Как сделать видимым невооруженному глазу движение микроскопически малых частиц
Всякое мертвое тело в достаточно размельченном состоянии, помещенное в воду, находится не в покое, а мельчайшие частицы его находятся в непрерывном, как бы танцующем на одном месте движении. Это — так называемое броуновское молекулярное движение.
В капле туши проявляется при этом движение мельчайших частиц угля, а во взвесях гумми-гута или кармина можно различить в микроскоп в первом случае частички смолы и во втором — краски. Для того чтобы наблюдать броуновское движение, требуются хорошие микроскопы.
Однако я нашел, что при известных условиях движение микроскопических частиц крайне малых размеров может быть видимо невооруженным глазом, и сделал по этому поводу следующие указания.
Если наколоть иглой стебель колючего молочая (Euphorbia splenfens), часто культивируемого в наших теплицах, то из раны немедленно выступает молочно-белая капля — это млечный сок растения. Если быстро перенести эту каплю на чистое предметное стекло, накрыть ее покровным стеклом и рассматривать жидкость под микроскопом при увеличении от 300 до 1000 раз, то легко обнаружить, что помимо более крупных шариков и своеобразных крахмальных зерен, имеющих форму палочки или бедренной кости, млечный сок состоит из необычайно тонкой эмульсии. В жидкости находятся чрезвычайно мелкие шарики смолы и каучука, дающие великолепную картину броуновского движения.
Чтобы в течение продолжительного времени иметь под рукой такие препараты, я заклеиваю края покровного стекла твердеющей терпентинной смолой. При помощи нагретой проволоки смола наносится по четырем краям покровного стекла таким образом, чтобы она не пропускала воздух, благодаря чему жидкость предохраняется от испарения и остается неподвижной. На таких препаратах броуновское движение можно было наблюдать и по прошествии нескольких месяцев.
Считалось само собой понятным, что это движение можно видеть только в микроскоп, однако его можно сделать видимым невооруженному глазу, если рассматривать препарат в прямом солнечном свете.
При том предметное стекло держат вертикально или наклонно га расстоянии отчетливой видимости и, помещая его наклонно по отношению к солнечным лучам, рассматривают в проходящем свете.
При удачном положении предметного стекла наблюдателю неожиданно становится заметным молекулярное движение смоляных шариков, выявляющееся в своеобразном мелькании и оживленном движении микроскопических частиц, переливающих чудными радужными цветами интерференции.
Если на некотором расстоянии от предметного стекла, приблизительно в 3—5 см, держать черную матовую бумагу, то явление становится еще более отчетливым, однако можно обойтись и без черного фона. При падающем свете явление наблюдать нельзя. Так как при этом опыте не приходится смотреть прямо на солнце, а только на свет, проходящий через препарат, то зрение не особенно напрягается. Для удачи опыта необходимо заботиться о том, чтобы слой млечного сока не превышал толщины, которая требуется для микроскопических препаратов. С другой стороны, солнце не должно быть за облаками: лучшие результаты получаются при безоблачном небе. Свет сильной дуговой лампы также дает хорошие результаты. Явление можно также наблюдать и при прямом свете совсем близко поставленной сильной калильной или яркой керосиновой лампы или ауэровской горелки, сконцентрировав их свет при помощи хорошей лупы. Однако лучше всего опыт удается на прямом солнечном свете.
Во всяком случае достойно удивления, что такие необычайно мелкие шарики млечного сока всё еще могут быть обнаружены невооруженным глазом. Очевидно, весьма интенсивный свет, падая на шарики и преломляясь, дает диффракционные кружки и диффракционные пучки, постоянно изменяющиеся вследствие движения частиц; благодаря этому на сетчатке глаза получаются изображения гораздо больших размеров, чем при отсутствии этих условий, подобно тому как это имеет место и при наблюдении ультрамикроскопических частиц.
Если, оставляя в стороне ультрамикроскоп, считаться только с тем, что дает обыкновенный микроскоп, то можно утверждать, что частицы, которые при описанных условиях еще можно различать вследствие их движений, по своей величине совпадают с теми предельными частицами, которые еще можно наблюдать в микроскоп, или почти приближаются к ним.
Правда, в этом крайнем случае самое существование частиц не может быть нами установлено; их наличие открывается невооруженному глазу только благодаря их движению при условии, что это движение совершается с достаточной скоростью, и частицы в большом числе тесно расположены друг около друга.
«Ледяные цветы» в теплой комнате
Когда коллоиды, как например слабый раствор желатины, клейстера или агара, замерзают, чистая вода отделяется от желатины, крахмала и агара и превращается в лед, а коллоиды в сгущенном виде располагаются в промежутках между ледяными узорами. На этом основан простой способ, с помощью которого можно получить в теплой комнате ледяные узоры, которые долго сохраняются. Для этого я поступаю следующим образом.
Колба Эрленмейера ополаскивается 2-процентным раствором желатины, повертывается горлышком книзу и выставляется на мороз. После того как в тончайшем слое желатины, покрывающей изнутри стенку колбы, образовались ледяные узоры, в колбу наливается спирт, чтобы смочить замерзшую желатину. При этом лед тает, а желатинная сетка прочно фиксируется в виде ледяных узоров. Последние, выступая со всеми мельчайшими подробностями, представляют собой чудесную картину и могут сохраняться десятки лет в своей неизменной красоте. Закрепление ледяных узоров на внутренней поверхности колбы представляет еще преимущество в том отношении, что предохраняет их от пыли и от прикосновения рук.
Кольца из млечного сока
Известно, что когда курильщик, попыхивая папироской или сигарой, пускает изо рта табачный дым, образуются прекрасные дымные кольца, которые доставляют развлечение как ему, так и зрителям. Эти табачные кольца привлекли к себе внимание известных естествоиспытателей, в числе их и Гельмгольца.
Мне приходилось наблюдать, что если капля млечного сока некоторых растений приходит в соприкосновение с поверхностью веды или падает в воду, то образуются молочно-белые полосы или красивые белые кольца. Для получения этого явления поступают следующим образом.
Срезают побег кипарисового молочая (Euphorbia cyparissias) и помещают его в стакан с водой, который ставится на что-нибудь темное, лучше всего на лист черной бумаги. Затем несколько листьев разрезают ножницами поперек, после чего тотчас же из поверхности разреза оставшихся на ветке половинок листа выступают капельки млечного сока. Если взять такую капельку на иголку или кончик карандаша и перенести ее на поверхность воды, то млечный сок сейчас же дает нити или сгустки в виде колец, которые быстро падают книзу, образуя новые нити и кольца, пока не достигнут дна, на которые и ложатся в форме колец.
Получается прекрасная картина, когда при соприкосновении капелек млечного сока с поверхностью воды сперва образуется кольцо большего размера, от которого исходят новые нити и кольца, вновь порождающие кольцевые разветвления. Последние могут увеличиваться, исчезать или, опустившись на дно, остаются там в форме колец, колбасок или белых облачков.
Во время появления млечных нитей можно часто наблюдать, как изящное сплетение из них и колец держится на общей, висящей сверху до низу нити млечного сока, напоминая кружево или изящный канделябр. Подобные же явления наблюдаются и с млечным соком многих других растений.
Как показать цвет крови в кончике пальца
При помощи простого, но замечательного опыта мне удалось показать красный цвет крови в руке. Для этого возьмем кусок зеленого полого стебля дудника лесного (Angelica silvestris) длиной в 10—15 см. Острым ножом обрежем оба конца стебля и прежде всего посмотрим в эту трубку как через подзорную трубу на синее небо; затем плотно прижмем конец указательного или другого пальца к верхнему концу стебля и снова бросим взгляд через трубку. Палец покажется теперь густо кровавокрасным, — он буквально светится красным светом.
На прямом солнечном свете опыт удается не только с пальцем, но и с ладонью руки. Чем сильнее свет, тем благоприятнее условия для опыта. Ночью достаточно даже света карманной электрической лампочки. За неимением дудника можно пользоваться при опыте широкой соломинкой около 10 см длины или куском тростника (Phragmites communis). Но в них не должно быть узлов, так как в узле расположена диафрагма — пластинка растительной ткани, которая мешает видеть через трубку.
Как объяснить в вышеописанном опыте красный цвет кончика пальца?
Белый свет, проникающий в палец, за исключением красных лучей, большей частью поглощается, красные же лучи проходят через кровь артерий и, просвечивая через нее, достигают глаза. Вот почему кончик пальца кажется красным. Если к концу трубки приложить не палец, а зеленый лист, сложенный вдвое, то через него пройдет главным образом зеленый свет. Если же для той же цели взять свежеотрезанный ломтик яблока, толщиной в 2—5 см, то он будет казаться окрашенным в цвет своей мякоти, т. е. в белый, а у незрелого яблока в белый цвет с зеленым оттенком.
Заметим при этом, что свет проникает в растительные ткани довольно глубоко. Это вытекает из опыта с яблоком, а также из того факта, что хлорофилл образуется даже в глубоких слоях древесной коры. Внутри развивающегося плода тыквы еще встречается зеленый пигмент, а зародыши многих семян, например семян клена и других растений, окрашены в темнозеленый цвет.
Образование хлорофилла, за некоторыми исключениями (например проростки хвойных, папоротники и мхи), связано с наличием света. Если поэтому в вышеприведенных случаях хлорофилл образуется глубоко внутри ткани, то из этого следует, что свет, достаточно сильный для образования хлорофилла, проникает до известной глубины. Определенные лучи солнечного света, как это можно установить при помощи спектроскопа, по пути поглощаются органами растения, но большая часть его проходит еще довольно глубоко в растительную ткань. Красные лучи проходят сквозь кончик пальца и, как показывает наш опыт, даже и сквозь толщу ладони руки.
Опыт Гёте
Как известно, Гёте в своем «Учении о цветах» обратил особенное внимание на явление, которое он назвал «основным феноменом» и которое состоит в том, что мутная среда на темном фоне кажется голубой, а на светлом — серой. Если рассматривать облако дыма сигары или папиросы на темном фоне, то оно кажется голубым, а на светлом — серым. Это явление можно очень наглядно демонстрировать при помощи млечного сока молочая миндалевидного (Euphorbia amygdaloides).
Если поместить маленькую, около 3 мм в диаметре, каплю свежеизвлеченного млечного сока на темный фон, например на непромокаемую черную бумагу, то при интенсивном прямом освещении она покажется не белой, как можно было бы ожидать, а лазурево-голубой. Для того чтобы опыт удался, существенно важно, чтобы слой млечного сока был достаточно тонок. Но не всякий млечный сок пригоден для этого опыта: сок колокольчика (Campanula), осота (Sonchus), а также коровье молоко не дают голубой окраски на темном фоне очевидно потому, что для удачи опыта имеет важнее значение распределение и размер частиц, взвешенных в млечном соке.
Краски без красящего вещества
Плоды Viburnum tinus — одного из видов калины, кустарника, часто встречающегося в области Средиземноморья, отливают поразительным переливным сине-зеленым блеском. Экзотические виды селагинелл, особенно S. laevigata и S. caesia, также характерны своим удивительным голубовато-стальным блеском.
У некоторых растений нашей флоры, произрастающих в тени, также наблюдается голубой блеск, хотя и в гораздо меньшей степени, например у черной бузины (Sambucus nigra), живучки ползучей (Ajuga reptans), пролески многолетней (Mercurialis perennis) и др.
Согласно исследованиям Гентнера, голубой отлив у видов Selaginella вызывается разной величины зернышками кутина, заключенными во внешнем слое эпидермиса. Ни интерференция, ни флуоресценция здесь роли не играют. Мы имеем дело с явлением, обусловленным наличием мутной среды. Стенка эпидермиса, наполненная зернышками кутина, представляет собой мутную среду, которая подобно облаку табачного дыма кажется голубой на темном фоне. Темным фоном в листе селагинеллы служат интенсивно окрашенные хлорофилловые зерна.
Под тропиками всюду встречается кустарник, один из видов лантаны (Lantana camara), на плодах которого также наблюдается интересное оптическое явление. Незрелые шаровидные плоды величиной около 4—5 мм — зеленого цвета, спелые — синего. Естественно возникает предположение, что эта окраска вызывается наличием синего красящего вещества, вероятно антоциана, столь распространенного в плодах. Однако это — не так. Если поцарапать спелый плод иглой, то толстый слой его кашицеобразной мякоти оказывается темнобурым, а тонкий — светлобурым. Если снять верхнюю кожицу и осторожно соскрести с ее внутренней поверхности приставшую к ней мякоть плода, то в проходящем свете верхняя кожица окажется почти бесцветной с легким светлобурым оттенком, если же на верхней кожице оставить мякоть плода, то, благодаря такому сочетанию, получается стальной синий цвет.
Весьма вероятно, что и здесь мы имеем дело с явлением мутной среды. Однако нам незачем перекочевывать в дальние тропики, так как и в нашем климате я открыл остававшийся незамеченным до сих пор случай, когда один плод отличается синей окраской, хотя в нем нельзя найти синего красящего вещества, —это плод купены лекарственной (Polygonatum officinale). Здесь также можно было бы предположить, что своим цветом ягода обязана синему красящему веществу. Однако более точное исследование показывает, что такого красящего вещества не имеется. Если снять эпидермис и наблюдать его в проходящем свете, то он кажется чисто зеленым. Под ним лежит зеленая мякоть плода и несколько зеленовато-белых семян. Если держать зеленую верхнюю кожицу над черной бумагой или над каким-нибудь другим черным фоном, то она также кажется черно-синей. Темным фоном для верхней кожицы в самой ягоде служит темнозеленая мякоть плода и многочисленные толстые непрозрачные семена. Так же обстоит дело с плодами купены широколистной (Polygonatum latifolium) и купены многоцветной (Polygonatum multiflorum).
Своеобразное изменение окраски
Верхняя поверхность слоевища одного из видов лишайника (Peltigera) при сухой погоде окрашена в серый, а при сырой — в черно-бурый или черный цвет.
Такое изменение окраски этого лишайника легко вызвать, если на светлосерую поверхность слоевища нанести каплю воды. Уже через 10 сек. появляется темная окраска, а через 1 мин. соответствующее место кажется почти черным. Что за причина такого быстрого изменения цвета?
Светлосерый цвет поверхности слоевища зависит от наличия под поверхностным слоем пузырьков воздуха, которые отражают свет, вследствие чего оно кажется светлым. Так как слоевище легко смачивается, то попавшая на него вода быстро и легко проникает в ткань, растворяет и вытесняет воздух, вследствие чего темный слой гонидий или водорослей просвечивает сквозь поверхность и придает ей темную, почти черную окраску. Когда же поглощенная вода испарится и заменится воздухом, светлосерая окраска появляется вновь.
Существует еще другой вид этого лишайника, который в сухом виде серого цвета, а после смачивания водой становится зеленым, так как в этом случае водоросли окрашены не в грязно-оливковый цвет, а в зеленый.
Флуоресценция эскулина и фраксина
Многие тела светятся сами по себе в то время и до тех пор, пока на них падает свет, — они флуоресцируют.
Если на такие тела при ярком солнечном свете направить с помощью лупы конус белого света, то этот конус примет определенный цвет: если это спиртовой раствор хлорофилла — красный, если керосин — синий, если раствор сернокислого хинина — лазурево-голубой; желтое урановое стекло дает светло-зеленый цвет, плавиковый шпат — фиолетовый; флуоресценция происходит благодаря тому, что флуоресцирующие вещества превращают коротковолновые лучи, например невидимые ультрафиолетовые, в лучи с длинной волной, видимые глазом.
Явление флуоресценции можно демонстрировать следующими простыми способами:
a) С корою конского каштана (Aesculus hippocastanum). С однолетнего побега надо соскрести ножом немного коры и бросить ее в стакан с водой, который выставить на прямой солнечный свет, по возможности поместив его на черном фоне, — черней бумаге или черном платке. Содержащийся в коре бесцветный глюкозид — эскулин — растворяется в течение нескольких секунд и благодаря флуоресценции дает прекрасные лазурно-голубые дымки и вуали. Чем интенсивнее свет и чем темнее фон, тем отчетливее проявляется флуоресценция. Мало-помалу явление становится менее отчётливым, так как, благодаря другим веществам, переходящим в раствор, вода принимает коричневую окраску, и голубой цвет затушевывается коричневым.
б) Кора обыкновенного ясеня (Fraxinus excelsior) и манного ясеня (Fraxinus ornus) при тех же условиях прекрасно флуоресцирует.
Цвет флуоресценции здесь зеленовато-синий (голубой), и само явление можно наблюдать более продолжительное время, так как здесь попутно не образуется никаких коричневых веществ. Причиной флуоресценции у ясеня также является глюкозид — фраксин.
«Мыльные» пузыри, образующиеся непосредственно из сока растений
Во время моего пребывания в Британской Индии я познакомился с одним из видов ятрофы (Jatropha gossypifolia), часто встречающимся на берегах Ганга близ Калькутты. Это — кустарник с травянистым стеблем высотой около 1 м. Если перерезать его молодой стебель поперек, то из него довольно обильно вытечет прозрачный сок. Если этот сок взять на заранее приготовленную соломинку и затем осторожно вдувать воздух с другого конца ее, то получатся красивые «мыльные» пузыри.
По возвращении в Европу я начал и здесь отыскивать подобные растения и после долгих поисков, к моему изумлению, таким растением оказалась тыква (Cucurbita реро).
Если перерезать поперек острым ножом молодую часть стебля или листового черешка, то из поверхности поперечного среза вытечет довольно обильный сок, имеющий щелочную реакцию; он выделяется главным образом из ситовидных трубок. Если тотчас же взять каплю этого сока соломинкой или зеленым стебельком злака, то легко получить «мыльные» пузыри величиной с грецкий орех, прекрасных радужных цветов.
Естественно было предположить, что и из сока ближайших родственников тыквы возможно получить «мыльные» пузыри. Так оно в действительности и оказалось: свежий сок, только что вытекший из ситовидных трубок огурца (Cucumis sativus), дает прекрасные «мыльные» пузыри.
Я продолжал свои поиски, и, так как ятрофа (Jatropha) относится к семейству молочайных (Euphorbiaceae), то я исследовал млечный сок кипарисового молочая (Euphorbia cyparissias). Если разорвать или разрезать стебель этого распространенного и потому легко доступного растения, то из раны вытечет млечный сок; взятый стебельком злака, он дает отличные «мыльные» пузыри. Так же ведет себя и солнцегляд (Euphorbia helioscopia). Чем больше сока, тем крупнее получаются пузыри.
Если перерезать молодой конечный побег турецких бобов, то из вместилищ дубильных веществ вытечет капелька жидкости, которая также может дать «мыльные» пузыри.
В другом месте я отмечаю, что если положить сосновую шишку в стакан с водой, то вода окрашивается в ясный красно-бурый цвет. Этот раствор очень богат дубильными веществами и также способен давать «мыльные» пузыри, в особенности после того как он, долго постояв, станет более концентрированным.
Если сделать поперечный разрез листа агапантуса зонтичного (Agapanthus umbellatus), декоративного растения из семейства лилейных (Liliaceae), часто культивируемого ради его прекрасных голубых цветов, то из раны обильно потечет белая густоватая слизь. Если несколько капель ее размешать на часовом стекле с парой кубиков воды, то получится жидкость, также дающая «мыльные» пузыри.
Я не сомневаюсь, что при дальнейших поисках найдутся и другие растения, способные давать мыльные пузыри.
В чем заключаются свойства растений, способных давать «мыльные» пузыри? Этот вопрос еще подлежит исследованию. Заключаются ли они в значительном содержании сапонина, столь распространенного в растительном мире и играющего такую важную роль при изготовлении мыла и при получении обыкновенных мыльных пузырей, или дело сводится только к определенной степени вязкости?
Если взболтать в пробирке с дистиллированной водой кусочки корня мыльнянки лекарственной (Saponaria officinalis) или коры квилайи (Quillaja), — оба растения богаты сапонином, — то получится сильно пенящаяся жидкость, из которой однако, как это ни странно, нельзя получить «мыльных» пузырей.
Об явственном нагревании плавающих скоплений водорослей
Когда однажды в жаркий солнечный день я плыл на лодке по Лунцерскому озеру в нижней Австрии, меня поразила заметная прямо наощупь разница между температурой воды и температурой скоплений водорослей, взвешенных в воде. Вода была холодная, а заросли водорослей тепловатые. Измерения температуры термометром на прямом солнечном свете в различных местах озера показаны в таблице (в градусах Цельсия).
|
Температура скоплений водорослей |
Температура воды в озере |
|
30,5 |
23 |
|
31 |
24 |
|
31,5 |
23 |
Разница в температуре при этих измерениях достигала 7,5°, 7° и 8,5°. Прежде всего можно было бы подумать, что скопления водорослей благодаря дыханию выделяют много тепла, а потому и нагреваются. Однако это не так. Опыты с дыханием в сосудах Дьюара (термосах) ясно показывают, что при дыхании водоросли выделяют очень мало тепла. Поразительное нагревание должно быть объяснено энергичным поглощением солнечных лучей. Свет поглощается каждым темным телом, а зеленые скопления водорослей можно рассматривать как темное тело.
То обстоятельство, что вода, заключенная между нитями водорослей, благодаря своему медленному передвижению сменяется лишь очень постепенно, способствует тому, что скопления водорослей, вместе с водой и воздухом, находящимся в сетке нитей водорослей, принимают на прямом солнечном свете более высокую температуру, чем окружающая их вода.
Заметим в заключение, что и другие водяные растения, например, плавающие на поверхности воды листья рдеста плавающего (Potamogeton natans), могут нагреваться на прямом солнечном свете значительно сильнее, чем вода. В жаркие дни можно было установить разницу в температуре в 6—7° С.
Какую температуру принимают части растения на прямом солнечном свете?
По исследованиям Аскенази суккуленты, или так называемые толстянковые, как например молодило (Sempervivum) или виды опунции, могут значительно нагреваться на прямом, солнечном свете.
15 июля после полудня при температуре 31° С в тени наблюдались следующие температуры (в градусах Цельсия):
- Молодило альпийский (Sempervlvum alpinum) 49,3
- Внутри растения 49,7
- Молодило песчаный (Sempervivum arenarium) 48,7
- Внутри растения 48,7
- Молодило остролистный (Sempervivum soboliferum) 43,7
- Молодило с довольно широкой розеткой 51,2
Растения с более мягкими, более тонкими и травянистыми листьями нагреваются меньше, так как они благодаря большой поверхности сильно излучают теплоту, и, испаряя воду, также теряют тепло.
Так как средняя температура воздуха под тропиками выше, чем в странах с умеренным климатом, то я воспользовался своим довольно длительным пребыванием в Британской Индии, чтобы проследить нагревание растений на прямом солнечном свете.
Итак, опыты, проведенные под тропиками, показывают, что и там растения сильно нагреваются, причем, согласно с указаниями Аскенази, суккуленты, как например цереус, кактус и сансевиера (Cereus, Cactus, Sanseviera), нагреваются больше, чем несуккуленты, как каладиум, колеус и подсолнечник (Caladium, Coleus, Helianthus).
Наиболее высокая температура у растений, которую я мог установить под тропиками, была 47° С у гибиска изменчивого (Hibiscus mutabilis) и 52° С у одного из видов цереуса (Cereus). Как видно, максимальная температура растений в жарком поясе немногим выше, чем в Средней Европе, что на первый взгляд вызывает удивление, но при ближайшем рассмотрении становится понятным, так как транспирация, излучение теплоты и ветер все время противодействуют накоплению, тепла. От излишнего нагревания на прямом солнечном свете растение защищено уже благодаря своей большой поверхности испарения, да оно и нуждается в этом, так как для многих растений температура между 45—50° С оказывается смертельной.
Особую чувствительность по отношению к прямому солнечному освещению проявляют многие растения, которые зимой содержатся в теплицах, а весной выставляются на вольный воздух и подвергаются действию прямого солнечного света. На видах молодила (Sempervivum) и эшеверии (Escheveria) появляются бурые пятна, а хвои у араукарии (Araucaria) буреют, чего однако не происходит, если растение в течение 2—3 недель держать на открытом воздухе в тени и только затем выставить на прямой солнечный свет.
Тот, кто хочет производить опыты над нагреванием растений, должен иметь в виду, что цилиндрический ртутный термометр не может дать точных результатов, так как он прикасается к листу только одной стороной, а с другой — на него воздействует температура воздуха, и, следовательно, получается, таким образом, не температура листа, а только средняя между температурой листа и температурой воздуха. Можно получить более точные результаты, если, оставляя лист на материнском побеге, обернуть его вокруг шарика ртутного термометра на 1—2 см длины и перевязать тонкой ниткой. У мясистых объектов, например кактусов, удобно сделать пробочным сверлом подходящее отверстие и вставить в него термометр. При исследовании нагревания растений в Алжирской пустыне Гардер пользовался термоэлектрическими измерениями, и в его опытах, как и в моих, полученных в Индии, нагревание не было чрезмерным. У растений влажных местообитаний температура поднималась максимум до 40° С и даже в пустыне растения нагревались лишь до 44,25° С.
Движение газов
У высших растений поступление и отдача газов, а также более или менее быстрое их передвижение внутри тканей достаточно хорошо обеспечены. Впоследствии, при обсуждении пористости древесины, мы будем иметь случай видеть, как легко воздух продавливается через сосуды. Устьица, щели которых могут открываться и закрываться, также превосходно обслуживают газообмен, давая возможность кислороду, углекислоте и азоту проникать в растение, а углекислоте и водяным парам выделяться из него. Если отрезать лист белой кувшинки (Nymphaea) вместе с черешком, опустить пластинку листа в воду и через черешок сильно вдунуть в него воздух, то можно заметить, как на поверхности листа, над устьицами появляются маленькие пузырьки воздуха.
Если поранить пластинку листа иглой, то при вдувании воздуха через черешок над местом поранения появляется поток воздушных пузырьков. Крупные, пронизывающие весь лист межклетники, наполненные воздухом, на поперечном разрезе листа ясно выступают в виде больших отверстий.
Многие листья можно легко инъецировать водой. Так, если отрезать лист первоцвета (Primula obconica) и пластинку листа окунуть в воду, а кончик черешка взять в рот и начать всасывать воздух, то лист тотчас же пропитывается водой, что становится заметным по потемнению отдельных участков на нижней поверхности листа. Это происходит благодаря тому, что вода проникает через устьица и наполняет воздухоносные полости, лежащие между клетками. Инъецированные места кажутся темнозелеными, неинъецированные — серыми.
Плавающие и погруженные водяные растения изобилуют воздухоносными межклетниками; смысл этого ясен, если принять во внимание, что смачиваемые или погруженные в воду части растения (в большей или меньшей степени) не находятся в непосредственном соприкосновении с кислородом воздуха и поэтому, чтобы избежать удушения, должны так или иначе создавать себе «внутреннюю атмосферу».
Сердцевинная ткань также пронизана воздухоносными полостями. Легко показать на простом опыте, что даже через относительно длинные, вырезанные из сердцевины куски бузины можно продавливать воздух.
Для этой цели высушенный на воздухе цилиндр из сердцевины бузины длиной в 3—5 см плотно прикрепляют сургучом к верхнему концу стеклянной трубки, длиной в 30 см и шириной в 5—7 мм; затем ставят трубку нижним концом в стеклянный цилиндр, наполненный, водой, или в высокий стакан. Легко видеть, как через 1—2 мин. вода в стеклянной трубке поднимается до уровня жидкости в стакане. При погружении в воду воздух в стеклянной трубке находится под давлением воды, вследствие чего он вгоняется в межклетники бузинной сердцевины и этим путем удаляется из стеклянной трубки.
Однако растение иногда нуждается также и в том, чтобы оградить себя от доступа воздуха и воды, и прекрасным средством для этого служит пробка.
Чтобы доказать это, производим тот же опыт, как с сердцевиной бузины, только вместо нее берем тонкую пластинку из пробки, состоящую всего из нескольких слоев клеток. Такую пластину легко можно отрезать бритвой от бутылочной пробки, а затем прикрепить ее сургучом к одному концу стеклянной трубки настолько плотно, чтобы в трубку не проникал воздух. Если теперь поставить стеклянную трубку нижним концом в сосуд с водою, то вода в трубке поднимется очень мало, примерно, на 1—1,5 см, не более, и затем остановится, так как пробковая пластинка, в противоположность сердцевине, несмотря на свою незначительную толщину, непроницаема для воздуха. В пробке нет межклетников, клетки ее плотно прилегают друг к другу. Кроме того их оболочки пропитаны жиром.
Даже и при более высоком давлении воздух не может проникнуть через пробку, то же относится и к воде, поэтому у высших растений мы часто встречаем пробку или перидерму, которая прикрывает ствол и корень, затрудняет отдачу влаги наружу и способствует быстрому затягиванию раны.
Однако пробковая ткань не должна полностью устранять доступ воздуха внутрь ствола и других органов, ввиду чего она часто бывает пронизана чечевичками, которые можно рассматривать как дыхательные отверстия, так как они пропускают воздух.
При прогулке в парке или в лесу легко наблюдать чечевички на различных деревьях. Они имеют вид бородавок, прыщиков или полосок. Величина их колеблется и существует много переходов от крошечных, едва видимых точек, до крупных чечевичек в 10 мм и больше. Чечевички легко найти на ветках (толщиной в палец) черной бузины (Sambucus nigra), конского каштана (Aesculus hippocastanum), березы (Betula alba), вишни и др.
Если положить ветви ивы, тополя, бузины, ильма и деревянистые корни ильма и ольхи в сырое место или в воду, то через некоторое время чечевички начнут разрастаться и превращаются в бросающиеся в глаза крупные, снежнобелые выросты.
О смачивании листьев
Если опустить лист чистотела (Chelidonium majus) в воду, то он будет блестеть, как серебро. Все части растения, покрытые слоем воска — так называемым восковым покровом, обнаруживают то же свойство. Плоды, покрытые восковым налетом: виноград, сливы, также листья злаков, капусты, каладиума (Caladium), эшеверии (Escheveria), — все они кажутся под водой металлически блестящими, как серебряное зеркало. Этот своеобразный блеск вызывается тонким слоем воздуха, который задерживается между верхней кожицей листа и водой и полностью отражает свет. Обе белые полосы на нижней стороне хвои пихты также состоят из воска. В тех местах, где поверхность растения покрыта воском, она не смачивается.
Если капать воду на поверхность листа капусты или недотроги (Impatiens noli tangere), лупина (Lupinus) или каладиума (Caladium), то все капли скатываются, не смачивая листа. В противоположность этому имеется много листьев, которые легко смачиваются; сюда относятся так называемые бархатистые листья.
У многих тенелюбивых тропических растений клетки верхнего эпидермиса в большей или меньшей степени вытянуты в виде сосочков.
Благодаря этому листья приобретают бархатистый характер и легко смачиваются; примеры: виды антуриума (Anthurium), бегонии (Begonia), филодендрон Линдена (Philodendron Lindeni), циссус пестролистный (Cissus discolor), фикус бородатый (Ficus barbata) и др.
Далее к смачивающимся листьям относятся листья крапивы двудомной (Urtica dioica), подбела лечебного (Petasites officinalis), многих водяных растений и многочисленных других. Мало того, встречаются целые растительные сообщества, почти целиком состоящие из растений со смачивающимися листьями, где следовательно капли воды, попадая на какой-нибудь лист, более или менее скоро расходятся по нему, как по пропускной бумаге. Вследствие такой легкой смачиваемости роса и дождевая вода быстро распространяются по верхней поверхности листа, и лист скоро снова высыхает и может снова нормально транспирировать.
Такому быстрому удалению воды способствует еще так называемый капельный кончик (Шталь — Traufelspitze). Он представляет собою удлиненное острие листовой пластинки на конце листа.
Шталь показал, что листья растений влажно-жарких тропических областей обычно отличаются легкой и быстрой смачиваемостью. Почти у всех растений западной части Явы верхняя поверхность листа легко смачивается, и приходится долгое время искать, пока найдешь исключение. Смачиваемость листа и наличие «капельного кончика» действуют в одном направлении и достигают того, что лист, часто и долго орошаемый дождем, быстро освобождается от воды.
То же нашел Юнгнер для чрезвычайно дождливого климата Камеруна. Этот вывод мог подтвердить и я для флоры влажно-теплой области средней Японии.
Растения с несмачиваюшимися листьями: недотрога (Impatiens noli tangere), чистотел (Chelidonium majus), марь (лебеда) белая (Ckenopodium album), щетинник (Setaria sp.), кислица рогатая (Oxaliscorniculata) встречаются здесь только в виде исключения. Во влажно-теплых областях Японии, где листья очень легко смачиваются, встречается также много листьев с «капельным кончиком». То же находил я в предгорьях Гималаев в Индии.
Но нет необходимости забираться в далекие страны; в Средней Европе в очень дождливых местностях также встречается флора, многие растения которой имеют смачивающиеся листья. Коротко говоря, в Лунце, в нижней Австрии, из 200 случайно взятых для испытания растений около 75% имеют листья, верхняя поверхность которых смачивается.
Это совпадает с обилием осадков, которым отличается эта местность и ближайшие окружающие ее горы, и показывает, что влажные альпийские и горные области Европы обладают теми же условиями в отношении смачиваемости листьев, как Ява и Япония, хотя в более слабой степени.
Палец, опущенный в воду, остается сухим
Для этого опыта мы воспользуемся спорами плауна (Lycopodium clavatum). В народной медицине они употребляются, для того чтобы присыпать и высушивать больные места у грудных младенцев (детская присыпка), и известны под названием Semen Lycopodii. Так же и в практике театрального дела эти споры издавна употребляются как «зажигательный порошок», так как он отличается поразительно быстрой воспламеняемостью при соприкосновении с огнем.
Споры плауна трудно смачиваются. Насыпанные на поверхность воды, они остаются сухими в течение нескольких дней. На этом основан непонятный на первый взгляд опыт, при котором палец, опушенный в воду, вынимается сухим. Для этого в стакан с водой надо насыпать кончиком ножа щепотку «плаунового семени». После того как оно либо само собой, либо при некотором воздействии с нашей стороны распределится равномерно по поверхности воды, опустим палец в воду на глубину ногтя. Вынув палец, заметим к своему удивлению, что он остался сухим. Как же это объяснить? — Споры на поверхности воды образуют сомкнутую несмачиваемую пленку. При погружении пальца она ложится вокруг него, как перчатка, и предохраняет его от смачивания.
Для того чтобы опыт удался, необходимо, чтобы пленка из «плаунового семени» была достаточно плотна, а палец не следует опускать слишком глубоко, лучше всего лишь до первого сустава, иначе высыпанных спор окажется недостаточно, чтобы покрыть палец.
С пыльцой сосны (Pinus silvestris), по внешнему виду сходной с Semen Lycopodii, опыт не удается, так как она легко смачивается водой.
Движения растущих побегов, вызываемые сотрясением
Это явление, открытое Гофмейстером, затем точнее исследованное, широко распространено у сосудистых растений. Оно заключается в том, что молодые еще растущие побеги после механического сотрясения изгибаются, однако через некоторое время выпрямляются вновь. Приведем пример.
Если сильно ударить несколько раз по нижней части прямостоящего,, уже прекратившего рост стебля мелколепестника канадского (Erigeron canadense), то вызванное этим волнообразное движение распространится кверху и тотчас же заставит молодой еще пластический кончик стебля изогнуться. Вершина стебля сгибается, причем вогнутой окажется та сторона, откуда исходил удар. Это явление можно наблюдать у многих растений, как например у амарантуса (Amaranthusretroflexus), у различных видов коровяка (Verbascum), недотроги (Impatiens noli tangere), наперстянки пурпуровой (Digitalis purpurea), гречихи (Fagopyrum), дербенника (Lythrum), дикого винограда (Ampelopsis hederacea) и др.
Для того чтобы вызвать изгиб, требуется 1, 3, 4, 20 ударов м более в зависимости от пластичности стебля.
Опыт может быть произведен и таким образом: уже одеревеневшую часть стебля, прекратившую рост, быстро раскачивают рукой в разные стороны. Так же, если срезать стебель и трясти его в руке, то кончик стебля в гибкой части ниже верхушки сгибается.
Плоскость сгиба совпадает с плоскостью раскачивания, и верхушка наклоняется то в ту, то в другую сторону, и только в том случае в одну определенную сторону, когда раскачивания намеренно производились в одну сторону сильнее, чем в другую.
Если отметить тушью длину сгибаемой части и смерить ее после сотрясения и образования изгиба, то оказывается, что выпуклая сторона удлинилась, а вогнутая укоротилась. У различных растений удлинение может составить 0,5—3,5%, а укорачивание 0—2%.
Почему стебель сгибается в той части, которая примыкает к верхушке? Потому, что ткань здесь мало эластична, но сравнительно растяжима, подобно свинцовой проволоке. Вот почему пластическая зона сохраняет полученный ею изгиб, но не надолго, так как перегнувшаяся верхушка попадает в условия, благоприятные для геотропизма: под влиянием силы тяжести нижняя сторона перегнувшегося побега растет быстрее верхней, в силу отрицательного геотропизма он приподнимается и выпрямляется.
Описанное изгибание, вызванное сотрясением, не есть, как ошибочно предполагал Гофмейстер, явление раздражения, это не что иное как механически обусловленный физический процесс, происходящий в относительно весьма пластичной части тканей.
Листья, через которые можно видеть
Имеются листья, которые так тонки и прозрачны, что, когда они высушены, через них можно читать более крупную печать. Я мог убедиться в этом на листьях рдеста злачного (Potamogeton gramineus), рдеста блестящего (Potamogeton lucens), на окрашенных белыми и пестрыми полосками листьях каладиума (Caladium) и на листьях фикуса с белыми полосками.