Одни из них впадают в спячку, другие накапливают жир, который согревает их в самые холодные дни и месяцы. Людям в этом плане легче. Они строят обогреваемые жилища и шьют для себя теплую одежду и обувь. Хуже всего приходится растениям, которые просто не способны взять и спрятаться. Некоторые из них решают проблему радикально - они умирают перед началом зимы и вновь рождаются весной. Но эта тактика неприемлема для деревьев - они банально не успеют вырасти за год. Поэтому им приходится идти на некоторые интересные ухищрения, чтобы всё-таки дожить до весны.
Неприятности можно ощутить уже при нуле градусов по Цельсию, когда в клетках начинает замерзать вода. Она расширяется, и если это происходит внутри клетки, ледяные кристаллы повреждают мембраны, что может привести к гибели этого строительного кирпичика земной биологии. К счастью, подобное происходит редко - только при резком падении температуры. Чаще всего это более постепенный процесс, связанный с приближением зимы, и лёд образовывается в межклеточном пространстве, на внешней стороне клеток. После этого вода, находящаяся внутри них, начинает вести себя несколько странно. Она вытекает наружу, навстречу образовавшемуся льду. Происходит это из-за «химического потенциала» - различные вещества стремятся переместиться из области, где он выше, туда, где его меньше. У льда, в связи с особенностями его молекулярной структуры, он ниже, чем у жидкости, находящейся внутри клетки.
Однако для выживания в зимних условиях недостаточно просто защитить свои клетки от разрушения. Этим умением обладают практически все растения, однако далеко не все они способны выживать в суровые морозы. Дело в том, что потеря влаги вызывает обезвоживание. Оно опасно по многим причинам, однако в случае с деревьями главная угроза заключается в том, что ужавшиеся клеточные мембраны могут вступить в реакцию и разорвать друг друга. Поэтому растения, произрастающие в холодном климате, в процессе эволюции придумали несколько интересных стратегий противостояния обезвоживанию.
Одна из наиболее распространенных называется переохлаждением - когда вода удерживается в жидком состоянии, хотя окружающая температура ниже той, при которой она обычно замерзает. Этого можно добиться несколькими способами, в частности, повышением вязкости жидкости посредством насыщения её растворёнными веществами. Чем больше плотность, тем ниже порог образования кристаллов льда - это довольно простая физика. Деревья, использующие данную методику, с понижением температуры начинают вырабатывать больше загущающих молекул, например, сахаров.
Внеклеточное замораживание и переохлаждение жидкости совместными усилиями способны обеспечить выживаемость деревьев при температурах до -40 градусов по Цельсию. Однако если мороз станет чуть крепче, переохлаждение даёт обратный эффект. В какой-то момент защитный барьер ломается, и вся жидкость, находящаяся внутри растения, мгновенно замерзает. Если её много, то это практически наверняка является смертным приговором для дерева, куста или травинки. К счастью, на значительной части земной поверхности этот предел не преодолевается никогда. То есть защиты до минус 40 градусов обычно оказывается более чем достаточно.
Но, насколько известно, деревья растут и в Арктике, где температура падает и до минус шестидесяти по Цельсию. Поэтому самое время упомянуть, что в природе есть деревья, например, белая акация, сосна веймутова и западная туя, которые могут выжить в жидком азоте, то есть при -196 по Цельсию. А береза плосколистная способна пережить воздействие жидкого гелия - а это минус 269 градусов. Что в них такого особенного? Эти растения освоили другой, гораздо более эффективный механизм защиты, который называется «витрификация».
Здесь внутренние части клеток превращаются в некое подобие стекла. Это что-то вроде анабиоза, когда движение молекул фактически прекращается. Надо знать, что лед образуется только тогда, когда его кристаллы вступают в контакт с другими молекулами. Однако если последние не движутся, реакции не происходит. Учёные пока не разгадали механизм витрификации, однако предполагают, что она объясняется высокой концентрацией в клетках растений сахаров, а также белков, именуемых дегидринами. Последние, видимо, связываются с мембранами клетки и удерживают их на отдалении друг от друга. Одновременно они сцепляются с сахарами, образуя ту самую стекловидную массу, которая не подвержена воздействию холода. В этом состоянии ткань дерева может спокойно дождаться потепления, после чего вернуться к обычной жизни.
