Бионика: подсказано природой

Что-то природа подолгу выращивает, незаметно подгоняя одну деталь к другой, а какие-то сооружения буквально на наших глазах возводят насекомые, птицы и животные.

Необыкновенно разнообразие птичьих гнезд; удивительны по своей сложности и прочности постройки бобров – их плотины могут выдержать вес всадника на коне; термиты сооружают «замки» высотой до семи метров, да такие крепкие, что о них приходят почесаться слоны. Велик природный инстинкт строительства – ведь необходимо располагаться на ночлег, а то и укладываться на долгое время в спячку, надо где-то хранить запасы продовольствия, укрываться от врагов. А главное – иметь надежное и удобное место для выведения потомства.

Вот и появляются гнезда, шалаши, норы и берлоги. Тысячи лет всё живое хранит наследственные программы – так сказать, проекты, в точном соответствии с которыми сооружают жилища новые поколения. Муравьи строят свои дома так же, как строили их предки сто миллионов лет назад. Маленький бобренок с рождения знает, как без риска для себя валить деревья и возводить плотины.

Но более развитым животным без обучения не обойтись. Например, если шимпанзе не видел, как строят гнезда родители, он вырастет никудышным «зодчим». Человеку же и подавно требуется долго учиться, чтобы стать строителем или архитектором.

Однако немалую помощь в этом нам может оказать природа. Неудивительно, что в бионике сложилось даже целое направление, называемое архитектурной бионикой.

Растения и земное притяжение

Как ведут себя в условиях тяготения растения? Что помогает им строить себя – расти? Реагируют ли они на гравитацию аналогично животным? Может быть, у них тоже есть подобие сердца, которое гонит по их организму питательные соки?

Вопросы сходства и различия внутреннего устройства растений и животных волновали исследователей давно. И пока они не были вооружены достаточно точными приборами, на эту тему оставалось лишь фантазировать. Когда же появились микроскопы с большим увеличением, удалось разглядеть, что в стволах (стеблях) растений находятся сосуды, по которым снизу вверх перемещается живительная влага, насыщенная необходимыми для питания и роста растений веществами, – это показано на рисунке.

Но как высоко она может подняться, преодолевая земное тяготение? Ведь даже поршневым насосом воду невозможно поднять на высоту более десяти с небольшим метров. Правда, сосудики растений очень тонкие. В них жидкость может подниматься значительно выше. Такие сосуды или трубки с очень узким каналом называют капиллярами.

Однако только капиллярными силами не объяснить, каким образом поднимаются вытягиваемые из земли вещества к вершинам таких деревьев-гигантов, как эвкалипт или секвойя. Ведь здесь разговор идет уже о более чем сотне метров!

Лишь в XIX веке было обнаружено явление, названное осмосом. Им объясняется многое из происходящего с клетками. За счет осмоса внутриклеточная жидкость находится под большим давлением, чем жидкость снаружи. Это явление, кстати, является причиной упругости листьев растений – они вянут, когда давление внутри клетки падает и она «съеживается».

Осмос – это односторонний переход воды через клеточную мембрану, которая свободно пропускает воду, но не выпускает из клетки молекулы растворенных солей или сахаров. Вода движется через такую мембрану в сторону большей концентрации раствора.

В растительном организме концентрация внутриклеточных растворов возрастает от корней к стеблям и листьям. Такая передача от клетки к клетке «эстафеты» концентраций и обеспечивает постепенный подъем жидкости по стволу дерева через тонкие каналы – «скелеты» омертвелых клеток. Похожим образом, по уровням, происходит подача воды в небоскребах.

Биологами были проведены интересные опыты, подтверждающие схожесть реакций растений на земное тяготение и освещение. Верхушка растения стремится ввысь и ориентируется на свет, корень же растет вниз, а в присутствии одностороннего источника света изгибается в сторону тени. Эти явления получили названия «геотропизм» и «фототропизм». Таким образом растение старается обеспечить себя светом и теплом вверху и достичь источника воды и питательных веществ внизу.

Великий биолог Ч. Дарвин писал: «В растении нет структуры, более замечательной по своим функциям, чем кончик корня». Прошло более ста лет, но отнюдь еще не все ясно в механизмах описанного поведения растений. А это важно не только людям, постоянно живущим на Земле, но и космическим путешественникам, желающим выращивать урожаи в условиях невесомости. До сих пор неясно, например, как растения могут нормально расти, не «чувствуя» тяготения?

Кто лучший строитель шалашей?