Кактусы на подоконнике

Будущие кактусы оказались в числе тех растений, которые в силу изменения климата вынуждены были приспосабливаться к условиям длительных засух и дефицита углерода в воздухе. В целях экономии воды большинство из них сначала сократили поверхность листовой пластины, а затем и вовсе сбросили листья, уменьшая тем самым площадь испаряющей поверхности. Основные функции листьев – дыхательную и фотосинтезирующую – принял на себя стебель растения. Он стал более мясистым, принимая шаровидную или цилиндрическую форму, чтобы одновременно обеспечить достаточный объем для хранения запасов влаги и уменьшить площадь поверхности испарения. Ребра, бугорки и сосочки, которыми обзавелись в процессе эволюции многие виды кактусов, играют роль зонтиков, создавая скользящую тень и защищая растение от ожогов и перегрева. Той же цели служат и восковой налет на стебле у многих видов, и густые колючки, и опушение или крап, иногда почти полностью скрывающие стебель. Ничего похожего на кактусы во флоре восточного полушария нашей планеты не встречается, и первых европейцев, прибывших в Америку, они буквально поразили своей необычностью и эстетическим совершенством. Кактусы отправлялись в Европу в числе наиболее ценных трофеев, добытых в Новом Свете.

В ходе эволюции изменились не только надземная часть, но и корневая система многих кактусов. Живущие в особенно сложных условиях сформировали толстые «реповидные» корни, часто в несколько раз превышающие по размеру стебель растения (невольно вспоминается родство кактусовых с корнеплодами). Кактусовые «репы» не только играют роль резервуаров для длительного хранения воды, но и работают как своеобразные пружины: в периоды засухи такая пружина сжимается, втягивая стебель в грунт и убирая его от жары и солнца. После непродолжительных дождей корень, наполняясь водой и увеличиваясь в размерах, наоборот, выталкивает стебель кактуса на поверхность, поднимая активность фотосинтеза на период роста растения.

Одновременно кактусы, как и некоторые другие суккуленты (ксерофиты1) изменили и свой механизм фотосинтеза – основного жизненного процесса любого зеленого растения. Вся система реакций фотосинтеза сводится к общей схеме (так называемому циклу Кальвина):

6СО₂ + 6H₂O = глюкоза (С₆H₁₂О6) + 6О₂

Часть реакций цикла Кальвина происходит с участием поглощаемого света (так называемая фотозависимая часть), часть не требует света вовсе. У большинства растений все реакции происходят параллельно: дыхание с поглощением кислорода и углекислого газа, образование промежуточных соединений с участием энергии света, синтез сахаров с выделением избытков углекислого газа в атмосферу. Кактусы же в процессе эволюции предпочли разделить фотозависимую и теневую части цикла во времени. Устьица (дыхательные отверстия) на стебле открываются только ночью, когда температура воздуха в условиях пустынь существенно ниже дневной. Необходимый для синтеза сахаров углекислый газ запасается в вакуолях клеток в виде органических кислот и затем в светлое время суток высвобождается для фотозависимых реакций цикла Кальвина. Такой тип фотосинтеза называется CAM-фотосинтезом и впервые был открыт у суккулентов из семейства толстянковых. Благодаря CAM-фотосинтезу кактусы дополнительно экономят воду, оставляя дыхательные устьица закрытыми в жаркие дневные часы, когда испарение жидкости из тканей стебля происходит наиболее интенсивно.

Сочетание совершенной анатомии и оптимального обмена веществ делает кактусы поразительно устойчивыми к суровым условиям жизни в засушливых экосистемах. Доподлинно известно, что некоторые виды могут обходиться без воды свыше полутора лет и, теряя более 90% влаги, оставаться жизнеспособными.

Помимо адаптации к долгим периодам засухи природа заставила кактусы проявить не меньшую изобретательность в приспосабливаемости к очень коротким «сытым» периодам обильных осадков. Большинство кактусов получают влагу либо от сильных, но непродолжительных дождей, либо в результате ее оседания на верхнем слое почвы при прохождении суточной температуры через точку росы. И в том, и в другом случае им необходимо напиться быстро и до отвала напиться. Для достижения этой цели всасывающие корешки кактусов стремятся сосредоточиться в поверхностном слое почвы и обладают свойством отрастать при наступлении благоприятных условий буквально в считаные часы. Как только влажный период заканчивается, они отмирают, поскольку больше не могут исполнять свою функцию и становятся лишь дополнительным каналом утечки бесценной накопленной влаги.

Но, как это часто бывает в жизни, суперспособности компенсируются их суперуязвимостями: умение большинства видов долго существовать без воды оборачивается их полной неспособностью жить в условиях повышенной влажности. Многие кактусы вообще не переносят застоя воды в почве: корни быстро загнивают и растения гибнут. Кроме того, короткий период активной вегетации обуславливает очень медленный рост кактусов: есть немало видов, которым для достижения зрелости, как людям, требуются десятки лет.