кто такие кактусы
„И кактус мой – о, чудо из чудес!“
Саша Черный
Природа полна чудес, но кактусы – по истине одни из самых удивительных живых существ на планете Земля, во всяком случае, в биологическом царстве растений, к которому относит их наука. Родословная семейства кактусовых (Cactaceae) до конца пока не выяснена, оно входит в клады сосудистых, покрытосеменных (цветковых) и двудольных растений и относится к порядку (отряду) гвоздичноцветных и, таким образом, дальними родственниками кактусов оказываются многие известные нам культурные растения, например, гречиха и свекла, салат, шпинат и другие. Из 1046 родов и 12538 видов гвоздичноцветных к кактусам относятся аж 127 родов и 1750 видов. Как видите, семейство очень велико и разнообразно! Именно разнообразие стало одной из причин повышенного интереса к кактусам не только среди специалистов, но и среди цветоводов-любителей и коллекционеров. В отличие от представителей многих других растительных семейств, где видовые отличия становятся явными лишь в периоды цветения и плодоношения (нецветущие фиалки, например, почти неотличимы друг от друга, и разницу между двумя яблонями пока плоды не созреют неспециалист вряд ли заметит), кактусы круглый год разительно внешне отличаются друг от друга даже в пределах одного рода.
Момент появления на Земле семейства кактусовых остается предметом споров с момента его открытия по сей день, поскольку никаких ископаемых остатков кактусов до сих пор не найдено ни в одном геологическом слое. Основываясь на данных о возрасте родственных семейств и так называемом «приблизительном молекулярном возрасте», ученые-ботаники в основном предполагают, что первые представители кактусовых появились 30-35 млн лет назад – сравнительно молодой по биологическим меркам возраст. Причиной их появления в позднем Олигоцене стало резкое изменение климата, начавшееся со снижения уровня углекислого газа (CO2) в атмосфере Земли. Изменился теплообмен, появились пассаты, которые, достигая тридцатых широт и двигаясь далее вдоль экватора, привели к осушению значительных территорий и образованию пустынь.
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.
Однако есть исключения. Представление о кактусах как о сугубо пустынных растениях, было бы глубоко не верным. За время своей эволюции представители семейства расползлись по территории обеих Америк от западного побережья до восточного и от 56.17” с.ш. (Оpuntia fragilis) до 50.23” ю.ш. (Maihueniopsis darwinii). От океанских пляжей (Некоторые представители родов Mammillaria и Melocactus) до высот свыше 5200 м над уровнем моря (Cumulopuntia ignescens).
Согласно данным, собранным в ходе генетических исследований, получивших развитие начиная с 2010-хгодов, центрами появления первых кактусов стали засушливые склоны Андского хребта и центральные районы Бразилии. Распространяясь по континенту, кактусы сталкивались в течение миллионов лет с самыми разными климатическими режимами, каждый раз вырабатывая устойчивость к тем или иным отклонениям от своей первоначальной «климатической нормы». Когда в Центральной Америке в результате очередного изменения климата стали появляться влажные тропические леса, оказавшиеся там кактусы запустили процесс обратной эволюции. Целая группа так называемых «лесных кактусов», встречающихся сегодня в лесах Северной Мексики и на островах Карибского бассейна, имеет плоские широкие стебли, заменяющие им листья, и неплохо уживается рядом с лианами и папоротниками. Их же северные собратья, попавшие в свое время под влияние ледников, спустившихся с полюсов до севера Канады, научились переживать экстремальные морозы (до -45oC) и зимовать в метровых сугробах (да-да, если вам вдруг захочется украсить кактусами не только подоконник, но и приусадебный участок где-нибудь в Подмосковье, это можно при желании сделать).
Сегодняшнее обилие разных форм и размеров кактусов поражает: от крошечных приплюснутых стеблей Blossfeldia liliputana, достигающих едва ли 1,5 см в диаметре, до 15-метровых гигантов Carnegia gigantea, ныне занесенных в красную книгу эндемиков штата Аризона. Такого разнообразия нет, пожалуй, ни в одном растительном семействе. Почему же так получилось?
Видимо, основной причиной стала склонность ранних представителей семейства кактусовых к полиплоидии – кратному увеличению стандартного набора хромосом в клетках, провоцирующему появление различных мутаций и гибридов. И если для человека полиплоидия – редкое и опасное явление, чреватое серьезными и часто летальными болезнями (синдром дауна, например), то для растений, в том числе и для кактусов, она стала важным механизмом эволюции и появления новых форм. В природе зафиксированы десятки естественных гибридов кактусов, а об их количестве в коллекциях можно только догадываться (мы еще поговорим об этом позже). В рамках замкнутой популяции одного вида кактусов сегодня можно подчас встретить несколько мутаций и разновидностей, внешне разительно отличающихся друг от друга. Сложно даже представить себе, что полиплоидия натворила в ходе длящейся миллионы лет эволюции растений! И этот процесс продолжается, произошедшие от единого предка рода и виды семейства кактусовых продолжают эволюционировать.
Удивительная способность кактусов приспосабливаться к различным условиям обитания привела к тому, что они населяют порой самые недоступные места – почти бесплодные пустыни, высокогорные плато или крутые горные склоны. Новые экспедиции для исследования семейства кактусовых организуются ежегодно, ежегодно же открываются новые виды и подвиды этих растений. Многие из них становятся жемчужинами и желанными трофеями для наших коллекций.
Проследить весь путь эволюции кактусовых можно, изучая современные виды. Часть из них, самые генетически старые (перескиевые и некоторые опунциевые) еще сохраняют полноценные листья и выглядят, на первый взгляд, как самые обычные лиственные растения. Большинство же давно успели сменить листья на колючки.
Колючка кактуса – уникальный орган. У большинства растений, которые мы в быту называем колючими, в том числе и у некоторых весьма похожих на кактусы молочаев (эуфорбий), колющие части представляют собой наросты на стебле, называемые в ботанике шипами. Колющие органы кактусов – не шипы, а видоизмененные листья, растущие из видоизмененной же пазушной почки, которая называется ареолой. Из ареол кактусов, как и из пазушных почек лиственных растений, появляются новые побеги и цветы. Но вместо листьев они продуцируют колючки. Именно наличие ареол принято считать главным, необходимым и достаточным признаком принадлежности растения к семейству кактусовых. У наиболее продвинутых в эволюционном отношении родов, например Mammillaria, ареолы физически разделены на две части. Из внешних частей, расположенных на вершинах сосочков этих кактусов, растут колючки, из внутренних частей (аксилл), расположенных непосредственно на стебле – цветы и новые побеги (детки). Такое разделение помогает «продвинутым» кактусам беречь от солнечных лучей бутоны и молодые побеги.
В отличие от шипов большинства растений, выполняющих исключительно защитные функции, колючки кактусов многофункциональны. Они и защищают их от любителей полакомиться сочной мякотью стебля, и притеняют стебель от солнца, и способствуют вегетативному размножению: крючковидные колючки многих видов, цепляясь за шкуры животных и одежду людей, позволяют деткам кактусов перебраться на новое место жительства. Для коллекционеров «мощные колючки» служат предметом гордости и признаком правильного ухода.
До эпохи Великих географических открытий кактусы, несмотря на умение быстро расселяться по новым местам, оставались эндемиками Северной и Южной Америк. И лишь стараниями человека позднее некоторые виды распространились в Северной Африке, Средиземноморье, Юго-восточной Азии и Австралии, где их первоначально оценили как отличный корм для скота, способный расти на жарких неорошаемых территориях. Кое-где, однако, американские гости вскоре стали настоящим бедствием, бесконтрольно заселяя все новые и новые участки. В Австралию для борьбы с «кактусным нашествием» пришлось даже завозить специальную опунциевую моль, что позволило хоть как-то контролировать популяцию невольных американских мигрантов. Кроме того оказалось, что колючки неплохо защищают кактусы и от поедающего их скота – от переедания опунциями животные часто гибли (хотя в последствии и удалось вывести лишенные колючек кормовые сорта).
Вообще, тесные отношения между людьми и кактусами возникли еще на заре появления человека на американском континенте. Кактусы служили сначала коренным жителям, а потом и переселенцам источником воды и пищи (все они съедобны), дров и даже строительных материалов. Мексиканцы и по сей день широко используют их в пищу. «Драконьи фрукты», или плоды питахайи (лесных кактусов рода Hylocereus) можно найти и на прилавках российских супермаркетов. По воспоминаниям европейских первопроходцев возможность добыть пару глотков воды из стеблей кактусов не раз спасала им жизни в многодневных переходах через пустыню.
Если одни виды кактусов получили благодаря человеческой деятельности новые территории, то другие оказались под угрозой вымирания. Даже если оставить в стороне вопрос общего влияния человеческой деятельности на климат, мы уже знаем немало примеров того, как стремление людей освоить новые территории для строительства или сельскохозяйственной деятельности приводило к гибели больших популяций, а иногда и целых видов кактусовых. Ряд растений, которые сейчас украшают наши коллекции, больше, увы, нигде не встречаются в дикой природе.
Так что у коллекционеров, помимо стремления удовлетворить свою любознательность и эстетические потребности появилась и важная экологическая миссия – сохранение исчезающих (или уже исчезнувших) в природе видов. Собственно, о коллекционировании кактусов как многогранном культурном явлении мы поговорим в следующей главе.