Растения заботятся о бактериях

Растения поливают почву, спасая бактерий

Оказывается, растения, подобно нам, периодически поливают почву вокруг себя во время сильной засухи. И делают это не столько для своего комфорта, сколько ради заботы об окружающих их азотфиксирующих бактериях. Ведь если они погибнут в этот весьма непростой для них период, то некому будет снабжать растение очень важным для него элементом — азотом.

Фото:

Как мы знаем, растениям для нормального развития необходим такой элемент, как азот. Без него, например, будет невозможно нормальное образование семян, в которых основными запасами пищи для зародыша являются белки. Однако сами растения добыть азот из атмосферы не могут, поэтому им приходится пользоваться услугами специальных азотфиксирующих бактерий. Эти микроорганизмы способны улавливать атмосферный азот и задерживать его в почве, а иногда даже сразу передавать их растениям, как, например, это делают клубеньковые бактерии (Rhizobium), обитающие на корнях бобовых растений и вступающие с ними в симбиотические отношения.

Однако, кроме них, в почве достаточно много различных микроорганизмов, способных фиксировать азот, и самыми известными из них являются представители рода Azotobacter. Эти бактерии улавливают этот элемент из воздуха, накапливают в своих клетках и потом, умирая, насыщают им окружающую их почвенную среду. Ну, а после этот азот через корни попадает в растения, которые используют его для синтеза аминокислот и прочих необходимых им органических молекул.

Таким образом, нормальная жизнь растений напрямую зависит от процветания азотфиксирующих бактерий. Ведь если те вдруг все погибнут, то снабжение почвы азотом прекратится. Такое же вполне может произойти во время засухи, ведь микроорганизмы сами не могут добывать воду из более глубоких слоев почвы: корней-то у них нет. Каким же образом они переживают это столь неблагоприятное для них время? Как выяснили недавно американские биологи, которыми руководил доктор Джон Старк из Университета штата Юта (США), в этот период им помогают… растения, которые, в прямом смысле этого слова, начинают поливать пересохшие верхние слои почвы.

В принципе, о том, что растения, которые вынуждены жить в засушливых местах, справляются с недостатком влаги с помощью так называемого гидравлического лифта, при котором вода, поднимаемая из глубоких слоев почвы длинным стержневым корнем, выделяется наружу через боковые корни, лежащие в верхних, сухих слоях земли, было известно достаточно давно. Этот лифт возможен потому, что слаженная работа корней поддерживает постоянное гидравлическое давление и, благодаря ей, вода может проникать в стебель, где ее движение будет поддерживаться, уже благодаря транспирации (процесс испарения воды через устьица) листьев.

Так вот, Джон Старк и его коллеги высказали предположение насчет того, что растения поливают почву вокруг себя не столько для того, чтобы создать себе комфортные условия (им, в принципе, это не нужно: корни же все равно вытягивают воду из глубинных слоев земли, и в самом организме растения она так и так есть), сколько ради заботы об окружающих их азотфиксирующих бактериях. А для того чтобы проверить это предположение, биологи несколько лет изучали жизнь растений в полынных степях вблизи озера Бэр на границе Юты и Айдахо. В первую очередь исследователи пытались выяснить, что же происходит во время сухого сезона с азотистыми соединениями, которые необходимы растениям, но недоступны для них без помощи бактерий.

В итоге, проследив за путешествиями изотопа ¹⁵N, Старк и его коллеги обнаружили, что когда во время засухи полынь начинала поливать окружающую ее почву, активность почвенных микроорганизмов возрастала в несколько раз. Соответственно, и количество азота, которое растение добывало из окружающей почвы благодаря возросшей активности азотфиксаторов, увеличивалось вдвое. Интересно, что наиболее усердно полынь поливала почву ближе к концу августа. Именно в это время начиналось формирование семян и, соответственно, потребность растения в азоте резко возрастала.

Таким образом, предположение о том, что растения, напитывая водой верхние сухие слои почвы, оживляют жизнь местной микрофлоры, подтвердилось экспериментально. И польза от этого была не только самим растениям и бактериям. В статье, опубликованной в журнале PNAS, авторы исследования пишут о том, что во время полива существенно оживлялся весь азотистый цикл в почве. Впрочем, если мыслить эволюционными категориями, можно сказать, что полынь в данном случае проявила альтруизм чистейшей воды, ведь все микроорганизмы, которые оживали во время полива, не были связаны с корнями растения никакими особыми симбиотическими отношениями. То есть, добывая воду с глубины и снабжая ей все окружающее пространство, полынь заботилась в первую очередь не о себе, а о сохранении всей экосистемы.

Читайте также: Регулярные пожары помогают лугам

Хотя биологи из группы Старка проводили эксперименты только с полынью, однако они уверены в том, что, скорее всего, так поступают любые растения, которые живут в засушливых местах. Ученые считают, что результаты их работы будут интересны не только для специалистов по экологии растений, но и для тех, кто занимается сельским хозяйством — благодаря подобному исследованию можно будет предложить принципиально новую технологию выращивания культурных растений в засушливых местах. Нужно просто добавлять к ним такие виды, которые будут стараться для всех, добывая воду с глубины и орошая этой живительной влагой почву, что находится рядом с ними…

Читайте все самое интересное в рубрике "Наука и техника"