Стеклянный цветок

Пред вами цветки двулистника Грея (Diphylleia grayi), намоченные дождем. В сухую погоду они выглядят просто белыми, но стоит пойти дождю, как цветок преображается. Дождевые капли касаются лепестков, и постепенно они сами становятся прозрачными, как капли. Остается видна лишь сеть проводящих пучков, а сам лепесток словно тает под дождем. За это свойство двулистник Грея в англоязычной литературе получил название скелетный цветок (skeleton flower), хотя, когда смотришь на эти прозрачные, словно вышедшие из мастерской искусного стеклодува, лепестки, кажется, что ему подошло бы и менее пугающее название — стеклянный цветок.

Двулистник — это корневищное многолетнее травянистое растение из семейства барбарисовые. По весне корневища дают побеги, каждый несет всего по два надземных двулопастных листа. Нижний лист крупный, шириной до полуметра, верхний меньше почти в два раза. Затем в мае–июне растение зацветает, его верхушечное соцветие в среднем состоит из 8–10 цветков. Каждый из них с шестью «белыми» лепестками и шестью тычинками с яркими желто-оранжевыми пыльниками. Цветки источают легкий аромат шиповника.

Двулистник Грея. Фото с сайта commons.wikimedia.org, Япония, 28 июня 2008 года

Период вегетации у скелетного цветка не слишком длинный. Каждое растение цветет около десяти дней, в июле–августе созревают плоды, и к этому времени, как правило, листья полностью отмирают. А в августе отмирает вся надземная часть растения.

Двулистник Грея с созревающими ягодами и отмирающими листьями. Фото Татьяны Коротеевой с сайта inaturalist.org, Южно-Сахалинск, 12 августа 2023 года

В сухую погоду цветки двулистника Грея явственно белые. Но прежде чем разобраться, что же происходит с ними, когда они теряют эту белизну, нужно понять, что обеспечивает ее изначально. Воспринимаемый нами цвет объекта — это волны в диапазоне видимого человеческим глазом спектра, которые были отражены от объекта. В основном цвет лепестка зависит от типа и количества пигмента, содержащегося в его тканях, или сразу нескольких. Пигменты способны поглощать часть светового спектра с определенной длиной волны и отражать оставшуюся часть спектра. Например, хлорофилл, основной фотосинтетический пигмент, поглощает синюю и красную часть спектра, а отражает зеленую, поэтому содержащие хлорофилл органы растений нам видятся зелеными. По осени часть их меняет цвет, поскольку хлорофилл разрушается, а остаются каротиноиды, визуально дающие листьям желто-красную окраску.

Но белый цвет — это отражение всего видимого спектра. У многих белых цветков из пигментов присутствуют только флавоноиды, поглощающие ультрафиолет (это флавоны и флавонолы), а видимый человеку спектр они отражают полностью и потому выглядят белыми. Но для насекомых, которые способны видеть в ультрафиолетовой части спектра, на лепестках могут располагаться невидимые нам метки таких флавоноидных «чернил», как указательные полосы на посадочной полосе. Часто таким образом обозначены нектарники.

Цветок ясколки полевой в видимом свете (слева) и ультрафиолете (справа). Контраст между лепестками с высоким коэффициентом отражения УФ и слабо отражающими УФ тычинками и пестиком создает заметный направляющий узор для опылителей. Фото © Bjørn Rørslett с сайта naturfotograf.com

Однако в лепестках двулистника Грея цвет дает не пигмент, а сама структура ткани лепестка. Она рыхлая, с крупными межклетниками, заполненными воздухом. Тогда как клетки, будучи живыми, заполнены жидким содержимым — цитоплазмой. Это среды с сильно различающимся показателем преломления. И на их границе происходит многократное диффузное отражение света, вследствие чего лепестки кажутся нам белыми.

Слева — белые цветки двулистника Грея в сухую погоду. Фото с сайта flickr.com, Япония, 26 мая 2013 года. Справа — намокший полупрозрачный цветок. Видно, что у жилок межклетники еще заполнены воздухом и потому беловатые. Фото © Jazmin Alfaro с сайта flickr.com, 14 марта 2019 года

Когда же лепесток намокает под дождем, влага постепенно проникает в межклетники, и система «воздух—жидкость» замещается системой «жидкость—жидкость» («вода — жидкая часть цитоплазмы»). Поскольку вода и цитоплазма обладают близкими по значению показателями преломления (1,33 и 1,36–1,39 соответственно), рассеивание света существенно снижается, а пропускание света увеличивается, и в результате лепестки выглядят прозрачными. Процесс этот происходит не сразу, а по мере проникновения жидкости. При высыхании лепестки также постепенно «белеют».

Это умение лепестков двулистника Грея играть со светом, обратимо снижая его рассеивание, вдохновляет ученых на создание новых материалов с гидрохроматическими свойствами, то есть меняющих свою прозрачность при взаимодействии с водой, — пленок и других покрытий с изменчивой прозрачностью, «умных» окон и даже зонтиков, становящихся прозрачными под дождем.

Ученые, работающие над материалами на основе природных свойств организмов, создали вот такую искусственную модель цветка двулистника Грея путем склеивания двух гидрохромных пленок с микрополостями размером 1 мкм. Изображение из статьи Gang Yeol Yoo et al., 2020. Diphylleia grayi-Inspired Intelligent Hydrochromic Adhesive Film

Прозрачность — это редкое явление среди наземных растений. У некоторых животных прозрачность встречается как элемент камуфляжа, особенно среди водных (см. картинку дня Морской сапфир). Но если для животных это способ спастись от поедания, то зачем это нужно цветочным лепесткам, главная функция которых — привлечь опылителя, не совсем ясно. Служит ли прозрачность лепестков в дождливую погоду неким сигналом опылителям или это, скорее, побочный эффект? Возможно, это как-то связано с намоканием пыльников, никак не защищенных структурами цветка, и побеление лепестков вследствие высыхания сигнализирует о готовности цветка к опылению.

Обитает этот умелый физик растительного мира на Дальнем Востоке. Его можно найти на Сахалине и Курильских островах (Кунашир, Итуруп) и в северных районах Японии. Двулистник Грея предпочитает хорошо увлажненные тенистые участки леса. Растет по берегам ручьев и протоков.

Двулистник щитковидный отличается от двух других видов по форме листьев. Фото © Philip Bouchard с сайта flickr.com, США, 9 мая 2015 года

Род двулистник — реликт третичного периода. В нем всего три вида с разной географией. Двулистник щитковидный (Diphylleia cymosa) растет в Аппалачах в Северной Америке, двулистник китайский (Diphylleia sinensis) — в Китае. В России обитает только двулистник Грея. Он занесен в Красную книгу РФ и Красную книгу Сахалинской области. Основной фактор риска — уничтожение лесов, где обитает двулистник. К сожалению, вырубка лесов на Сахалине несет серьезную угрозу этому необыкновенному цветку.

Фото с сайта bhg.com.

Полина Сутягина