Мхи используют «грибовидные облака» для распространения спор

Учёные из США раскрыли загадку того, как торфяные мхи поднимают свои споры достаточно высоко, чтобы их подхватил ветер. Они обнаружили, что мхи создают вихревые кольца воздуха, подобные миниатюрным «грибовидным облакам», чтобы подбросить споры. Это первый известный случай, когда растение способно создавать такие кольца.

Сфагновые мхи (торфяные мхи) — одни из самых распространённых растений, насчитывающих более 285 видов. Все они используют ветер для распространения спор, но сталкиваются с проблемой: они растут на земле, где воздух почти неподвижен. Споры необходимо поднять на 10 см в высоту, чтобы достичь «турбулентного пограничного слоя», где ветер может их унести. Механизм этого процесса оставался неизвестным.

Некоторые виды имеют стебли, но их длина составляет всего около сантиметра. Споры чрезвычайно лёгкие, что позволяет им переноситься на большие расстояния, но также означает, что они должны быстро терять скорость и не могут достичь нужной высоты.

Физик Дуайт Уитакер из Помона-колледжа (Калифорния) и ботаник Джоан Эдвардс из Уильямс-колледжа (Массачусетс) раскрыли тайну, снимая процесс выстреливания спор с помощью сверхскоростных камер (до 100 000 кадров в секунду). Запись показала, что каждый «выстрел» сопровождается крошечным «грибовидным облаком» или вихревым кольцом. Именно эти кольца придают спорам дополнительный импульс, необходимый для достижения высоты, достаточной для попадания в поток ветра.

Кончик каждого стебля содержит от 20 до 250 000 спор в сферической капсуле, наполненной водой. В солнечные дни капсула высыхает, сжимается и превращается в цилиндр, сжимая воздух внутри. Когда давление достигает критической точки, верхняя часть капсулы срывается, выстреливая споры и воздух вверх на высоту около 10 см. Весь процесс занимает менее одной сотой миллисекунды.

Вихревое кольцо образуется, когда сжатый в капсуле воздух взрывом вырывается наружу. Его передний край толкает атмосферный воздух, а затем закручивается назад, формируя кольцо в форме бублика. Известно, что некоторые животные создают вихревые кольца (дельфины — водяные, медузы и кальмары используют их для движения, человеческое сердце перекачивает кровь между камерами), но для растений такая способность обнаружена впервые.

Вихревое кольцо — очень эффективный способ перемещения в воздухе или воде, так как оно движется как единое целое. Кольцо, создаваемое взрывающейся капсулой, позволяет спорам оставаться вместе при подъёме. Без него отдельные споры замедлились бы и рассеялись, не достигнув турбулентного слоя, и большинство упало бы обратно на землю. Исследователи наблюдали облака спор на высоте до 17 см, но даже средняя высота в 11 см гарантированно помещает их в зону турбулентности.

Результаты исследования опубликованы в сегодняшнем выпуске журнала Science.