Давыдова Юлия Юрьевна, Кандидат биологических наук, доцент Доцент кафедры биологии, химии, экологии и методик обучения НГПУ им. К. Минина
Как часто мы думаем о чудесах? О загадках и тайнах, которые находятся рядом с нами? А о сказках? О наших русских народных сказаниях? О смыслах, которые заложены в них? А смыслы глубокие и очень интересные! На сказки можно взглянуть “разными глазами”. Глазами психолога на сказки смотрел Эрик Берн, изучая жизненные сценарии людей. Глазами ученого-филолога в сказки вглядывался Владимир Пропп, изучая их морфологию. Ну а мы с вами посмотрим на сказки глазами биолога! А дорогу нам укажут сказочные народные персонажи: всем нам знакомая мудрая Баба Яга и ее избушка на курьих ножках, умеющий запутать человека в дремучем лесу Леший, закадычный друг всех жаб и лягушек Водяной, хитрые кикиморы и зловещие русалки. Что объединяет этих ярких личностей, помимо того, что они все имеют в своем характере явно зловещие черты и нравы? Вы удивитесь, но это БОЛОТО. Да, все они живут в лесном болоте.
Почему именно лесное болото в русских народных сказках населено таким множеством персонажей, так или иначе связанных с царством мертвых? И эти персонажи такие зловещие и загадочные? Не оттого ли, что сами болота как очень своеобразные экосистемы пугали и завораживали человека способностью забрать жизнь у неосторожного путника? Или своей нетипичной красотой, необычностью красок и форм они пробуждали в нем любопытство?!
Чем удивительны и необычны болота? Давайте разберемся! Особой отраслью науки, занимающейся изучением болот, является болотоведение – особый раздел гидрологии, который изучает классификацию болот, их возникновение и развитие как уникальных экосистем, биосферную роль, экосистемную организацию и их значение как источника ценного природного ресурса – торфа.
Далее давайте разберемся, какие бывают болота? Если мы будем говорить о типичных сказочных болотах, то это, скорее всего, лесные болота, которые относятся к так называемым переходным типам. Однако обо всем по порядку. В традиционной классификации выделяют три основных типа болот: верховые, низинные, переходные.
Само название класса болот указывает нам на то, каким образом происходит поступление воды в болотную экосистему: сверху, снизу или и так и так. Давайте познакомимся с особенностями основных типов болот. Первый класс – верховые болота – образуются в естественных понижениях ландшафта, которые подстилаются водонепроницаемыми породами, такими как глина, благодаря которым атмосферные осадки не просачиваются в грунт, а удерживаются гигроскопичным сфагнумом. Грунтовые же воды, насыщенные минеральными солями, в такие болота не проникают. Именно поэтому такие болота очень бедны минеральными веществами и их называют олиготрофными, что в дословном переводе обозначает «недостаточно питательные».
Второй класс – низинные болота – тип болот, образующийся в пониженных частях рельефа за счет питания от грунтовых вод или различных водотоков – русла реки, озера, водотоки со склонов терасс или холмов. Такие экосистемы могут возникать даже в условиях с недостатком атмосферных осадков, при этом они богаты минеральными веществами, и их называют эвтрофными. Третий класс – переходные болота – имеют смешанный тип питания – как грунтовыми водами, так и атмосферными осадками. Они отличаются сниженным количеством минеральных веществ, и их называют мезотрофными.
А кто на болоте хозяин? Речь идет не о сказочных персонажах, а о реальных жителях, владеющих болотом. Мало того, его создавших! Знакомьтесь – это листостебельные мхи из рода сфагнум. Именно они являются хозяевами и творцами болот. Сфагновые мхи, поселяясь во влажных местах в понижениях ландшафта или по берегам лесных озер, со временем вызывают заболачивание территорий. Сфагновые мхи, как и все мхи, интересны тем, что клетки их тела имеют одинарный, или гаплойдный, набор хромосом, в отличие от всех остальных споровых и семенных растений. Эти растения не имеют корней и даже ризоидов. Каждое растение в течение всей своей довольно продолжительной жизни нарастает верхушкой, а нижняя часть стебля отмирает. Давайте обратим внимание на еще одно свойство сфагнума – это его способность впитывать воду, то есть его гигроскопичность. Растение способно впитать и удержать внутри побега массу воды, в 25 раз превышающую массу самого растения (отжимаю воду). И сразу возникают два важных вопроса: как, а главное – зачем сфагнум создает такие колоссальные для такого небольшого растения запасы воды?
Рассмотрим анатомию листа сфагнума: на препарате мы четко различаем два типа клеток, из которых он состоит:
- небольшие живые зеленые клетки, содержащие хлоропласты и обеспечивающие фотосинтез, то есть воздушное питание;
- крупные полые и лишенные цитоплазмы гиалиновые клетки, имеющие в своей клеточной стенке отверстия. Именно эти гиалиновые клетки. Как микроскопические бочонки, запасают в себе воду. Дождевая вода, попадая на поверхность побега, поступает в клетки через отверстия в оболочке и в дальнейшем удерживается внутри этих клеток.
Способность запасать воду является важной адаптацией сфагнума к обитанию в условиях недостатка соединений азота, особенно на верховых болотах. Это крайне важно для сфагнума так называемых верховых болот, получающих влагу только с осадками – дождем и снегом. Атмосферная влага практически не содержит минеральных веществ, что является серьезным ограничивающим фактором для жизни на верховом болоте. Соответственно, чтобы пополнить недостающие запасы азота растения вынуждены удерживать в своем теле большие объемы влаги ради незначительных доз азотосодержащих веществ, имеющихся в ней.
Гигроскопичность – это далеко не единственная особенность сфагнума, этот мох обеспечивает образование мощного слоя торфа – горючего ископаемого, которое представляет собой не полностью распавшуюся мертвую органику, в основном отмершие части побегов самого сфагнума. Торф обладает значительными теплоизоляционными свойствами, благодаря чему в болотах температура воды и почвы как правило на несколько градусов ниже, чем в окружающих болото экосистемах.
В целом сам по себе торф – это уникальный природный артефакт, который образуется на сфагновых болотах только благодаря хозяину болот. Дело в том, что в стенке растительных клеток сфагнума имеются особые органические вещества, отдаленно сходные с пектинами, так называемые сфагнаны. Эти вещества обладают ярко выраженным антибактериальным эффектом. Именно сфагнаны воздействуют на бактериальную микрофлору болотных почв и препятствуют развитию гнилостных бактерий. Они подавляют действие ферментов редуцентов и препятствуют разложению органических соединений. Ранее считалось, что таким действием обладает фенольное соединение – сфагнол, выделенный чешским микробиологом Фридрихом Чапеком. Однако позднее было доказано, что антибактериальный эффект сфагнола незначителен по сравнению с действием сфагнанов и их производных.
Помимо таких природных антисептиков, как сфагнаны и сфагнол, на замедление процессов гниения влияют высокий уровень кислотности и низкая концентрация кислорода в болотных почвах. Такие антимикробные особенности болот вызывали большие научные открытия в археологии. Наиболее значимыми сенсациями являются находки древних людей в торфяниках северной Европы. Одной из самых известных находок является человек из Толлунда, живший примерно в дохристианскую эпоху 2400 лет назад.
Итак, на болоте жизнь весьма своеобразна. Это своеобразие особенно подчеркивает любимица самого Чарлза Дарвина – хищное растение росянка, которая представляет собой исключительный пример эволюционного приспособления к среде обитания. Хищный образ жизни росянки – это интереснейшая адаптация, позволившая найти дополнительный источник минерального питания. И источник этот – пойманные росянкой насекомые.
Во время ловли насекомых росянка проявляет еще одно очень необычное для растений свойство – она активно двигается! Листья росянки, на которых прилипли живые насекомые, начинают сворачиваться вокруг добычи. Необычно, правда? И такие движения листьев росянки называются особым научным термином – сейсмонастии – быстрые движения в ответ на сотрясение, прикосновение.
Но не только благодаря подвижности росянке удается так ловко охотиться на шустрых беспозвоночных. Дело в том, что в каплях клейкой жидкости на листьях росянки содержится особый природный алкалоид из группы нейротоксинов (обладает нервно-паралитическим действием) под названием кониин. Кониин более известен как вещество, содержащееся в ядовитом растении болиголове, использующемся в народной медицине как миорелаксант.
Следующий наш герой не менее уникален, чем предыдущий. Взгляните на него, вы никогда не угадаете в нем представителя животного царства. Хотя это самое настоящее беспозвоночное животное. Это самый примитивный многоклеточный обитатель болот и озер – пресноводная губка бадяга.
Она выглядит как водоросль, а еще точнее – как разветвленный коралл. В целом тип Губки – это как правило морские обитатели, ведущие прикрепленный образ жизни. Однако бадяга – обитатель пресных водоемов. Примитивность губок заключается в том, что у них отсутствуют настоящие ткани: эпителиальные, соединительные, мышечная и тем более нервная. У губок нет настоящих органов. Тело бадяги состоит из скелета, образованного иглами – спикулами – из оксида кремния. Спикулы соединены между собой эластичными волокнами белка – спонгина. Поселяются губки на подводных предметах – корягах, камнях. Наиболее распространенной на территории России является озерная бадяга.
Питаются губки путем фильтрации воды через поры – отверстия в стенках их тела. Ток воды и захват питательных частиц обеспечивают особые жгутиковые клетки с воротничками – хоаноциты. Интересны эти хоаноциты тем, что они удивительно похожи на одноклеточных воротничковых жгутиковых, которых считают предками первых примитивных многоклеточных животных согласно теории происхождения многоклеточных, которую развивал отечественный ученый Артемий Васильевич Иванов.
Вечный торф, растения хищники, животные-растения – все самое необычное, не вписывающееся в привычные рамки и шаблоны. И это все болота! В последние десятилетия интерес науки к болотным экосистемам растет в геометрической прогрессии. И речь идет о планетарном значении болот, в частности торфяников, как биосферных депо связанного углерода. Роль болот в балансе биосферного углерода – это один из ключевых вопросов современной науки. Огромный вклад в изучение роли торфяных болот в регулировании потоков углерода вносят российские ученые. Именно на территории России находится самое большое болото в мире – Васюганское болото в Западной Сибири. Это болото считается одним из самых крупных живых организмов нашей планеты! Звучит сказочно, не правда ли?
#мининский #mininuniver #десятилетиенауки #МинобрнаукиРоссии #популяризациянауки