первичности энтомофилии и вторичности анемофилии у покрытосеменных.
Энтомофилия, в отличие от анемофилии, является более прогрессивным способом перекрестного опыления растений с обоеполыми генеративными органами, каковыми являются покрытосеменные. Это привело к тому, что более 80% видов высших (цветковых растений) (а это около 200 тысяч видов) не могут существовать без насекомых опылителей. Сюда относятся все наши плодовые, ягодные, огородные и кормовые культуры. А это наши поля, луга, сады и огороды.
При ветроопылении эволюционирует только одна сторона – растение, так как ветер является величиной неизменной. При энтомофилии эволюционируют как растения, так и насекомые. По мере эволюции насекомых-опылителей перед растениями ставились все новые задачи, на которые растения отвечали дальнейшими приспособительными изменениями. Энтомофилия создала предпосылки для изменения и совершенствования, как опылителей, так и растений (а так же их органов – цветов), что привело к установлению чрезвычайного разнообразия способов опыления. Это, в первую очередь, способствовало дифференциации и видообразованию, как среди насекомых, так и среди покрытосеменных.
За счет питания нектаром у перепончатокрылых (в частности, пчел, шмелей), чешуекрылых (бабочек) и отчасти у двукрылых (мух) произошло изменение ротового аппарата – возник хоботок. Появление крыльев у насекомых способствовало еще большему сближению растений и насекомых-опылителей, так как в этом случае интенсивность посещения цветков резко возрастает. Насекомые-опылители, осуществляя перекрестное опыление, приносят пользу растениям, ведь при перекрестном опылении резко возрастает качество семян.
Только на этой основе впоследствии возникли приспособления для привлечения насекомых – окрашенный венчик, аромат и нектар.
Растения были заинтересовано в привлечении насекомых. Они «оптической рекламой», то есть ярко окрашенным венчиком привлекали к генеративным органам опылителей, которые должны были переносить цветочную пыльцу с одного цветка на другой. Однако, чтобы положительная реакция у насекомых на яркий цветок не ослабевала, растения должны были вырабатывать нечто вкусное и полезное, в частности нектар.
Так что цветы представляют собой зрительные объекты для привлечения насекомых. Эта оптическая реклама усиливается манящим ароматом и нектаром. Все приспособления цветка нацелены на одно, опыление их насекомыми. Даже пыльца и та покрыта клейким веществом, всевозможными шипиками, чтобы лучше держаться на волосках насекомых. У ветроопыляемых растений пыльца, наоборот, более мелкая, порошкообразная, сухая и гладкая, чтобы она могла легко выдуваться их пыльников и переноситься на большие расстояния.
Окраска цветов рассчитана на возможности зрения опылителей. В северном умеренном климате многие растения опыляются в основном насекомыми. Насекомые не различают красного цвета, поэтому растений с красными цветами здесь крайне мало. Наоборот, в тропиках, многие цветы опыляются питающимися нектаром птицами (в частности, колибриями), воспринимающими красный цвет. Поэтому многие опыляемые ими цветы имеют красную и оранжевую окраску.
Не только окраска цветов, но и зачастую рисунок на их лепестках (пятна, точки, черточки) приспособлен к физиологическим возможностям органов чувств опылителей. Эти узоры действуют на насекомых подобно дорожным знакам, указывающим путь к нектару.
Аналогичные взаимоотношения возникают и при восприятии запахов цветов. Опыляемые птицами цветы не пахнут. Это связано с тем, что у птиц плохое обоняние. Напротив, опыляемые мухами цветы, испускают зловоние, присущее гниющему мясу или другим разлагающимся органическим веществам. Тропические цветы, опыляемые летучими мышами, пахнут плесенью или гниющими фруктами. Это связано с тем, что эти летучие мыши питаются плодами растений и этот запах привлекает их. У цветов, опыляемых насекомыми, таких неприятных запахов не встречается.
Нектар и пыльца являются не единственным продуктом, который растения предлагают своим опылителям. Так, цветы некоторых тропических растений выделяют вместо нектара жидкие масла и воск. Масло используется в качестве корма для личинок, а воск – для строительства гнезд. Некоторые растения (в частности, орхидеи) пошли дальше, их цветы по форме напоминают самих насекомых. Самцы последних прилетают к цветку в поисках не только нектара, но и брачных партнеров.
В этой небольшой статье мы попытались рассказать, почему и как появились цветы, и кто в большей степени способствовал их эволюции. Цветы появились для насекомых, и только для них, как бы то ни было обидно нам. Однако и человек тоже «приложил» руку к совершенствованию цветка. В результате селекции были выведены цветы (к примеру, махровые), которые в природе не встречаются и без участия человека не могут размножаться посредством семян.
Садчиков Анатолий Павлович,
профессор МГУ имени М.В.Ломоносова,
вице-президент Московского общества испытателей природы