Яблони на Марсе - Чирков Юрий Георгиевич - Страница 12

Эти тенденции вполне понятны: эксперимент всегда должен быть поставлен так, чтобы исследуемые процессы выявились в наиболее чистом виде. Так и получилось, что в физиологии растений сейчас доминирует аналитическое начало. Исследователи пытаются выяснить тонкости возможных метаболических (связанных с обменом веществ) и регуляторных связей, вплоть до уровня биологических мембран и составляющих их макромолекул. Но такие работы нельзя выполнить методически чисто на целостном многоклеточном организме, его необходимо дробить.

— Уже накоплено огромное количество сведений о свойствах кирпичей, из которых построено здание фотосинтеза, — говорил мне Лайск. — Но пока положение физиолога-фотосинтетика похоже на положение археолога, который нашел иероглифы, но не может их расшифровать, увязать между собой, прочесть первые фразы. А ведь в конечном итоге открытия, сделанные на модельных микросистемах, должны естественно вписаться в сложную иерархию целостного организма. Пока же в исследованиях фотосинтеза, как мне кажется, эти два метода, которые можно назвать аналитическим и синтетическим или дифференциальным и интегральным, еще недостаточно тесно связаны друг с другом. И несомненно, ключ к полному пониманию того, как функционирует зеленый лист, спрятан в его структуре…

Экскурсия по лабиринтам зеленого листа очень поучительна. Швейцарский ботаник и инженер Симон Швенденер (1829–1919) обратил внимание на продолговатые, «остроумно устроенные вентиляционные отверстия» в листьях растений, называемые устьицами. Их основное назначение — автоматически поддерживать необходимый водный режим растений. Если приток воды из корней превышает потерю влаги на испарение, то устьица (их число на один квадратный сантиметр поверхности листа может доходить до 30 тысяч) широко раскрываются, облегчая испарение, транспирацию. При недостатке влаги процесс идет в обратном направлении: количество открытых устьиц сокращается.

Однако роль устьиц этим не ограничивается. Это также и «проходная», через которую в лист поступает углекислый газ. И если устьица закрыты, питание растения прекращается. Потому-то Тимирязев и писал, что «растению приходится пролагать свой жизненный путь между Сциллой и Харибдой», между голодом и жаждой. Так что работа устьичного аппарата листьев растений должна идти очень тонко, в оптимальном режиме, обеспечивающем наименьшие потери воды при наибольшем поступлении в лист углекислого газа.

Вообразить себе, сколь напряженные события разыгрываются в устьицах, нелегко. Вот что однажды, беседуя с журналистами, рассказал член-корреспондент АН СССР Анатолий Александрович Ничипорович:

— Тесно пешеходам и автомобилям на узких улицах больших городов. А в крошечных устьицах еще «теснее». Обычно через каждое устьице диаметром в несколько микрон (микрон равен 10^–4 сантиметра) каждую секунду внутрь должны пройти 2500 миллиардов молекул углекислого газа. А навстречу им через те же устьица мчится такой же поток кислорода и в 2–3 тысячи раз большее количество молекул воды. Скользнув взглядом по зеленой листве, мы и не догадываемся порой, с какой бешеной скоростью идут процессы внутри листа.

Пришла осень. Вы сняли урожай сахарной свеклы — 250–350 центнеров с гектара. Вы не поверите сразу, сколько углекислого газа усвоили из воздуха растения — 20 тонн! Это значит, что они смогли «съесть» весь углекислый газ из слоя воздуха в 4 километра над участком в гектар!..

Принцип работы устьиц не может не заинтересовать инженеров. Есть предложение использовать его в строительной технике: заменить форточки и открывающиеся фрамуги жилых, общественных зданий «дышащими стенами» со сквозными отверстиями, регулируемыми автоматическими клапанами. Рассчитав заранее действие клапанов, можно поддерживать в помещении любой температурно-влажностный режим. Технически это вполне выполнимо, дело за конструкторами.

Архитектурная бионика — большая и интересная тема, ее можно было бы развить, но мы лучше продолжим путешествие в глубины зеленой архитектуры. Лист внутри пористый, словно губка. На долю пор приходится 20–30 процентов его объема. Это облегчает испарение влаги и диффузию углекислого газа к клеткам мезофилла — мякоти, основной рыхлой и пористой ткани листа.

Удивительная эффективность работы листа обеспечена не только достаточно интенсивным газообменом с окружающей средой (большая пористость, гидрофобность стенок его пор), но также высокими показателями отношения поверхности его клеток к объему листа. Внутренняя поверхность одного кубического сантиметра зеленой ткани листа достигает 100–200 квадратных сантиметров! Поэтому 1 квадратный метр листьев за час способен усвоить из воздуха до 6–8 граммов (3–4 литра) углекислого газа и одновременно выделить столько же по объему кислорода.

Однако как бы хорошо ни функционировал лист, он не может дать больше того, на что способен! Обязательно должна существовать какая-то стадия, которая лимитирует весь процесс фотосинтеза в целом. Это может быть и газообмен, и фотофизический акт поглощения квантов света, и влагообмен и в принципе многое другое. Так где же находится самое слабое место фотосинтеза? Что лимитирует производительность зеленого комбината планеты? Этот вопрос задавали себе многие исследователи, его разрешением занялся и уже знакомый нам Лайск.

В конце мая 1968 года из гаража ИАФА выехал автобус. Кроме шофера, в нем находился Агу Лайск и его ближайший сотрудник, кандидат физико-математических наук, физик-экспериментатор Вэло Оя.

Автобус развернулся и взял курс к западному побережью Эстонии. Путь его лежал к заповеднику на полуострове Пухту.

Нутро автобуса имело необычайный вид. В углах висели баллоны с углекислым газом, стены были сплошь завешены приборами, на столе стоял проекционный аппарат. В углу лежали рюкзаки…

Снимать световые и прочие кривые листа прямо в поле под естественным солнцем трудно. Все быстро меняется: освещение, температура, состав воздуха. Вынесешь в посевы прибор, а тут неожиданно дождь!.. Физики решили стабилизировать условия, создать автобус-лабораторию, где можно было бы по желанию воссоздать для листа любой «климат».

Не хватало лишь подопытных кроликов, то бишь листьев. Здоровых, только что срезанных с куста или дерева.

Правда, не всякий лист хорош для дела. Он должен быть гладкий, не шероховатый (чтобы хорошо входил в листовую камеру), достаточно большого размера. Ведь концентрация углекислоты в воздухе мала — лишь 0,03 процента. А лист поглощает и того меньше: зарегистрировать такие крошечные количества непросто. Вот и необходим лист значительной площади, который поглощал бы порции побольше.

Да, удобен не всякий лист. Многие виды листьев, особенно у однодольных (кукуруза, ячмень), а также сныти и других трав, очень чувствительны к внешним условиям: устьица быстро закрываются. Да и вегетационный период у них мал: хоть и зеленые, но уже не фотосинтезируют. За несколько сезонов (заповедник Пухту, селекционная станция Йыгева, дендропарк в Харку — все в Эстонии) физики перепробовали многое: листья березы, дуба, сирени, фиалок, тростника… Наиболее подходящими для измерений оказались листья осины.

Короток сезон экспериментов. А как много надо успеть! Добрался автобус до места. Первое — найти столб электролинии и подключиться к электросети. Затем — настройка и отладка аппаратуры, калибровка приборов, пробные опыты. И вот начинается главная работа.

— Рядом море, вокруг красоты заповедника: загорай, нежься! — вспоминал Лайск. — А мы целые дни просиживали в фургоне и были белые, как лебеди. Вэло даже шутил, что надо было бы поставить внутри кварцевую лампу, чтоб хоть чуточку загореть…