Итак, казалось бы, величайшая тайна Природы
разгадана. Ученые научились извлекать из листьев хлоропласт, а
электронные микроскопы
позволяют им рассмотреть внутреннее строение
этого крошечного "зеленого сфинкса".
Но как же все-таки работает такая миниатюрная "фабрика", равной которой
по производительности нет в мире?
Приступив к решению поставленной задачи, ученые столкнулись с
удивительным явлением.
Химические связи молекул воды и углекислого газа настолько прочны, что
разорвать их удается только при температуре около 2000 градусов. Но как
только температура упадет ниже этого предела, связи немедленно
восстанавливаются. В зеленом же листе эти соединения распадаются при
обычной температуре, и продукты реакции не воссоединяются друг с
другом.
Распутывая этот клубок, выдающийся: химик Бейер предположил, что при
фотосинтезе вначале образуется формальдегид - вещество, которое часто
возникает при соединении углекислого газа и воды.
Из формальдегида, по теории Бейера, и могли в дальнейшем образоваться
углеводы, в частности крахмал. Но исследования многих ученых показали,
что формальдегид ядовит для растений, и, кроме того, никто и никогда
его в растениях не встречал. Теория Бейера была отвергнута. Не
подтвердились и другие подобные теории. В 30-х годах нашего века
процесс фотосинтеза представлялся ученым в следующем виде. Энергия
красных лучей солнечного света направляется хлорофиллом на углекислый
газ, от которого отрывается и выделяется в воздух атом кислорода, а
оставшаяся окись углерода, взаимодействуя с водой, образует
органические вещества.
Но в 1940 году американский ученый Рубен с помощью меченых атомов
установил, что углекислый газ присоединяется вовсе не к хлорофиллу, а к
какому-то неизвестному веществу. И как бы в дополнение советский
академик А. Н. Виноградов доказал, что выделяемый растениями кислород
отличается от кислорода, входящего в состав углекислого газа. Сейчас
известно три изотопа кислорода с атомными весами 16, 17 и 18. В
молекулах углекислого газа (СО2) и воды (Н2О)
встречаются все три
изотопа, но в первой преобладает кислород с атомным весом 18, так как
он легче соединяется с углеродом, а во второй - более легкий - с
атомным весом 16. Виноградову удалось собрать 20 литров кислорода,
образовавшегося в процессе фотосинтеза у водного растения элодеи, в
котором было больше изотопа О16. Следовательно,
это был кислород,
оторвавшийся от молекулы воды. А раз так, значит, усвоение углекислого
газа и выделение кислорода - это два различных процесса, а не один, как
думали раньше, и вместо одной ученым пришлось решать две еще более
сложные задачи.
По современным, далеко еще не полным представлениям, в зеленом листе
происходят два тесно переплетающихся между собой процесса. Процесс
фотосинтеза - это последовательная цепь реакций, идущих на свету, в
результате которых от молекул воды отрывается кислород, выделяющийся
растениями в воздух. Одновременно с этим идет второй цикл реакций,
названных "темновыми" за их способность протекать в темноте. При этих
реакциях, в которых участвуют многие специальные ферменты, к
углекислому газу, поглощенному растениями, присоединяется водород,
полученный в процессе фотосинтеза, и образуются углеводы.
Но тут ученых ожидали новые "сюрпризы". Оказалось, что в процессе
фотосинтеза вырабатываются не только углеводы, но и другие сложные
органические соединения, в том числе и белки.
Причем чем больше красных
лучей, тем интенсивнее образуются углеводы, а в синих лучах растение
вырабатывает больше белков, хотя содержание углекислого газа в них ни в
том, ни в другом случае не меняется.
Дальше - больше. Физики рассматривали зерно хлорофилла в электронный
микроскоп и установили сходство его с… батареей
полупроводников, превращающих солнечный свет в электрическую энергию! А
американский ученый, лауреат Нобелевской премии М. Кальвин
подтверждает, что в процессе фотосинтеза возникает разность
потенциалов.
Больше того, Кальвин выделил из хлоропластов мельчайшие частицы
размером в две сотых микрона, которые способны при освещении поглощать
радиоволны. Каждая такая квантасома, как их назвал ученый, представляет
собой гроздь из 200 молекул хлорофилла и фактически является настоящим
полупроводником, действующим подобно батареям фото- и термоэлементов.
Стоит нарушить целостность квантасом, и процесс фотосинтеза
прерывается. Новые исследования и новые поразительные открытия.
Оказывается, хлоропласт зеленого листа удивительно похож на палочку
сетчатки нашего глаза. И ботаники немедленно вспомнили о том, что
существует водоросль, которая, имея один единственный хлоропласт, не
только дышит и питается с его помощью, но и "видит".
В 1960 году мир облетела сенсационная весть: два профессора Мюнхенского
технологического института М. Штрел и А. Колоянов получили
искусственный хлорофилл. О таком же открытии сообщил американский химик
Вудворт. Это, несомненно, крупная победа ученых.
Но наступление на крошечное зернышко хлорофилла продолжается. В нем
участвуют физики, химики, биологи, ботаники - люди самых различных
профессий, объединенные одним желанием: вырвать у природы одну из самых
замечательных тайн и поставить на службу человечеству.
