Растения-рудознатцы

Можно привести немало примеров того, как по определенным видам растений были обнаружены залежи полезных ископаемых. С чем это связано?

Ореолы рассеяния химических элементов, образующиеся в результате выветривания горных пород, значительно влияют на видовой состав растительности. Чувствительные к тому или иному элементу виды растения, накопив его в своих тканях, погибают, уступая место видам, для которых накопленный элемент не зло, а благо. Следовательно, на присутствие какого-либо полезного ископаемого указывает как обильное распространение определенных видов растений, так и отсутствие некоторых из них.

Кальций входит в состав мела, доломита, известняка, гипса и других горных пород. В некоторых местах этих горных пород бывает недостаточно, поэтому их приходится завозить из других местностей. Так было в Карелии до тех пор, пока там не обратили внимание на венерин башмачок (Cypripedium calceolus) - маленькую северную орхидею, которая относится к кальцефилам. У этого растения, цветущего в конце мая - начале июня, очень крупный (до 7 см шириной) цветок оригинальной формы и окраски: крупная желтая губа, имеющая форму туфельки, а остальные лепестки пурпурно-бурые. Цветок имеет запах ванили и появляется впервые на 15-17-м году жизни растения. Венерин башмачок изредка встречается в Уральском Прикамье, в Архангельской и Вологодской областях, во многих районах европейской части нашей страны до Молдавии, южной части Тамбовской и Саратовской областей, в горах Крыма и Кавказа, на значительной части Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке, включая Сахалин; вид занесен в Красную книгу СССР.

Башмачок настоящий - индикатор пород, содержащих кальций

Находка этого растения в Карелии, где преимущественно распространены твердые кристаллические породы, лишенные кальция, очень удивила ученых. Они предположили, что если в Карелии произрастает венерин башмачок, то должны быть и породы, содержащие кальций. Предположение вскоре подтвердилось. Там, где рос венерин башмачок, были обнаружены залежи доломитового известняка.

Существуют и другие кальцефилы, успешно произрастающие на известковых породах, - порезник горный (Libanotis montana), различные виды солнцецвета (Helianthemum), степная астра (Aster amellus) и др. Папоротник из рода пеллея (Pellaea otropurpurea), как и венерин башмачок, растет только на почвах, богатых кальцием.

Там, где почвы и подпочвенные породы содержат много бериллия, встречаются густые заросли стеллеры карликовой - растения с прямым тонким стеблем, покрытым множеством овальных листочков. Обширные скопления этого растения, хорошо различимые на аэрофотоснимках, указывают на то, что в данной местности залегают бериллиевые руды.

Верный индикатор пород, перспективных на бор, - растительные сообщества с трагакантовыми астрагалами (Astragalus microcephalus, A. aureus, A. strictifolius). Они чаще встречаются на территориях с аномальным содержанием бора, чем за их пределами. С уменьшением количества бора в растениях и в окружающей их внешней среде сокращается и численность видов-индикаторов. Иными словами, по мере исчезновения объекта индикации из фитоценозов выпадает и индикатор.

Астрагалы нередко можно встретить на урановых месторождениях. Некоторые из них часто произрастают на территориях с аномальным содержанием бора

Вместе с тем характерным признаком близкого к поверхности залегания боратов служат плешины, лишенные растительности. Этот признак с успехом используется геологами при поиске месторождений бора.

В начале 60-х годов было обнаружено, что бурачок двусемянный является индикатором кобальтовых руд. Он предпочитает произрастать поблизости от их выходов на поверхность. При приближении к рудным телам бурачок двусемянный встречается чаще. Так, например, на 1 м² поверхности, покрывающей рудные тела, произрастает от 18 до 250 экземпляров этого растения, тогда как на рудных осыпях и отвалах значительно меньше. За пределами районов, где залегают кобальтовые или кобальтово-медные руды, бурачок двусемянный обычно не встречается. Интересно отметить, что хотя над рудными телами произрастает большее количество растений этого вида, но они меньше по высоте. Бурачок двусемянный позволяет быстро выявить залежи кобальтовых руд.

В области Шаба в Заире встречается другой кобальтофил - кроталярия (Crotalaria cobaltica). Ее распространение также ограничено почвами, обогащенными кобальтом. Любопытно отметить, что в Нигерии этому растению приписывают волшебные свойства. Местные знахари делают из нее "любовное зелье", с помощью которого можно якобы вернуть сбежавшую жену. Для этого нужно, чтобы женщина неведомо для себя выпила приготовленный на кроталярии напиток.

В самом начале этой главы мы упоминали о легендах, в которых папоротник выступает в роли указателя кладов. Оказалось, что некоторые виды папоротников и в самом деле соответствуют этому назначению. В горах Восточной и Центральной Европы, а также в Скандинавии встречается папоротник костенец помесный (Asplenium adulterinum). Черешки его листьев в нижней части красновато-коричневые и жесткие, вверху зеленые и мягкие. Костенец помесный приурочен к магнезиальным силикатам и серпентинам. Обилие этого растения, а также сопутствующего ему костенца клинолистного (A. cuneifolium) указывает на наличие в почве магния. При избыточном содержании в почвах этого элемента на них развивается так называемая серпентиновая флора, включающая характерные фитоценозы.

В 50-х годах геологи обратили внимание на то, что на отвалах горных выработок очень часто встречается качим Патрена (Gypsophila patrinii) - довольно крупное, хорошо заметное многолетнее растение из семейства гвоздичных с многочисленными мелкими розоватыми, а иногда почти беловатыми цветками и мощной корневой системой. Затем было установлено, что качим Патрена обильно разрастается у выходов на поверхность рудопроявлений с повышенным содержанием элементов полиметаллического комплекса. В свое время попробовали совместить две карты: карту поверхностных рудопроявлений, составленную на основании геологических обследований территории площадью 1500 км², и карту распространения на той же территории качима Патрена, основанную на изучении растительного покрова. Результаты оказались весьма любопытными. Качим Патрена в пределах обследованного участка встречался неравномерно, но его скопления всегда были приурочены к меднорудным точкам. Не было его лишь там, где в породах отсутствовала медь, причем рудопроявления цинка, серебра, висмута, молибдена, бария и мышьяка не играли существенной роли в размещении этого растения.

Присутствие качима Патрена в растительных сообществах часто бывает единственной отличительной особенностью зон, в которых почва обогащена медью, и чем выше содержание этого элемента в субстрате, тем он обильнее. Однако с увеличением концентрации меди размеры качима (высота, диаметр стебля) уменьшаются. Это растение легко опознается, поскольку хорошо заметно в травостое в течение всего полевого сезона. Неудивительно, что геологов, занятых поиском залежей медных руд, очень интересует распространение качима Патрена. С его помощью были открыты месторождения меди в Казахстане и на Алтае. Для обнаружения качима используется метод аэрофотосъемки.

Весьма примечательно, что в семействе гвоздичных немало растений - индикаторов меди. В странах Западной Европы таковыми считаются виды смолевки (Silene otites и S. vulgaris var. humilis). Алсина весенняя (Alsine verna) из того же семейства, довольно широко распространенная в Европе, в ГДР, Чехословакии и ФРГ, встречается на почвах, содержащих большое количество меди. Еще один представитель этого семейства, отнюдь не безразличный к меди, - минуарция весенняя (Minuartia verna). На горных склонах она образует мелкие, высотой 5-15 см, дернинки с белыми цветками-звездочками.

Приуроченность некоторых представителей семейства гвоздичных к почвам, богатым медью, едва ли случайна. Если мы поинтересуемся физиологической ролью этого элемента, то окажется, что он имеет непосредственное отношение к основным жизненным функциям растительных организмов - фотосинтезу и дыханию. Значительная часть меди, присутствующая в растениях, концентрируется обычно в хлоропластах. Именно здесь находится медьсодержащий белок синего цвета - пластоцианин, играющий важную роль в переносе электронов при фотосинтезе. Кроме того, медь входит в состав оксидаз - полифенолоксидазы, аскорбиноксидазы, цитохромоксидазы, участвующих в дыхании. Советский физиолог растений Б. А. Рубин выдвинул концепцию, согласно которой широкий спектр ферментных систем, участвующих в дыхании, обеспечивает растениям более высокую устойчивость к неблагоприятным факторам среды. Экспериментально доказано, что медьсодержащий фермент дифенолоксидаза обладает значительной стабильностью по отношению к температурам и к фитопатогенным факторам.

В связи с этим приуроченность некоторых гвоздичных к месторождениям меди, возможно, определяется более интенсивным использованием этого элемента для синтеза ферментов, благодаря чему они могут успешно приспосабливаться к разнообразным условиям окружающей среды. И действительно, представителей семейства гвоздичных можно встретить в самых различных местообитаниях: в тундре, в лесах, на лугах, высоко в горах, в степях, полупустынях и пустынях. Один из видов этого семейства обнаружен в Антарктиде! Значительное число видов и даже родов гвоздичных - космополиты, их можно встретить на всех континентах. По-видимому, одна из причин столь широкого распространения на земном шаре этих растений заключается в совершенстве их дыхательного и фотосинтетического аппарата, что определяется активным использованием в метаболизме меди. Не случайно растения-купрофилы из семейства гвоздичных (минуарция весенняя и др.) произрастают в крайне неблагоприятных для жизни условиях.

Очень многие виды этого семейства содержат сапонины - вещества из группы стероидных соединений, которые при взбалтывании с водой дают обильную пену. В связи с этим ряд гвоздичных, например мыльнянка лекарственная, зорька, колючелистник качимовидный, отдельные виды качима и другие, издавна известны в народе под названием мыльного корня и применялись в качестве суррогата мыла. Сапонины синтезируются в растениях из продуктов, образующихся в процессе дыхания. Для этого необходим ацетат, возникающий в результате превращения Сахаров при дыхании. Таким образом, особенности дыхательного процесса гвоздичных обеспечивают как повышенную устойчивость их к неблагоприятным условиям, так и интенсивный синтез сапонинов.

Представители семейства гвоздичных находятся в родстве с членами семейства плюмбаговых, а некоторые из них, как стало известно, выносят почвы с солями тяжелых металлов в значительных концентрациях. В частности, армерия Галлера (Armeria halleri) в странах Западной Европы нередко встречается на старых отвалах медных рудников. Этот вид вместе с двумя своими собратьями по роду (A. bottendorfensis и A. hornburgensis) служит индикатором месторождений меда.

В Заире ряд видов растений также приурочен к месторождениям меда. Это так называемые растения-купрофилы. Среди них можно отметить цианотис металлический (Cyanotis metallorum) из семейства коммелиновых.

В Аризоне (США) на месторождениях меди Сан-Мануэль калифорнийский мак растет только на почвах, материнские породы которых имеют повышенное содержание меда. Яркая окраска цветков у этого растения служит заметным указателем зон медной минерализации.

В ряде случаев месторождения меда можно обнаружить с помощью отрицательных индикаторов, т. е. по отсутствию определенных растений. На только что упомянутом месторождении Сан-Мануэль обильные заросли цессидиума (Cessidium mycrophyllum) приурочены преимущественно к нерудоносным породам, тогда как у выходов на поверхность рудных тел это растение встречается редко.

На некоторых месторождениях меди в Заире растительность чрезвычайно скудная или вообще отсутствует. Это обстоятельство используется как поисковый признак при дешифрировании аэрофотоснимков.

В Южной Африке по полному отсутствию растительности были открыты некоторые месторождения платины, а в Юго-Западной Туркмении - месторождения серы.

Седмичник европейский (Trientalis europaea), широко распространенный в лесах европейской части СССР, в странах Западной Европы, особенно в районе Рура, произрастает на отвалах старых оловянных рудников и на почвах с высоким содержанием олова.

Седмичник европейский - локальный индикатор оловянных руд

В Идрии (Югославия), где расположено одно из крупнейших в мире месторождений ртути, некоторые растения, например алсина из семейства гвоздичных (Alsine setacea), считаются индикаторами этого элемента.

По распространению специфических растений, например мелколепестника овальнолистного (Erigeron ovalifolium), были открыты запасы серебряной руды в штате Монтана (США).

Обилие галмейной фиалки (Viola calaminaria) - растения с длинным, сильно ветвящимся стеблем и мелкими цветками - указывает на высокое содержание в почве цинка. Другим индикатором залегания цинковых руд служит ярутка галмейная (Thlaspi calaminaria) из семейства крестоцветных. В золе обоих этих растений содержится 13-21% оксида цинка.

Приведенные примеры показывают приуроченность некоторых растений к месторождениям полезных ископаемых. Физиологические причины этого явления еще не выяснены, и пока мы вынуждены довольствоваться лишь гипотезами. В одних случаях это следствие повышенной устойчивости некоторых растений к избытку того или иного химического элемента: экологическая ниша, возникающая в результате гибели неустойчивых видов, заполняется за счет усиленного размножения резистентных растений. В других случаях избыток того или иного химического элемента у отдельных видов - необходимое условие успешного осуществления их метаболизма.