Растения на Земле возникли и развивались в условиях гравитации. Ориентируясь на силу тяжести, побеги высших растений, ножки плодовых тел грибов растут вверх (отрицательный геотропизм). Корни же их, наоборот, всегда направлены к центру Земли (положительный геотропизм). Силу этого «врожденного инстинкта» в зеленом мире иллюстрирует классический школьный опыт. На полированной мраморной плите, покрытой слоем почвы, выращивают растения. Их корни, упираясь в гладкую поверхность мрамора, «выедают» на ней характерный узор.
Другие органы высших растений реагируют на гравитацию в разные периоды жизни по-разному. У многих цветковых растений верхняя часть стебля сначала направлена строго вверх, а при распускании бутона поникает. Например, так происходит у мака опийного. При удалении некоторых частей растения геотропная реакция может измениться. Если удалить верхушечный побег у ели, ее боковые ветви загибаются вверх. Но вскоре одна из них становится верхушечным побегом, и тогда остальные ветви вновь опускаются.
У семян фасоли, закрепленных на ободе вращающегося колеса, корни растут наружу, а побеги – внутрь. В данном случае на первый план выходит центробежная сила, превышающая силу гравитации. Этот опыт с тем же результатом можно повторить на космическом корабле, где центробежная сила будет представлена в чистом виде. Но можно ли в нормальных земных условиях заставить корни расти вверх, скажем, с помощью химических веществ?
Ранее думали, что рост корня направляет газ этилен, который выделяют клетки под действием фитогормона ауксина. Из-за силы тяжести в нижней части горизонтально лежащего корня скапливается ауксин. Он вызывает образование этилена, который здесь подавляет рост и деление клеток. Опережающий рост верхней зоны изгибает корень вниз. Ныне считается, что расти корень вниз заставляет не ауксин, а другой фитогормон – абсцизовая кислота, которая синтезируется в клетках корневого чехлика. Но действует она точно так же, как этилен.
Кроме фитогормональной теории геотропизма растений, существует так называемая статолитовая теория. Статолиты в мире растений – аналог камешков (отолитов) в органах равновесия животных. Функцию статолитов в зеленом мире выполняют крахмал лейкопластов, хлоропласты и некоторые другие органоиды растительных клеток, перемещающиеся в них под действием силы тяжести и подсказывающие клетке, где верх, где низ.
Впрочем, есть и другие теории, которые можно еще долго обсуждать априори.
Ученые провели опыт. Семена хлопчатника, обработанные трихлорфенолятом меди (традиционным бактерицидом), высевали в грунт на глубину в 1 см и помещали в термостат. Семена проращивали при постоянной температуре 25±1 °С. На пятые сутки из земли проклевывался корень, растущий вопреки всем законам вверх. Затем на протяжении 4–5 суток корень хлопчатника продолжал расти вверх. И лишь потом кончик корня подсыхал, вероятно, исчерпав запас питательных веществ семени.
Известно, что при синтезе трихлорфенолята меди в качестве побочного продукта образуется диоксин – 2,3,7,8-тетрахлор-дибензол-диоксин и другие полихлорированные ароматические соединения с конденсированными циклами. Медики считают эти вещества особо опасными, ибо они индуцируют синтез железосодержащих ферментов – цитохромов, что в свою очередь грозит нарушением обмена веществ и некрозом тканей. Кроме того, диоксин обладает мутагенным и канцерогенным действием. Аналогичные соединения входят в состав боевых отравляющих веществ. Наряду с трихлорфенолятом меди, загрязненным микропримесями диоксина и его аналогов, к экологически опасным гербицидам, фунгицидам, дефолиантам относятся 2,6-дихлорфеноксиуксусная кислота, 2,6-дихлорфенокси-a-пропионовая и масляная кислоты, 2,4,6-трихлорфенокси-уксусная кислота и их производные, а также многие другие соединения, содержащие галогенированные ароматические ядра.
У взрослых растений, обработанных препаратами с примесью полихлорполициклических соединений, изменяется конфигурация листа, в плодах отсутствуют семена, замедляется рост. Все это хорошо известно. Но что касается отрицательного геотропизма корня – такой результат получен впервые.