Часто в природе мы наблюдаем активное, самостоятельное движение стеблей или листьев растения по направлению к источнику света. Например, соцветия подсолнечника поворачиваются вслед за солнцем, стебли комнатных растений при недостаточном освещении тянутся в сторону окна и т. д. Это так называемый фототропизм.
Однако мало кто догадывается, что каждое растение имеет огромное количество микроскопических двигателей – устьиц. Они обладают удивительной способностью: открываться и закрываться под действием света. Благодаря этому происходят такие жизненно важные для растения процессы, как газообмен и испарение воды с поверхности листа.
Активное движение устьиц можно наблюдать только при помощи микроскопа, поскольку их размеры очень малы: от 7 × 3 микрометров у бобов и фасоли до 38 × 8 – у овса (микрометр – тысячная доля миллиметра). Устьицы размером более чем 40 × 12 микрометров не обнаружены. Каким же образом работает этот фотомикродвигатель? Секрет его действия связан со строением устьичного аппарата.
Устьице – это сквозное отверстие в первичной покровной ткани листа – эпидермисе. Оно образуется между двумя замыкающими клетками бобовидной формы, которые носят название замыкающих. Стенки этих клеток утолщены неравномерно: участок, примыкающий к устьичному отверстию, более толстый по сравнению с остальными. Если в замыкающие клетки начинает накачиваться вода из прилегающих к ним соседних, то внутри их резко возрастает давление. В результате оболочка замыкающих клеток постепенно растягивается.
Более тонкие участки оболочки при этом удлиняются и как бы тянут за собой утолщенные. Замыкающие клетки изменяют свою форму и, словно живые моторчики, открывают устьица. Возникает вопрос: что заставляет воду «накачиваться» в замыкающие клетки и причем здесь «фото» (свет)? Как только солнечный луч попадает на поверхность зеленого растения, в замыкающих клетках происходят фотохимические превращения, то есть химические реакции под действием света.
Концентрация отдельных веществ в них повышается, и вода всасывается в замыкающие клетки. Под действием воды оболочки этих клеток растягиваются, и устьица открываются. С наступлением темноты вечером или обезвоживания в жаркий полдень вода из замыкающих постепенно возвращается в прилегающие к ним клетки, и устьица закрываются. Интересно отметить, что синий свет действует на работу устьиц в 200 раз сильнее, чем красный, а ультрафиолетовый на нее совсем не влияет.
Несмотря на микроскопические размеры устьиц, общая площадь их отверстий достигает значительной величины – от 0,5 процента у пшеницы и фасоли до 5,3 процента площади листа у подсолнечника. Это возможно благодаря их огромному количеству. В расчете на один квадратный сантиметр насчитывается у пшеницы, например, до 600 с верхней и около 4000 устьиц с нижней стороны листа, у фасоли – соответственно 4000 и 28 100, а у подсолнечника 8500 и 15 600 устьиц!