Уникальные адаптационные приспособления кактусов
Переския крупноцветковая (Pereskia grandiflora) произрастает в Бразилии в районах с не слишком засушливым климатом. Нетрудно представить себе, что могло бы произойти с этим древним кактусом, окажись его предки в более сухом климате. В таких условиях, чтобы уменьшить потери воды через испарение, растение должно было бы сократить листовую поверхность.
У близкого родственника перескии — перескиопсиса (Pereskiopsis), обитающего в более засушливых, чем Бразилия, районах Мексики, листья толще и мельче. В условиях еще большей засухи растению лучше вообще не иметь широких листовых пластинок. И действительно, одни растения, живущие в таких условиях, сбрасывают листья при наступлении сухого сезона, а у других «нормальные» листья в процессе эволюции преобразовались в колючки.
Работу по преобразованию солнечного света в энергию органических связей, которую ранее выполняли «нормальные» листья, при превращении их в колючки взял на себя позеленевший стебель. В еще более засушливых условиях преимущество получали растения, у которых взамен длинных (пусть уже и «безлистых» побегов) сформировались толстые, сочные стебли. Растения с мясистыми, сочными, способными долго удерживать влагу стеблями и (или) листьями называют суккулентами.
Дисковидные и колонновидные кактусы обладают сочными толстыми стеблями. Но в очень засушливых районах для того, чтобы выжить, этого недостаточно. Некоторые кактусы научились запасать и удерживать влагу, а также смогли сократить испаряющую поверхность стебля — они стали настоящими чемпионами пустыни по выживанию.
Отношение объема тела растения к величине его поверхности уменьшается, если колонновидная форма превращается в шарообразную. У шара (по сравнению с другими геометрическими телами) отношение площади поверхности к объему минимальное, поэтому не случайно большинство кактусов пустынь обладает шарообразным стеблем.
Чтобы выжить в сухом климате, кактусы использовали и другие возможности. Известно, что газообмен растении и испарение воды осуществляются главным образом через устьица — небольшие отверстия в кожице листьев и стеблей, окаймленные специальными клетками, способными регулировать величину отверстия. У кактусов эти клетки расположены ниже остальной поверхности кожицы, гораздо глубже, чем у обычных растений, а самих устьиц в пересчете на единицу площади поверхности не так уж много, поэтому в процессе газообмена кактусы теряют мало влаги. Кроме того, устьица у кактусов открываются ночью, когда не так жарко и сухо, и закрываются днем.
Многие кактусы защищают главные пигменты фотосинтеза — хлорофиллы от чрезмерной освещенности с помощью хорошо развитого на поверхности стебля слоя воска, который к тому же уменьшает испарение через кожицу. Уменьшению испарения способствует и густой покров из колючек. Этот своеобразный экран, тень от которого защищает растение от перегрева, также уменьшает потери воды через испарение. У некоторых кактусов колючки белые, поэтому они отражают солнечный свет с максимальной эффективностью.
Кактусы используют любую возможность для пополнения запасов воды в своем теле: у одних — корневая система располагается неглубоко в верхних горизонтах почвы, а обильно ветвящиеся и длинные корни подходят близко к камням, на которых ночью конденсируется влага, у других — корни проникают в глубокие и содержащие воду горизонты почвы. Но кактусы могут поглощать воду не только с помощью корней. Образующие туман капельки воды могут проникать в тело растения и через колючки. А когда засушливый период слишком затягивается, некоторые кактусы «разыгрывают свою последнюю козырную карту» — трюк с исчезновением. Небольшие кактусы могут «зарываться» в землю. Во время длительной засухи главный стержневой корень теряет влагу, подсыхает, сморщивается и втягивает стебель в почву!
