26.07.2010

Мхи научились выращивать пушки

Доктор Двайт Вайтейкер (Dwight Whitaker) из Колледжа в Помоне и Джон Эдвардс (Joan Edwards) из Колледжа Вильямса обнаружили поразительный способ, который изобрел сфагнум для распространения спор. Короткое сообщение по этому поводу опубликовано в последнем номере журнала Nature.

Споры мха поднимаются в воздух именно на ту высоту, где их может подхватить ветер и перенести на огромные расстояния. По словам доктора Вайтейкера, сфагновые мхи (а они занимают на Земле больше 1,5 млн км²) такой широкой распространенности обязаны в первую очередь этому изобретению.

Подняться как можно выше

Как объясняют ученые, успешный перенос семян, пыльцы или спор зависит от того, на какую высоту они попадут. Дело в том, что поверхностный слой воздуха делится на два слоя — ламинарный и турбулентный. В ламинарном слое движение потоков очень слабое. Если, например, споры застревают именно там, то оседают тут же, рядом с материнским растением. В турбулентном же слое создается хаотичное движение воздуха. Попав туда, споры оказываются втянутыми в более мощные потоки, поднимаются все выше и выше и, наконец, покидают родные места.

Высоким растениям, например деревьям, в этом смысле повезло больше, чем небольшим, говорят ученые. Невысокие же виды должны каким-то способом поднять свои семена на нужную высоту.

Грибовидное облако надо мхом

«Споры у сфагнума созревают в круглых спорангиях. Сами споры находятся внизу сбоку, а остальной объем заполнен воздухом. Когда спорангий высыхает, он вытягивается и приобретает цилиндрическую форму. У него внутри создается огромное давление — от двух до пяти атмосфер. Спорангий лопается по бокам. Это происходит за считанные доли секунды, по нашим подсчетам — за 10^-5 секунды. И споры летят в воздух», — рассказывает Вайтейкер.

Записав весь процесс на видеокамеру, ученые смогли выяснить подробности «взлета». По их словам, споры поднимаются на высоту 11-12 см, а летят со скоростью 16 м в секунду.

«На такую высоту невозможно подняться просто за счет однонаправленного движения вверх. Наши расчеты показывают, что при первоначальной скорости движения 13 метров в секунду споры могут взлететь на высоту только от двух до семи миллиметров», — пишут ученые.

Кольцевые вихри закручивают споры

Пришлось выяснить, за счет чего споры сфагнума поднимаются выше. Съемка показала, что в тот момент, когда спорангий лопается, происходит «минивзрыв». Из воздуха, который находился внутри спорангия, формируются турбулентные кольцевые вихри. Они и поднимают споры на высоту 12 см. По форме поток напоминает грибовидное облако, которое образуется при взрыве атомной бомбы. Поднявшись на такую высоту, споры оказываются в турбулентном пограничном слое воздуха. Там воздушные потоки подхватывают их и несут в разных направлениях.

«Морские животные, например некоторые виды медуз и кальмаров, двигаются в воде за счет точно таких же кольцевых вихрей, выпуская струи воды. Наше исследование впервые показало, что кольцевые вихри могут создавать не только животные», — пишут ученые.

Анна Говорова

Источники:

1. infox.ru