Читать книгу Детский университет. Исследователи объясняют загадки мира. Книга третья - Улла Штойернагель - Страница 7

Ученые и сегодня до конца не понимают, почему у одних растений листья сердцевидные, а у других – зубчатые. Зато ясно, почему одни листья большие и плоские, другие, наоборот, свернуты в трубочку и острые, как у кактусов. В частности, на размер и форму листа сильно влияет климат. Листьями растения улавливают солнечный свет и через них же выделяют ненужные вещества. К тому моменту, когда молодое растение раскрывает листочки, оно уже израсходовало запасы, которые получило из семечка, и теперь ему надо самому обеспечивать себя энергией. А поскольку растения, как правило, на охоту не ходят и прочно держатся корнями за землю, им нужен по-настоящему надежный источник энергии. На который можно рассчитывать всегда, в крайнем случае с короткими перерывами. Таким высоким требованиям отвечает лишь один источник – солнце, тем более что природа предоставляет его даром.

Растение как будто создано специально для того, чтобы использовать солнечный свет – ведь оно без всякой подготовки совершает с его помощью удивительные метаморфозы. Жаль только, что эти фокусы нельзя увидеть невооруженным глазом. Фотоаппарат нам здесь тоже не поможет, хотя сам фокус и называется «фотосинтез». В переводе с греческого это слово означает «образование веществ на свету».

ЗЕЛЕНЫЕ ФАБРИКИ

Лист только кажется нам сплошь зеленым. На самом деле его зелень прерывается бледными вкраплениями, которые можно разглядеть в сильный микроскоп. Это границы хлоропластов. На один квадратный миллиметр листа приходится около 100 000 хлоропластов, а в каждой клетке растения хлоропластов от 30 до 40. Конечно, человеческий глаз не различает такие крохотные элементы и видит всю поверхность листа как сплошную зелень.

Давайте представим, что иллюзионист надумал показать фокус с фотосинтезом, чтобы объяснить нам, что это такое. Для начала он оденется во все зеленое и выйдет на открытое солнце. Но сколько бы он ни стоял, ничего не произойдет, разве что наш фокусник сильно вспотеет. Зато он ощутит, сколько в солнце энергии, то есть тепла. Во второй попытке он станет действовать умнее. Поскольку люди состоят из других клеток, чем растения, наш фокусник наденет на себя костюм с фотоэлементами – попытается хоть немного походить на растение. Фотоэлементы умеют преобразовывать солнечную энергию в электричество. И если панель с фотоэлементом соединить с приводом, поставить, например, на скейтборд и выставить всю конструкцию на солнце, то через некоторое время доска сорвется с места без всякого бензина, движимая одной лишь солнечной энергией.

Чтобы сдвинуть скейтборд уже вместе с фокусником, потребуются гигантские фотоэлементы. Но даже если ему это удастся, после первого же круга станет ясно: его номер далек от того, что ухитряются показывать растения. Это еще вовсе не фотосинтез.

В процессе фотосинтеза образуется глюкоза, или виноградный сахар, так что нашему иллюзионисту придется добавить еще один элемент – сахар. К примеру, вытянуть руки в воздух, чтобы в каждой оказалось по кучке леденцов и прочих сладостей. Именно такие штучки запросто проделывают растения. Сначала подставляют листья солнечному свету и одновременно поглощают углекислый газ. А потом на своей «фотокухне» варят из них глюкозу. Процесс этот очень сложный, в чем можно убедиться, открыв любой химический справочник. Будь листья у растений синего цвета, ничего бы не получилось. Весь фокус в том, что они именно зеленые. Зелень – это не просто цвет, приятный нашему глазу. Листья зеленые потому, что в них содержится волшебник хлорофилл. Именно хлорофилл улавливает солнечный свет и производит с его помощью что-то новое – что-то, что растение использует для роста.

ОСЕНЬ

Осенью дни становятся короче, ночи длиннее, солнце уже не светит в полную силу, и листва потихоньку делается разноцветной. Зеленый цвет исчезает, потому что из листьев уходит хлорофилл, и на листьях проступают другие цвета. С приходом зимы у фотосинтеза начинаются каникулы. Исключение составляют лишь южные регионы, где достаточно солнца. В других областях осенью и зимой фотосинтез в замедленном виде протекает у хвойных и других вечнозеленых растений.

Хлорофилл – краситель зеленого цвета (по-гречески это слово означает «зеленый лист»); молекулы хлорофилла могут улавливать солнечный свет. Энергию «пойманного» света растение использует для своего роста. В листьях молекулы хлорофилла сложены в стопки, а стопки – в мешочки, которые называются хлоропластами. В каждой клетке зеленого листа содержится множество таких хлоропластов. Энергия солнца, которая поглощается хлоропластами, расходуется в листьях на много полезных дел. Так, с помощью этой энергии расщепляются молекулы воды, которую поставляют растению его корни. Молекулы воды состоят из атомов водорода и кислорода. Освободившийся кислород листья выделяют в атмосферу. А атомы водорода соединяются в хлоропластах с основной пищей растений – молекулами углекислого газа; они поступают из воздуха через крошечные дырочки – устьица, которые находятся на обратной стороне листьев.

САХАРНЫЕ СЕМЕНА

Прорастить семена можно и в темноте. Но тогда надо чем-то заменить фотосинтез. Для этого берут сахар. Выросшие таким образом растения могут даже цвести, но ни при каких обстоятельствах не станут зелеными: они будут белые, как альбиносы.

Молекулы еще меньше, чем клетки. Это самая маленькая частичка вещества, которая состоит из атомов химических элементов, а атомы, в свою очередь, из электронов. Молекулы хлорофилла по-особому реагируют на свет. Стоит лучу солнца попасть на них, как электроны в молекулах хлорофилла начинают очень активно двигаться туда-сюда, буквально скакать и прыгать. В результате этих перемещений образуются новые вещества и выделяется энергия. Которая бы так и пропала, если бы растение не обладало особым умением ее запасать в своих «батарейках». Все дело в том, что в листьях образуется вещество, которое называют АТФ (полное название аденозинтрифосфат). АТФ – один из ингредиентов того сладкого блюда, которое изготавливает растение. Именно молекулы АТФ запасают энергию света, которую они могут расходовать при необходимости, например, в пасмурные дни. Помимо АТФ для производства глюкозы растениям еще требуются углекислый газ и вода. Воду добывают корни растения, а углекислый газ, которого предостаточно в атмосфере, поступает через устьица на обратной стороне листа.

В солнечные жаркие дни растения производят много глюкозы. Но могут не сразу ее использовать, а оставить про запас, и для этого образовать из ее молекул длинные цепочки, то есть крахмал. А затем передать следующим поколениям, то есть пустить ее в клубни и плоды. В таком виде она может достаться и нам. Не удивительно, что фрукты, выросшие в солнечных регионах, самые сладкие.

На той кухне, где растение варило глюкозу, остается один ненужный продукт, который через устьица выделяется из листьев в воздух. Это кислород. Люди вдыхают его полной грудью и, словно в благодарность растениям, выдыхают углекислый газ. Как мы видим, человек и растение просто идеально подходят друг другу. Настоящая команда.

Впрочем, стоит признать, что растения превосходят по сложности наши технические изобретения. Самая крохотная водоросль более эффективна, чем ультрасовременная солнечная батарея, разработанная лучшими инженерами мира. Она содержит в себе хлорофилл, без которого преобразование света в энергию было бы невозможно. Без него водоросль не могла бы расти и размножаться.