Губки, вакуумные насосы и электростатика

В среднем растение на 80 процентов состоит из воды. У типичных ксерофитов [18]содержание влаги низко, у растений, запасающих воду впрок, оно нередко достигает 95% общего веса. Как это вообще свойственно живой природе, вода играет большую роль в жизни растений. Она регулирует прочностные свойства их тканей: является растворителем для питательных солей, которые затем разносятся по всему растению; оказывает прямое воздействие на электрические процессы, протекающие в растении. При обязательном участии воды в живом организме осуществляются все химические реакции, и, наконец, без нее невозможен синтез твердых неводных растительных веществ. Поэтому для растения регулярное снабжение его водой составляет одну из жизненно важных проблем вообще. Водным растениям в этом отношении намного легче: они могут вбирать всю столь необходимую для их существования влагу всей своей поверхностью. Наземные растения, как правило, усваивают воду из влажной почвы с помощью сосущих корней. Корневая система растений устроена в высшей степени рационально и даже у одного и того же растения обладает очень высокой приспособляемостью. Например, если растение пересадить в водный питательный раствор, в котором полностью отсутствует почва, то структура его корневой системы изменится исключительно быстро. Образуется широко разветвленная сеть дополнительных корневых волосков, которая дает возможность корням выполнять их основную функцию – активно всасывать воду и направлять ее под давлением в проводящую систему растения.

Возможности подобной системы лучше всего проявляются в экстремальных ситуациях, на переходе от еще возможного к уже невозможному. Необходимость – мать изобретений. Поэтому нас не должно удивлять, что там, где растения испытывают острую потребность в воде, мы обнаруживаем наиболее интересную и самую совершенную технологию ее получения.

Крайнюю нехватку воды растения ощущают прежде всею в тех местообитаниях, где они непосредственно не соприкасаются ни с водой, ни с почвой. В подобных условиях произрастают эпифиты, в частности большинство видов тропических орхидей. Они живут в кронах высоких деревьев девственных лесов, но не пользуются ни их влагой, ни их питательными веществами, а лишь прикрепляются к ним. У этих растений нет и корней, которые бы спускались до самой почвы, а стволы и листья деревьев‑опор бывают нередко настолько гладкими, что дождевая вода беспрепятственно тотчас же стекает по ним на землю. Проточной водой орхидеи не имеют возможности постоянно пользоваться, или же ее нет в достаточном количестве. Но существенно то, что воздух в дождевых тропических лесах очень влажен. Частью ливни и интенсивная в условиях высоких температур транспирация листьев способствует созданию тепличной атмосферы, когда необходимая для жизни вода буквально висит в воздухе. Орхидеи добывают ее сравнительно традиционным способом. Для этой цели они обзавелись корнями, правда воздушными, которые свободно висят в пространстве, сильно ветвясь и плотно сплетаясь между собой. Но для того чтобы корни не высыхали и могли бы безотказно поглощать воду, им недостает совсем немногого: влажной почвы. Растения поступают здесь просто и эффективно: они сами для себя создают искусственную «почву». Воздушные корни орхидей покоятся в веламене, представляющем собой относительно толстый; слой рыхлой ткани. Эта ткань состоит из отмерших клеток и очень похожа на пористую губку. В сухую погоду «губка» сжимается и становится совершенно белой из‑за большого числа пустот, наполненных воздухом. Но уже при самой незначительной влажности воздуха она, словно промокательная бумага, начинает жадно впитывать атмосферную влагу. Если чересчур влажно и все поры заполнены водой, ткань приобретает сероватый оттенок. Корни могут свободно забирать воду из веламена и направлять ее в систему водоснабжения растения.

Некоторые представители ластовневых, также обитающих высоко в кронах деревьев‑хозяев, выработали технологию сбора воды, которая с функциональной точки зрения похожа на технику, применяемую орхидеями. Однако конструктивно их механизм отличен. Как и орхидеи, эти растения «защищают» свои корни от высыхания и в то же время «заботятся» о том, чтобы в непосредственной близости от корней постоянно находился воздух, насыщенный парами воды. Особой губчатой ткани у ластовневых нет. Вместо того они своими листьями, создающими густую тень, заслоняют от солнечных лучей плотно прилегающие к стволу дерева‑опоры корни. Чем теснее прижимаются листья к коре, тем более влажным становится находящийся между ними и стволом дерева воздух. Исключительно ярко выражено это защитное приспособление у весьма распространенного на Яве Conchophyllum imbricatum. Его утолщенные хрящевидные листья имеют форму створки раковины, а своими краями вплотную проникают к коре дерева, по ней же стелется корень растения. Под каждым листом образуется наполняемая влажным воздухом полость, в которую, ветвясь, врастает корень, выпущенный стеблем. Остается лишь восхищаться тем, как рационально взаимоувязаны между собой местоположения листа и корня.

Истинную изобретательность в использовании принципа корневой полости проявил еще один вид лиан, относящийся к тому же семейству. Речь идет об обитающей там же на Яве дисхидии (Dischidia rafflesiana). Ее стебель выпускает листья двух видов: обычные листья зеленого цвета и пустотелые, мешковидный формы и линялой желтовато‑зеленой окраски образования, напоминающие по внешнему виду сплющенные по продольной оси клубни (фото 55). Там, где эти урнообразные листья отходят от стебля растения, имеется отверстие, края которого заметно подогнуты внутрь. Изнутри «урны» выстланы толстым слоем растительного воска черно‑фиолетового цвета. Через располагающиеся в восковом налете микроскопические устьица растение транспирирует. В тех местах, где формируются урнообразные листья, стебель пускает корни, проникающие сквозь узкое отверстие в полость урны. В полной темноте корни плотно прилегают к ее стенкам и усиленно ветвятся (фото 56).

Фото 55. Урнообразные листья яванской дисхидии (Dischidia rafflesiana) по внешнему виду напоминают сплющенные по продольной оси клубни. Они желтовато‑зеленоватого цвета и внутри полые.

Фото 56. На поперечном разрезе урнообразного листа дисхидии видны проникшие внутрь «мешочка» сильно разветвленные корни. Перенасыщенные пары воды конденсируются внутри листа, а вода‑конденсат поглощается корнями. Более экономную систему водоснабжения трудно придумать.

Обобщим наши наблюдения.

Во‑первых, конструкция в целом со многих точек зрения представляет собой великолепное техническое решение проблемы накопления, хранения и использовании воды. В результате перепада температур, обусловленного сменой дня и ночи, чередования яркого освещения и затенения на внутренних стенках листа‑урны легко конденсируются нары воды, которую без труда поглощают проникающие сюда снаружи корни растения. Заметим, кстати, что водой‑конденсатом, полученной за счет разницы температур, пользуются жители некоторых островов вулканического происхождения (например, Канарских). Крестьяне покрывают свои поля 20‑сантиметровым слоем грубозернистого пемзового песка или вулканического пепла. При понижении температуры в ночное время в порах этих материалов скапливается конденсационная влага, усваиваемая затем сельскохозяйственными растениями. Без такого пористого покрытия было бы немыслимо ведение сельского хозяйства в районах, где осадки выпадают не чаще одного раза в три года.

Во‑вторых, даже в засушливые периоды относительная влажность воздуха внутри урнообразного листа остается все еще настолько высокой, что корни растения не высыхают.

В‑третьих, объем испаряемой этими листьями воды сводится до минимума, поскольку внутри них постоянно имеется влажный воздух и царит полный «штиль» – два обстоятельства, которые резко ограничивают интенсивность транспирации.

И наконец, в‑четвертых, взамен израсходованной влаги может быть незамедлительно сконденсирована новая, которая опять же будет поглощена корневой системой. В целом это весьма напоминает механизм снабжения водой крупного промышленного центра, когда происходит многократное использование потребленной и регенерированной воды.

Но там, где человек осуществляет водоподготовку с помощью химии, дисхидия применяет дистилляцию, метод, не вызывающий практически никаких возражений с точки зрения физиологии. Более эффективного способа получения воды для ее повторной утилизации трудно придумать. Если воспользоваться терминологией из области охраны окружающей среды, то можно сказать, что в урнообразных листьях тропической лианы происходит настоящая рециркуляция водного ресурса (иными словами, повторное включение воды в существующий круговорот ее потребления).

Мы, люди, должны научиться тому, что в состоянии делать дисхидия, и как можно скорее, поскольку уровень загрязнения водной среды на нашей планете все возрастает.

В комплексе неотложных мер по предотвращению возможной катастрофы одна из наиболее важных – это организация производства по принципу рециркуляции природных ресурсов. Запасы питьевой воды у человечества столь же ограничены, как и у дисхидии с ее урнообразными листьями. Поэтому мы должны обходиться с водой столь же бережно и рационально. Приступать к регенерации воды нам следует не тогда, когда мы вновь ощутим потребность в ней, а уже в тот момент, когда мы производим промышленные и бытовые стоки. Заметим попутно, что растение никогда не выделяет загрязненной воды, в процессе испарения оно расстается с уже очищенной влагой. Итак, только практика возврата воды в круговорот ее потребления (рециркуляция) позволит обеспечить нас достаточным ее количеством.

В тех случаях, когда урнообразные листья дисхидии висят среди ветвей строго вертикально, отверстием вверх, они дополнительно играют роль цистерн и резервуаров для сбора воды и питательных веществ. В них скапливается дождевая вода, а также продукты разложения попавших внутрь и погибших там насекомых.

Если же учесть, что эти растения предпочитают более сухие и более открытые солнечному свету места обитания в отличие от эпифитных орхидей с их тканью, способной впитывать влагу воздуха, словно губка, то не трудно понять, почему дисхидии стремятся крайне экономно расходовать воду.

В климатически сходных условиях растут многие американские виды семейства бромелиевых. Они также предпочитают селиться в кронах высоких деревьев, где они полностью открыты горячим лучам тропического солнца и одновременно воздействию жарких ветров. Ввиду скудости дождевых осадков в этой местности бромелиевые вынуждены покрывать все свои потребности в воде за счет атмосферной влаги, содержащейся в воздухе, в первую очередь влаги, приносимой столь частыми здесь ночными туманами. Именно по этой причине она выработали совершенно иную, чем у орхидей и ластовневых, технологию получения воды. Одни из них вовсе отказались от корней, другие используют их лишь в качестве прикрепительных органов, которые нередко выдерживают на себе значительный по весу груз (фото 89).

Большинство же избрало самый прямой путь получения воды: непосредственно из воздуха в листья. Для этого, разумеется, необходимы специальные приспособления. И они есть. Это – микроскопические чешуйки, постоянно поглощающие воду из воздуха.

На фото 57 изображена эхмея (Aechmea chantinii), одно из комнатных растений семейства бромелиевых. Ее узкие, длинные и сочные листья украшены белыми поперечными полосками. Если рассматривать эти полоски в лупу, можно заметить, что они образованы множеством мельчайших круглых пластиночек, диаметр каждой из которых едва достигает одной четверти миллиметра (фото 58). И лишь под микроскопом становится видно, что пластинки на самом деле имеют форму крошечных воронок, серединой своей уходящих в глубь листа (фото 59). Их края свободно лежат на поверхности листа, не прирастая к нему, но при этом они многократно перекрывают друг друга. В свою очередь каждая из воронок состоит из отдельных клеток. Наиболее крупные из них, располагающиеся ближе к центру воронки, хорошо различимы на фотографии.

Фото 57. Эхмея (Aechmea chantinii) – одно из комнатных растений, принадлежащее к семейству бромелиевых. Узкие длинные листья растения украшены белыми поперечными полосками.

Фото 58. Если рассматривать белую полоску под лупой, то можно увидеть, что она образована множеством круглых белых пластинок (ширина изображения оригинала 11 миллиметров).

Фото 59. Лишь микроскоп позволяет выяснить истинную структуру белых полосок. Они состоят из многих сотен крошечных воронок, величина которых не превышает одной четверти миллиметра. В свою очередь каждая из воронок, состоит из мельчайших клеток, представляющих собой самые миниатюрные вакуумные насосы в мире.

Диаметр этих микросозданий природы составляет одну сотую миллиметра, и их с полным правом можно считать самыми маленькими в мире вакуумными насосами. Это пустотелые, сжимающиеся в сухую погоду клетки. При увлажнении их стенки быстро набухают и распрямляются; вся клетка вытягивается, и внутри нее образуется разрежение, проявляющее по отношению к внешней среде всасывающий эффект. Клетка жадно впитывает влагу из воздуха. Разница в концентрации клеточного сока в клетках воронки заставляет поглощенную воду передвигаться внутрь листа. Очень часто воронки располагаются на поверхности листа чрезвычайно плотно, и тогда растение способно вобрать в себя огромное количество влаги, приносимой туманом или росой. Сухая воронка может всосать целиком каплю воды.

Некоторые виды бромелиевых (например, тилландсия Tillandsia usneoides), свисающие, словно бороды великанов, с ветвей дерева‑опоры, в сухом состоянии настолько легки, что можно предположить, что они не тонут в воде. На самом же деле стоит им оказаться на поверхности водоема, как их воронки начинают весьма быстро вбирать воду. Вес растения возрастает, и оно идет ко дну. В засушливых районах тропиков тилландсии, используя только воздух и воду, производят огромное количество растительного вещества, которое местные жители применяют в качестве упаковочного материала.

Совершенно иную систему утилизации атмосферной влаги выработали некоторые растения пустынь и полупустынь. Чтобы сделать описание этой системы более наглядным и понятным для читателя, я вначале вкратце расскажу о технологии лакокрасочного покрытия, которая активно используется в последние годы в промышленности. Речь идет о методе нанесения краски распылением в постоянном электростатическом поле высокого напряжения. Этот метод позволяет, применяя специально сконструированный для подобных целей пистолет‑распылитель, покрывать краской или лаком изделия либо его детали буквально из‑за угла. При этом полет мельчайших частичек краски происходит не по произвольной траектории, а таким образом, что все они подлетают к предмету, который необходимо покрасить, с нужной стороны: спереди, с боков и даже сзади. Это хорошо видно на фото 60. В рекламных текстах столь соблазнительные для пользования достоинства электростатического метода покрытия расхваливаются весьма назойливым образом, но тем не менее без излишнего преувеличения. В них, в частности, говорится о том, что частички краски летяг вдоль «силовых линий электрического поля». А это, в свою очередь, означает, что они, подобно маленьким магнитам, притягиваемым крупной металлической деталью, испытывают притяжение со стороны окрашиваемой поверхности. Поэтому они не пролетают мимо нее по прямой линии, как это происходит при наиболее распространенном способе нанесения краски распылением ее сжатым воздухом, а приобретают в пистолете‑распылителе сильный электромагнитный заряд, который и направляет их к окрашиваемой детали. Попав на нее, частички краски теряют свой заряд.

Фото 60. Мельчайшие частички краски, вылетающие из пистолета‑краскораспылителя, летят по траектории, соответствующей силовым линиям магнитного поля. Аналогичным образом некоторые растения пустынь и полупустынь притягивают к себе частички влаги, содержащейся в воздухе. [19]

В сравнении с традиционной технологией метод покрытия в электростатическом поле позволяет сберечь до 60 процентов распыляемого красителя. Его применение приносит народному хозяйству значительную экономическую выгоду. Что касается растений, то им этот метод известен с древнейших времен. Желательную для них ситуацию, несколько изменив суть дела, можно описать таким образом: если бы удалось взвешенные в воздухе мельчайшие частички влаги с помощью электростатических сил доставить растению, иными словами, притянуть их к растению как бы магнитом, то тогда появилась бы возможность во много раз повысить эффективность использования атмосферной влаги. Полезный эффект был бы здесь намного больше тех 60 процентов, о которых шла речь выше. Но эта цифра рассчитана, исходя из допущения, что предварительно вся система была тщательно отрегулирована, то есть оптимально определены диаметр струи распыла и ее направление на окрашиваемую поверхность. Разумеется, на предварительную «наладку» растения рассчитывать не могут. Самое большее, что в их силах, – это случайное соприкосновение с водяными парами. Тем не менее и они научились электростатическим способом «распылять» на себя влагу, содержащуюся в атмосфере, например влагу туманов. В отличие от пистолетов‑распылителей растения не в состоянии придать частицам воды электрический заряд, поскольку последние для них вначале попросту недосягаемы. Но и здесь выход был найден: растения заряжают самих себя! Происходит это следующим образом. На одревесневевших колючках и волосках кактусов и других растений пустынь в ветреную погоду накапливаются электрические заряды. Этот процесс аналогичен тому, с которым мы сталкиваемся, когда расчесываем свои волосы пластмассовым гребешком. Наэлектризованный гребень начинает притягивать волосы, при этом слышится легкое потрескивание, а в полной темноте можно видеть даже небольшие искорки. Точно так же заряженные шипы кактусов притягивают к себе из воздуха капельки воды. Более того, они способствуют конденсации водяного пара в атмосфере. Насколько мне известно, никто еще не пытался определить то количество влаги, которое растения могут добыть из воздуха, используя подобную «технологию». Но оно, несомненно, должно быть значительным. В тех климатических зонах, в которых но ночам отмечается активное образование туманов (например, прибрежные пустыни Чили), кактусы, на 95 процентов состоящие из воды, в состоянии успешно развиваться, даже если годами с неба не надает ни капли дождя.

Энергия повсюду

Из школьной программы по физике нам хорошо известно, что дли того, чтобы нагреть 1 литр воды, имеющей температуру 14,5° по Цельсию, до температуры 15,5°, необходимо затратить 1 килокалорию. Килокалория относится к числу устаревших единиц измерения, и поэтому мы постараемся в нашей книге отказаться от использования ее в качестве меры тепла, но прежде укажем, что одна большая калория эквивалентна 1,16 ватт‑часа электрической энергии. Чтобы вскипятить 1 литр воды комнатной температуры (14°), то есть нагреть ее на 86°, нужно затратить около 0,1 киловатт‑часа. Это как раз то количество анергии, которое расходуется горящей в течение одного часа электролампочкой мощностью 100 ватт или же потребуется для нагревания 86 литров воды на один градус. И наоборот, того количества энергии, которое выделяется при охлаждении 86 литров воды на один градус, достаточно для работы той же лампочки в течение одного часа. Правда, при том условии, что превращение одного вида энергии в другой будет происходить без потерь. Но даже при их наличии общий поток полезной энергии окажется довольно значительным. Если бы, например, можно было остудить всю воду Боденского озера на один градус, то потеря тепла была бы эквивалентна 75 миллиардам киловатт‑часов электроэнергии. Применительно к 60‑м годам эта величина составила бы половину суммарных потребностей в электроэнергии такой страны, как ФРГ. Даже если к.п.д. преобразования тепловой энергии в электрическую был бы равен лишь 50 процентам, энергии, высвобожденной при охлаждении всей водной толщи Боденского озера на четыре градуса (предполагается, что охлаждение происходит равномерно на протяжении года), все же хватило бы для снабжения Федеративной Республики Германии электричеством в течение целого года. Но здесь читатель вправе спросить; не может ли подобное охлаждение нанести серьезный урон экологии рек и озер? Ни в коем случае. Напротив, воды не только Боденского озера, но почти всех других водоемов в промышленно развитых странах нуждаются в безотлагательном понижении их температуры. Горячие отработанные воды промышленных предприятий, сбрасываемые в водоемы, приводят к недопустимо опасному их нагреву. В свою очередь это может стать причиной сокращения запасов растворенного в воде кислорода и, как следствие, массовой гибели рыбы. Одновременно снижается способность текучих вод к самоочищению. В стоячих водоемах происходит бурное развитие водорослей, они интенсивно зарастают, дно их покрывается толстым слоем ила, а вода нередко заражается отходами нефтепереработки. Лишь одно это обстоятельство делает неотложной борьбу с термальным загрязнением рек и озер. В противном случае они окончательно превратятся в безжизненные и зловонные сточные канавы, возродить жизнь в которых вряд ли когда удастся. Почему же мы не стремимся сочетать необходимое с целесообразным, не превращаем зло в добро, иными словами, не пытаемся использовать излишки тепла для производства электричества? С технической точки зрения эта мера вполне осуществима.

На протяжении уже нескольких десятилетий в Цюрихе за счет энергии, высвобождающейся при охлаждении вод реки Лиммат, успешно отапливаются жилые здания и предприятия, принадлежащие муниципалитету. Почему же в таком случае это не происходит в крупных масштабах? Как правило, здесь ссылаются на ряд якобы объективных причин, которые, впрочем, при тщательном рассмотрении не выдерживают никакой критики. Указывают, в частности, на то, что в сравнении с получаемым результатом уровень затрат оказывается очень высоким. Однако надо помнить, что уже в ближайшие годы каждая страна будет вынуждена расходовать миллиардные суммы на охрану водной среды от загрязнения. Обращается, далее, внимание на тот факт, что традиционные методы выработки электроэнергии (в том числе и на атомных электростанциях) более совершенны и, следовательно, более экономичны. Но последнее означает лишь то, что мы слишком привыкли к ним и чересчур инертны в том, чтобы своевременно и последовательно овладевать и другими способами получения энергии.

Но той же самой причине население промышленных городов мира страдает в паше время от выброса в атмосферу большого количества отработанных газов. Если бы мы были более предусмотрительны, то уже сегодня имели бы автомобиль, который был бы оснащен водородным двигателем и имел бы отходы не в виде токсичных выхлопных газов, а в форме практически безвредной для окружающей среды жидкости (воды). Более того, ведущие автомобильные концерны располагают полностью готовой документацией на производство такого рода двигателей. Но они по молчаливому согласию не делают этого по причине якобы чересчур высоких расходов, связанных с переналадкой производства. Однако не слишком ли велика цена подобной экономии – рост смертности от смога? Вправе ли мы во главу угла всех наших действии ставить принцип сиюминутной прибыли? Разве должны мы предпочитать дальнейшее строительство тепловых и атомных электростанций разумному использованию энергии тепла за счет охлаждения перегретых промышленных стоков, создающих уже сегодня угрозу термального загрязнения среды, лишь только потому, что сжигать каменный уголь, нефть или уран представляется более рентабельным, хотя здесь не учитывается то обстоятельство, что запасы ископаемого топлива отнюдь не вечны? Разве мы должны делать это единственно по той причине, что строить тепловые электростанции по старым, испытанным рецептам оказывается дешевле и прибыльнее, чем устанавливать преобразующие системы с тепловыми насосами, разработка которых на первых порах обходится во много раз дороже? Разумеется, конкуренция промышленных предприятий и законы рыночной экономики, по‑видимому, не позволяют осуществить инвестиции, целесообразность которых выявится по прошествии более или менее продолжительного периода времени и которые в ближайшей перспективе могут привести к финансовому краху целые отрасли промышленности. Однако истинные причины неправильного, ошибочного планирования на долгий срок лежат гораздо глубже. Их следует искать в двойственном поведении человека. С одной стороны, человек вообще не в состоянии мыслить перспективными категориями и поступать сообразно с заранее намеченным, к тому же он никогда до конца не обдумывает последствия своих поступков. [20]С другой стороны, человек скрупулезно придерживается однажды найденного технического решения, не обращая своего внимания на возможные варианты, до тех пор, пока окончательно не оказывается в тупике, когда уже поздно искать выход из создавшегося положения. Это – типичное следствие чисто конструктивистского образа мышления, которому чуждо знание анионов эволюционного развития окружающей среды и необходимости установления с ней обратных связей.

Как отмечалось выше, цюрихский эксперимент – это первая и притом робкая попытка промышленной утилизации избытков тепловой энергии. Однако большое количество дешевых и практически неиссякаемых источников энергии не находит сегодня применения лишь только потому, что мы закрывали глаза на необходимость планомерной и систематической разработки технических средств их освоения. Трудно себе представить то колоссальное количество энергии, которое сулит нам прямое использование перепада температуры воздуха при смена дня и ночи. А какие огромные гидравлические силы, которые можно было бы направить на производство электричества, заключены в процессах, связанных с колебанием относительной влажности воздуха! И уж поистине фантастические потоки энергии изливает день за днем на нашу планету само Солнце! Даже силу притяжения Луны человек, вооруженный современной техникой, способен поставить себе на службу, создавая приливные гидроэлектростанции. И как ни была поразительной и неожиданной сама идея строительства подобных ГЭС, ей уже не один десяток лет. И тем не менее до сих пор еще но построено ни одной сколько‑нибудь значительной гидроэлектрической станции, использующей энергию приливов, работа которой была бы экономически выгодной. Крайне невелико сегодня число установок, непосредственно утилизирующих солнечную энергию. Среди них в первую очередь назовем солнечные батареи, который обеспечивают питанием узлы, поддерживающие связь космических кораблей и лунных станций с Землей. Совсем мало используется энергия, высвобождаемая и процессах, которые связаны с перепадами температур и относительной влажности воздуха. Ее применяют в основном для автоматического регулирования положения вентиляционных форточек в зданиях оранжерей (характерно, что этим изобретением мы обязаны тем немногим ботаникам, которых можно встретить среди многочисленной группы технических работников). Список новых, нетрадиционных источников энергии можно продолжить. К сожалению, на пути их практического освоения сделаны лишь первые шаги.

Иная картина наблюдается в растительном мире. В процессе синтеза органических веществ из воздуха и воды растение преобразует солнечную энергию с такой высокой эффективностью, о которой мы можем пока только мечтать. Вся древесина и нефть, весь торф и уголь, весь природный газ и бензин, короче говоря, все то, что мы, люди, сжигаем на Земле или потребляем каким‑либо другим образом, в конечном счете есть не что иное, как один‑единственный гигантский аккумулятор лучистой энергии, накопленной с помощью растений. Я уже рассказывал о той роли, какую играет солнечный свет в жизни растений, и о том, как используют растения силу ветра и морские течения для расселения своего вида. Сейчас же пойдет речь о том, каким образом растительные организмы преобразуют колебания относительной влажности воздуха в полезную энергию.

В южной части Северной Америки, в американских штатах Нью‑Мексико и Техас, а также в Мексике произрастает селагинелла (Selaginella lepidophylla), небольшое растение, которое из‑за его удивительной реакции на изменение влажности воздуха нередко продают на рынках в качестве необычного сувенира. В пустынной местности на своей родине селагинелла вынуждена приспосабливаться к частым и очень продолжительным (нередко более года) засухам. Растение научилось различать влажные, благоприятные для его роста периоды и периоды засушливой погоды, когда условия существования становятся исключительно суровыми. Поскольку различие между ними проявляется прежде всего в неодинаковом содержании влаги в воздухе, то требовалось использовать данное обстоятельство для создания таких технических средств, которые помогали бы растению выстоять в условиях засухи.

При нарастании сухости воздуха селагинелла сворачивается в клубок (фото 61). Все жизненные функции растения почти полностью приостанавливаются. Даже хлорофилл незамедлительно перемещается в глубь клетки, из‑за чего сухой комочек приобретает желтовато‑коричневую окраску. Складывается впечатление, что растение погибло. Но это не так. Его шарообразная форма обеспечивает наименьшую площадь внешней поверхности, что позволяет свести потери воды до минимума. Едва только пройдет дождь, будь то через несколько недель, месяцев или даже через год, растение начнет столь же быстро разворачиваться, и уже через каких‑нибудь четверть часа на земле будет лежать плоская по форме и отливающая яркой зеленью розетка растения (фото 62). Как же растение осуществляет этот комплекс жизненно важных движений? Ту самую сухость, от нехватки которой растение вынуждено защищаться, оно использует для того, чтобы сжаться в неприметный комочек, и та самая влага, которая делает возможными нормальную жизнедеятельность и рост растительного организма, поставляет ему энергию, столь необходимую для раскрытия розетки. Принцип, применяемый селагинеллой, удивительно прост. На внешней поверхности ее веточек находятся крошечные чешуйки (фото 63), которые способны легко и быстро впитывать воду и при этом сильно растягиваться. Напротив, нижняя сторона веточек никак не реагирует на увлажнение. По этой причине при колебаниях влажности воздуха растение соответственно либо свертывается, либо развертывается, возобновляя свой рост. Этот механизм работает исключительно надежно: даже после гибели растения он не перестает функционировать. На фото 61, 62, 63 показан взятый из гербария экземпляр, биологическая смерть которого наступила как минимум 15 лет назад.

Фото 61. В засушливые периоды один из видов селагинелл, обитающих в Мексике, сворачивается в сухой клубок, чем‑то напоминающий птичье гнездо. Отсюда и его название – «гнездовый мох».

Фото 62. В дождливое время селагинелла быстро разворачивается. Вместо клубка мы видим уже плоскую розетку растения, лежащую на поверхности почвы. Эти жизненно важные движения растение осуществляет с помощью гигроскопического механизма.

Фото 63. Крошечные «веточки» селагинеллы покрыты бесчисленным множеством чешуек, способных быстро впитывать воду.

Впрочем, не только среди селагинелл можно встретить растения, способные «воскресать из мертвых». Своим поведением иерихонская роза, растущая в пустынях Северной Америки и Ближнего Востока (ареал обитания от Ирана до Марокко), напоминает селагинеллу. Но она является одним из представителей семейства крестоцветных, а родина ее лежит на другом конце Земли. И том не менее сходные условия окружающей среды привели и к сходным результатам.

Найденное техническое решение – гигроскопическую форму движения – растения используют также и для других целей. Многие семена и плоды оснащены самыми настоящими миниатюрными гигроскопическими механизмами, источником энергии для которых служит вода, содержащаяся в атмосфере.

Плоды синего василька могут удаляться от материнского растения, совершая движения пресмыкающегося. Каждый плод имеет венчик из жестких и очень коротких щетинок. В сухую погоду щетинки раскрываются, словно веер. Во влажное время «веер» складывается. Эти попеременные колебания, вызываемые изменением влажности воздуха, позволяют семянке перемещаться по земле, поскольку острые волоски каждый раз при смене положения вонзаются в почву. Аналогично «ползают» и плоды пашенного клевера (Trifolium arvense). Применяя все тот же принцип, плоды, а если говорить точнее, то ложные плоды овсюга (Avena fatua), научились передвигаться «вприпрыжку».

Движения, обусловливаемые колебаниями влажности атмосферного воздуха, используются семенами и плодами не только для того, чтобы перемещаться. Весьма интересная комбинация гигроскопических движений поиска и прикрепления к опоре наблюдается у плодов виноградолистного ломоноса (Clematis vitalba). Они добились оптимального использования естественных особенностей окружающей среды, привлекая для этого минимум подручных средств. Ломонос принадлежит к числу вьющихся растений, поэтому в период созревания его небольшие плоды, находящиеся на усиках, зачастую оказываются высоко над землей в кроне дерева. Плоды‑семянки имеют изогнутый, густо опушённый отросток длиной до 3 сантиметров. Один‑единственный технический принцип позволяет этому «приспособлению» наипростейшим образом решать сразу четыре задачи. Специальная съемка показывает, как этот отросток реагирует на изменение влажности воздуха (фото 64, а). Аппарат запечатлел совершенно мокрую семянку ломоноса, высыхающую под лучами солнца. Для того чтобы картина была наглядной, один и тот же плодик был снят на один кадр пленки с небольшими интервалами во времени. Мокрый плодик на фотографии получился крайним справа. Опушение отростка прижато к ости. По мере высыхания тончайшие волоски распрямляются, а сама ость изгибается. Крайнее левое изображение семянки получено, когда она полностью высохла. Таким образом, мы имеем здесь дело о двойным механизмом: один приводит в движение волоски, другой – сам отросток. Этот единственный в своем роде гигроскопический механизм многоцелевого назначения, как я уже говорил выше, выполняет четыре функции.

1. Дождливая погода препятствует распространению опушенных плодиков ломоноса с помощью ветра. Поскольку при дожде волоски прижимаются к ости, ветер не может подхватить плоды‑семянки и унести их подальше от материнского дерева.

2. В сухую солнечную погоду, которая обычно приносит с собой и благоприятный ветер, волоски распрямляются и вся семянка, в целом имеющая очень небольшой вес, превращается в превосходный летательный аппарат. В такие дни ее легко может сорвать и увлечь с собой ветер.

3. Опустившись где‑то на землю, плод начинает в согласии с колебаниями влажности воздуха попеременно то сгибаться, то разгибаться. Поскольку перистый отросток легко цепляется за траву или неровности почвы, весь плодик совершает движения вправо и влево (фото 64, б). Таким путем он «ищет» расщелинку в почве, в которую можно без труда проникнуть и в которой будет достаточно влаги для прорастания.

4. Но вот обнаружено подходящее для закрепления место. Ко всему прочему и отросток за что‑то основательно зацепился. Посредством гигроскопических колебаний весь небольшой аппарат приводится в движение, и семянка начинает вращаться на месте. Острая головная часть, усаженная щетинками‑зацепками (фото 65), подобно сверлу, ввинчивается в почву, в которой плодик и укореняется.

Фото 64а. Опушённый отросток плода ломоноса (Clematis vitalba) активно реагирует на колебания влажности воздуха. Если плод влажен, волоски плотно прижимаются к ости. Как только он высыхает, волоски распрямляются, а сам отросток сильно изгибается.

Фото 64б. Гигроскопический механизм дает возможность плоду ломоноса осуществлять самые настоящие поисковые движения. Таким путем оно находит в почве расщелинку, вполне подходящую для его прорастания.

Фото 65. Передняя часть плода‑семянки ломоноса заострена и усажена щетинками‑зацепками. Благодаря движениям опушённого отростка семянка легко проникает в найденную расщелинку и там укореняется.