Б) Функция сохранения и депо семян и других зачатков в почве

Благодаря своим свойствам большинство почв оказывается не только жизненным пространством, пригодным для обитания мно­гочисленных видов наземных организмов, но и средой, в которой сохраняются семена и другие зачатки. На поверхности почвы и в свежем опаде перезимовывают семена высших растений, с тем чтобы на будущий год дать новое потомство или пополнить поч­венный семенной запас многолетнего хранения. В почве в тече­ние определенного времени сохраняются цисты, споры многих организмов и яйца беспозвоночных. Дождевые черви откладывают яйца в кокон, образуемый из слизистых выделений кожных желез. У некоторых видов червь ежегодно откладывает 70—100 коконов (Тишлер, 1971). Благодаря отсутствию резких перепадов температур и влажности в почве коконы хорошо сохраняются до завершения развития яиц, которое может длиться несколько месяцев.

Вопрос о длительности сохранения в почве зачатков организмов имеет важное теоретическое и практическое значение. Согласно имеющимся наблюдениям, семена высших растений могут сохра­няться в почвенных условиях в жизнеспособном состоянии в те­чение ряда лет. Срок хранения семян может быть достаточно большим — для некоторых видов растений многие десятки, а возможно, даже сотни лет (Петров, 1985). Особенно длительно сохраняются микроорганизмы в состоянии анабиоза в условиях многолетнемерзлых почв и грунтов — сотни лет и даже тысячеле­тия (Голдовский, 1986). Последнее обстоятельство может иметь особое значение. П.Н. Каптерев, наблюдавший "оживление" во­дорослей, микробов из проб вечной мерзлоты в некоторых райо­нах Сибири в 1936—1938 гг., подошел к новому явлению приро­ды — сохранению жизненности организмов (многоклеточных) в вечной мерзлоте. По его мнению, речь идет о возможности со­хранения жизни в состоянии анабиоза и оживления организмов через сотни лет, а может быть и больше. Такое явление имеет ог­ромное научное и прикладное значение, учесть всех последствий которого мы сейчас не можем.

Способность организмов и их зачатков сохраняться в недея­тельном, но жизнеспособном состоянии в течение долгого време­ни биологами рассматривается как один из двух основных типов адаптации к окружающей среде. Адаптации первого типа (пас­сивная) обеспечивают уход организма от неблагоприятно складывающихся условий внешней среды путем ослабления обычных связей с ней или разрыва этих связей в случае анабиоза. Адаптации второго типа создают активное приспособление к неблагоприятным условиям путем предохранения от отрицательных послед­ствий влияния среды, без нарушения связей организма с ней. Оба типа адаптации в равной мере важны, однако, как справедливо отмечает А.М. Голдовский (1986), исторически в биологии основ­ное внимание концентрировалось на активном приспособлении к среде высших организмов, т.е. на адаптациях второго типа.

Одна из причин недостаточного внимания к адаптациям пер­вого типа — слабое изучение рассматриваемых в данном разделе функций почвы, которая в ходе биологической эволюции особен­но активно использовалась организмами при выработке и реали­зации пассивных адаптаций. В то же время этот тип адаптации во многих отношениях особенно ценен. Так, благодаря анабиозу су­щественно удлиняется хронологический возраст организма, который может оказаться значительно больше биологического. Например, продолжительность жизненного цикла микроорганизмов, если ее принять равной промежутку между делениями клеток, у бактерий составит 12,5—348 мин. В то же время в состоянии криоанабиоза в вечномерзлых почвогрунтах споры микроорганизмов могут про­быть сотни и даже тысячи лет. Жизненный цикл однолетних рас­тений не превышает одного года, однако в зародышевой стадии в виде семян они могут сохраняться в ксероанабиозе десятки и сотни лет.

То, что почва оказывается благоприятным местом для длитель­ного сохранения зачатков организмов в жизнеспособном состоя­нии, связано с особенностями ее как среды обитания, среди кото­рых выделяются значительная изолированность и защищенность ее от резких изменений воздушной среды, а также значительно меньшее содержание в почвенном воздухе кислорода. Последнее обстоятельство, по всей вероятности, имеет принципиальное зна­чение; полагают, что именно отсутствие предпосылок для окисли­тельных процессов позволяет жизнеспособным структурам долгое время находиться в состоянии анабиоза. Можно признать вполне возможным сохранение целостных жизнеспособных структур в нефункционирующем состоянии в течение, по крайней мере, сто­летий (а может быть, и тысячелетий) при сочетании условий, обеспечивающих более или менее полную изоляцию от внешней среды и тем самым препятствующих выходу из анабиоза и про­хождению окислительных процессов под действием кислорода воздуха (Голдовский, 1986).

Наличие предпосылок для сохранения в почве зачатков орга­низмов приводит к их накоплению, в результате чего почва начина­ет выполнять функцию депо семян и других зачатков. Некоторые исследования позволяют утверждать, что данная функция играет важную роль во многих биоценотических процессах, а ее изуче­ние помогает полнее понять жизнь экосистем суши Земли. На­пример, такое на первый взгляд странное явление, как быстрое зарастание многих вырубок в отсутствии значительного привноса семян со стороны, становится понятным, если принять во внима­ние указанную функцию почв. В.В. Петров (1985) показал, что в - почвах подмосковных лесов сохраняются в виде запаса семена ряда видов. Причем в исследованных участках леса наблюдалось явное несоответствие между видовым составом растений сущест­вующего травянисто-кустарникового яруса и живых семян, содер­жащихся в почве. Установлено большое влияние человеческой деятельности на формирование почвенного запаса семян. В ре­зультате этой многообразной деятельности в лесные почвы зано­сятся семена различных растений, в том числе чуждых естествен­ным древостоям. Значительная часть привнесенных человеком семян остается в почве, формируя ее семенной запас.

Важное проявление почвенной функции сохранения и депо зачатков организмов — наличие в большинстве почв избыточного пула (запаса) микробов, не обеспеченных органическим веще­ством и другими элементами питания (Звягинцев, 1987), что делает их недеятельными или малодеятельными. Микроорганизмы, образующие пул, хотя и не пребывают в состоянии активного функционирования, в той или иной степени метаболизируют. В почве только сравнительно небольшое количество зачатков мик­роорганизмов находится в состоянии глубокого покоя (эндоспо­ры бактерий), зачатки других микроорганизмов (споры грибов и актиномицетов) более активно метаболизируют, третьи микроорга­низмы находятся в состоянии вегетативных клеток и хотя и очень медленно, но непрерывно метаболизируют (Звягинцев, 1987).

Частичное сохранение физиологической активности организ­мов микробного пула позволяет им при благоприятных условиях, например при поступлении свежего органического вещества, быст­ро включаться в процессы жизнедеятельности и осуществлять свои почвенно-экологические функции. Это оказывается особенно важ­ным, когда почвы формируются в суровых условиях. В таких слу­чаях решающее значение имеют сезонные вспышки активности микроорганизмов в непродолжительные периоды улучшения кли­матической обстановки (почвы тундры, высокогорий и др.). Не случайно поэтому, тундровые и высокогорные почвы, а также таежные почвы мерзлотных районов отличаются значительным запасом дремлющих форм микроорганизмов, характеризуются высоким пулом микробов.

Существенным является и то, что микробный пул оказывается богатым по видовому разнообразию, что важно для успешного функционирования почв и экосистем. Пул почвенных микроорганизмов отличается не только большой численностью, но и огром­ным разнообразием. По микробному генофонду почва, вероятно, самый богатый субстрат. Недаром при поисках микроорганизмов — продуцентов определенных ценных веществ (антибиотиков, витами­нов, ферментов, аминокислот) в большинстве случаев обращаются к почве как наиболее надежному источнику разнообразных мик­робов (Звягинцев, 1987).

[Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв: учебник. – М.: Изд-во Моск. ун-та; Наука, 2006. С. 52-55]

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое «банк семян»?

2. За счет каких источников формируется банк семян в почве?

3. Какова роль дождевых червей в формировании банка семян в почве?

4. Семена каких растений находятся в почвенном банке семян?

5. Для каких организмов почва является средой переживания неблагоприятных условий? В каком состоянии это происходит?

6. Каковы сроки сохра­нения семян в почвенных условиях в жизнеспособном состоянии?

7. Что значит пас­сивная адаптация организма к неблагоприятным условиям внешней среды?

8. Что такое хронологический и биологический возраст организма?

9. Что означает ксероанабиоз?

10. Каковы особенности почвы как среды обитания?

11. Что означает депо семян? Каково его значение?

12. Что означает функция почвы «сохранение и депо зачатков организмов»?

13. Что представляет собой «микробный пул»?

Задание для работы на занятии:

1. Обсуждение домашнего задания

2. Прочтите предложенные ниже тексты:

а) Банк диаспор растений;