Помоги проекту - поделись книгой:
В большую науку Калер пришел в 1957 году с… авторемонтного завода, где заведовал после окончания университета химической лабораторией. Ему было 32 года, когда тайны фотосинтеза всецело покорили и увлекли его. И ныне он автор известной и в Союзе и далеко за его пределами монографии «Авторегуляция в системе биосинтеза хлорофилла в высших растениях».
В зеленом листе возникновение новых молекул хлорофилла происходит на фоне большого количества уже имеющегося пигмента. Поэтому биосинтез «невидим», он как бы одет в маскхалат, и его нелегко исследовать.
Можно, конечно, начать разделять зеленую материю на все более мелкие части в надежде дойти до «первоисточников». Средств для этого придумано немало. Листья дробят в ступке под слоем жидкого азота или быстро пропускают зеленую ткань растений через крохотные отверстия из камер с высоким давлением: оно разрывает хлоропласты на мельчайшие фрагменты. Можно разрушать мембраны зеленых клеток с помощью детергентов или, проще говоря, ПАВов — поверхностноактивных веществ, типа моющих средств. «Резать» их ультразвуком… Однако всюду исследователь как бы оказывается перед выбором: все или ничего, ибо он, отвлекаясь от изучения живой клетки в целом, осуществляющей нормальный фотосинтез, получает в руки груду безжизненных «деталей», отдельных химических компонентов, о роли которых можно только гадать.
Эта довольно безрадостная ситуация изменилась к лучшему с приходом в науку радиоактивных изотопов… Ведь они, эти ядерные детективы, позволяют, не разрушая зеленой ткани, следить за происходящими в ней тонкими процессами. И все же трудности остались немалые. Ведь при биосинтезе хлорофилла одновременно происходят многие десятки превращений. И можно себе представить, как непросто при этом установить истину.
Что же делать? Как одолеть преграды, расставленные хитроумной природой? Долго ломал себе над этим голову Калер. И решил призвать на помощь ЭВМ. Заняться математическим моделированием явлений. Хотя в те годы многим такой подход к биологическим объектам казался несерьезным, игрой в бирюльки. (Теперь-то уже так не думают.)
Что же дало математическое моделирование? Можно ли сейчас представить себе, как устроена и действует «фабрика» биосинтеза хлорофилла? Вместо ответа на мои настойчивые расспросы Калер, помню, просто открыл ящик стола и достал оттуда диковинное устройство, внешне напоминающее восемь груш, соединенных вместе теми местами, где у плодов обычно торчат хвостики — плодоножки.
— Вот вам… — сказал он. — Можете подержать в руках модель того, что природа отлаживала многие миллионы лет. Это полиферментная система, каталитический центр. Место, откуда, словно детали с конвейера, сходят только что изготовленные молекулы хлорофилла…
Владилен Лазаревич (беседа наша была долгой) ввел меня в тонкости биосинтеза хлорофилла. Его рассказ впечатлял. В самом деле, попробуйте представить себе завод, который бы выпускал не только какую-то продукцию, но изготавливал еще и станки, и все необходимое оборудование для этого производства. И обходился бы при этом без рабочих и вообще без обслуживающего персонала!
Да, как это не удивительно, но молекулы хлорофилла сами должны еще и управлять процессами своей сборки. Ничего другого природе не оставалось, выбора у нее не было! В таком самообслуживании и заключена соль «авторегуляции хлорофилла» — явления, открытого Калером.
В мудреных терминах науки это называется кооперативным управлением. Теория подтверждена многочисленными расчетами на аналоговых и цифровых ЭВМ сложных систем десятков нелинейных дифференциальных уравнений. Однако суть дела проста и может быть пояснена двумя словами. Деятельность зеленого конвейера налажена таким образом, что пока конечный продукт — молекула хлорофилла — не выйдет из каталитического центра, работа над созданием новой молекулы не начнется…
Исследования биосинтеза хлорофилла недавно нашли неожиданный выход в практику. Физиологи растений из Иллинойсского университета (США) разрабатывают принципиально новый тип гербицида. Он разбрызгивается ночью, скажем, на кукурузном поле и до утра бездействует. Но через несколько часов после восхода солнца сорняки увядают, а кукуруза или другое какое-нибудь культурное растение остается нетронутым.
Картина та же, что и в известной легенде про графа Дракулу. Этот ужасный вампир как раз перед рассветом должен был забираться в гроб, чтобы спрятаться от лучей восходящего солнца. Иначе ему пришел бы конец. Отныне, считают ученые, та же участь ждет многие виды сорняков, вот только спрятаться от солнца им не удастся!
Фотодинамические гербициды, так называют новый препарат, изобрел Карл Рибейз, научный сотрудник отдела садоводства при одном из филиалов Иллинойсского университета. Рибейз обнаружил, что биосинтез хлорофилла вовсе не идет одинаково у всех растений, как это прежде предполагалось. Исследователь открыл шесть различных химических способов выработки хлорофилла в растениях. Каждый вид растений, полагает ученый, использует свою уникальную последовательность этапов биосинтеза зеленого пигмента. У фиалок она одна, у яблонь — другая, у клевера — третья…
Зачем природе такое множество способов образования хлорофилла? Вопрос интересен и сам по себе. Но Рибейзу эта многоликость биосинтеза подсказала сугубо практическую мысль. Ведь если два растущих рядом растения пользуются различными способами выработки хлорофилла, то следует попытаться заблокировать этот процесс у одного из растений — сорняка! — не причиняя никакого вреда его соседу по полю.
Предложенный ученым гербицид представляет собой сравнительно простое химическое вещество, известное под названием АЛА (дельта-аминолевулиновая кислота, если аббревиатуру английских слов превратить в русский термин). Это исходный материал для образования хлорофилла во всех растениях, независимо от способа выработки окончательного продукта.
Рибейз утверждает, что если растение опрыскать определенной дозой АЛА в определенное время суток, то оно заготовит избыточное количество первичных для биосинтеза хлорофилла молекул. Под воздействием света эти молекулы активируются, но растение не может их переработать. И фактически растение само себя душит или отравляет. Соседним же растениям, у которых способ образования хлорофилла иной, вреда не причиняется, даже если и на них также попал гербицид.
Подобные пояснения могут показаться не очень убедительными. Однако следует принять во внимание, что Рибейз разработал еще с десяток различных добавок к АЛА. Кроме того, открытие его было запатентовано в 1985 году, и ведутся переговоры о продаже лицензий крупным агрокомпаниям. Поэтому в сообщениях о новом средстве борьбы с сорняками нет достаточной ясности. Но вот один из выводов, с которым можно согласиться. В чистом виде АЛА должен представлять собой идеальный гербицид. Он повсюду встречается в природе и потому безвреден для животных. К тому же препарат этот быстро разрушается и полностью исчезает в течение суток.
Однажды известного химика-органика Дерека Бартона спросили: чего бы он пожелал, явись к нему Мефистофель. Ученый ответил: «Я думаю, этот вопрос следовало бы задать не мне, а доктору Вудворду, потому что я совершенно уверен: он продал свою душу дьяволу лет двадцать назад за право стать гением органической химии…»
Роберт Бёрнс Вудворд (1917–1979) — американский химик-органик, химией увлекся с детства: имел дома химическую лабораторию, где проводил всевозможные опыты. В 16 лет поступил в Массачусетсский технологический институт и был бы в 17 лет исключен за неуспеваемость, если бы преподаватели не успели разглядеть его недюжинные способности. Для него была составлена специальная программа занятий, по сути дела, ему предоставлялась полная свобода и самостоятельность. И эта мера оправдала себя: когда в 1936 году сокурсники 20-летнего Вудворда получали степень бакалавра, он удостоился степени доктора философии (эта ученая степень эквивалентна степени кандидата наук в СССР).
Эту романтическую версию годов учебы Вудворда изложил в своей энциклопедии биографий виднейших ученых Айзек Азимов. Другой, прозаический вариант того, как на самом деле проходила его молодость, дал сам Вудворд в беседе с корреспондентом советского журнала «Химия и жизнь» доктором химических наук Олегом Сергеевичем Чижовым: «Я поступил в Массачусетсский технологический институт и проучился там полтора года. А потом меня выгнали, потому что я не отдавал должного принятым курсам обучения; мне было интереснее заниматься тем, что я считал нужным, а не тем, что полагалось по программе. Я пошел на работу. Но, проработав немного, вернулся в институт, решив выполнить все, что от меня потребуют…»
В 21 год Вудворд был уже в числе сотрудников Гарвардского университета. Здесь им были синтезированы сложные и биологически очень важные органические соединения: хинин (1944), кортизон (1951), резерпин (1956), хлорофилл (1960), тетрациклин (1962)… В 1965 году за эти работы он был удостоен Нобелевской премии. В 1976 году к списку почетных званий американского химика прибавилось еще одно: он был избран иностранным членом АН СССР.
…«Сенсация! Ученые покорили фотосинтез!»… «Конец голоду и нищете: теперь каждый сможет готовить себе пищу на любой вкус и в любом количестве!..»
Возможно, примерно такими словами газеты США и других стран оповестили в 1960 году мир о том, что Роберт Бёрнс Вудворд добился небывалого, осуществил синтез хлорофилла.
Да, конечно, это был крупный успех. Одно дело — разгадать состав и структуру этой знаменитой молекулы, совсем иное — синтезировать ее.
Вудворд готовился к подобному подвигу буквально с детских лет. Искусство, артистичность — вот что характеризует стиль его работ. Его подходы, методы так же отличаются от традиционных, как дедуктивный метод Шерлока Холмса от приемов инспектора Лестрейда. «Если путь к цели очевиден, то к такой цели неинтересно идти», — писал Вудворд. И дальше: «…я надеюсь, что „синтез ради синтеза“ будет продолжаться наперекор утилитарному духу нашего времени. Органический синтез — штука волнующая, полная неожиданностей, требующая смелости, подчас поднимающаяся до вершин искусства».
И все же над синтезом хлорофилла Вудворду пришлось изрядно потрудиться. Он возглавил громадный коллектив ученых-химиков. Ведь полный синтез хлорофилла включал в себя до 30 стадий!
Это дело потребовало долгих четырех лет. Вудворд как-то признался: «Мы не просто играем, а напряженно и упорно трудимся. Этот труд требует от нас не только большого экспериментального мастерства, но и железных нервов…»
Да, это была научная сенсация. В популярной литературе того времени это замечательное достижение приравнивалось к решению (и окончательному!) всей проблемы фотосинтеза. И даже революции в производстве пищи! Однако революция не состоялась. Почему?
Все очень просто. Хотя природа, надо полагать, не случайно использует хлорофилл как универсальный фотосинтетический пигмент всюду, начиная от простейших одноклеточных водорослей и кончая высшими растениями, — листу необходимо и многое другое: различные ферменты, особая структура, особые комплексы из белков, пигментов. Ученые — знатоки фотосинтеза давно уже поняли всю неизмеримую сложность этой грандиозной проблемы. Двухсотлетний опыт исследований показывает: не существует одной «загадки» фотосинтеза, а есть целый ряд ключевых вопросов. И механизм действия хлорофилла — лишь один из них. Поэтому-то блестящий синтез хлорофилла, осуществленный американцем Вудвордом (справедливости ради следует отметить, что почти одновременно с Вудвордом хлорофилл был синтезирован в ФРГ Мартином Штрелем и его сотрудниками), ничего не решал окончательно.
Глава 3
Физики в заповеднике
Что-то физики в почете.
Что-то лирики в загоне.
Дело не в сухом расчете,
Дело в мировом законе.
Когда, сойдя с маршрутного автобуса Тарту — Эльви — Валга, начинаешь подниматься в гору, из-за ее макушки постепенно возникают сначала очертания главного здания обсерватории Тыравере, а затем и луковки ее телескопов.
Здесь же, в 20 километрах к юго-западу от старинного университетского города Тарту, разместился Институт астрофизики и физики атмосферы (ИАФА) Эстонской академии наук. Его ученые известны своими работами не только в нашей стране.
Вот, к примеру, исследования серебристых облаков, простирающихся над полюсами Земли. Это загадочные образования: они состоят из кристалликов льда, но расположены на таких высотах (70–90 километров), где воды заведомо не может быть!
Эстонские астрономы, действующие совместно с работающими на пилотируемых станциях космонавтами, близки к разгадке этих сложных фотохимических явлений, активно влияющих на земной климат.
Если бы инопланетяне пожаловали к нам на Землю, то, подлетая, пришельцы увидели бы шарик, окутанный слоем атмосферы, облепленный безмятежными белыми облачками и черными грозовыми тучами. Заметили бы инопланетяне и щедро льющийся на планету солнечный дождь. В потоках света яркие земные краски мерцали, переливаясь всеми цветами радуги.
Конечно, среди инопланетян нашлись бы физики. Они тотчас отметили бы, что Солнце посылает на Землю лучи с короткими длинами волн — фиолетовые, синие, а Земля возвращает в космос длинноволновое излучение — оранжевые, красные лучи. Отдает планета в космос и тепло — инфракрасные волны.
Своеобразными «космическими пришельцами» оказались и ученые сектора физики атмосферы ИАФА, которыми уже многие годы руководит доктор физико-математических наук Юхан Карлович Росс. Ведь они вроде бы занялись не своим делом, как бы попали на чужую научную «планету» — биологическую, стали изучать метаморфозы солнечной радиации в растительном покрове.
Прежде чем ехать в Эстонию, автор книги ознакомился с научными трудами Росса. Одна из его монографий называлась «Радиационный режим и архитектоника растительного покрова». На ее обложке был изображен заманчивый зелено-белый лист. Я полагал, что и в монографии страницы будут сплошь «зелеными» — этакая научная экскурсия в мир растений. Не тут-то было! То был совсем не ботанический атлас. Листая страницы, я обнаружил колонки цифр, косяки формул, волны графиков и иероглифы уравнений. То была теоретическая физика в самом прямом и высоком значении этих слов.
Зеленый лист и математические формулы? Парадокс? Ничуть. Все стало на свои места после беседы с Россом.
— Вы спрашиваете, как я, физик, пришел к биологии? — рассказывал ученый. — Это долгая и непростая история… Солнце дарит нам жизнь: греет, кормит. Это пока все еще наше основное богатство. И оно, конечно, требует призора…
Где и сколько радиации поступает на Землю — эти данные регистрирует мировая сеть актинометрических постов, разбросанных по всему земному шару. Наблюдения ведутся постоянно, но сеть эта прежде не давала никаких сведений о радиации, которая необходима растениям. Никто этим не занимался. В основном потому, что не было необходимых приборов. Вот этим сложным делом и занялись Росс и его сотрудники.
Конечно, вначале физики оставались физиками. И посев они воспринимали весьма абстрактно: как оптически однородную среду, рассеивающую солнечные лучи. Ученых прежде всего интересовал баланс лучистой энергии: сколько ее поглотили растения. Но вскоре физикам этого показалось мало.
Под палящими лучами, вооруженные приборами, измеряли физики распределение радиации в посевах кукурузы, сорго, подсолнечника, хлопчатника, составляли и решали сложные дифференциальные уравнения. Вели исследования и все более убеждались в необходимости теснейшего союза с биологами.
Сколько солнца надо хлоропласту, листу, растению, посеву? Ответить на эти вопросы непросто. Вот что рассказал Росс:
— Подчас у растения вроде бы всего вдоволь, а чувствует оно себя неважно… Даем растению достаточное количество воды, удобрений сколько надо, а ему невмоготу. Повышаем дозу вносимых в почву удобрений, но урожай не увеличивается. Более того: растения становятся менее стойкими к болезням, или, скажем, может произойти их полегание. В чем дело? Достигнут предел урожайности? Нет. Просто водоснабжение и минеральное питание перестали быть ограничивающими факторами для фотосинтеза. И чаще всего теперь в этой роли выступает свет, его количество и качество. Вот здесь-то мы, физики, с нашим умением измерять радиацию и можем сказать свое слово…
Бескрайнее поле кукурузы. Или золотой ковер колышущихся на ветру пшеничных колосьев. Мы любуемся этой красотой, но нам, неспециалистам, совершенно невдомек, какие сложные процессы разыгрываются в глубинах этих посевов. Для ответа на тысячи вопросов, которые тут могут возникнуть, необходимо было создать специальные приборы, которые показывали бы, как вдоль стебля растения (по его высоте) изменяется количество поглощенной радиации, температура, влажность и другие характеристики, как меняется густота листвы.
Вскоре выяснилось, что глубины посева — это особый мир. Там, внутри растительного покрова, формируется свой микроклимат. Резко (к корням) уменьшается радиация, убывает скорость ветра. А температура и влажность воздуха повышаются. Поэтому листья соседних ярусов — этажей живут как бы в разных областях. Одни листья — в довольстве и комфорте, другие — в угнетенном стрессовом состоянии.
Параллели и меридианы листа. На многие связанные с ориентацией листьев «почему» и «отчего» ответили совместные исследования физиков и биологов.
Количество уловленного света зависит от содержания хлоропластов, но в среднем лист может поглотить примерно до 90 процентов падающего на него излучения. Допустим теперь, что все листья растения расположены горизонтально, параллельно поверхности земли. Беда! Это значит, что через первый слой листьев вниз прорвется лишь 10 процентов от падающего на растение света. В третий слой листвы уже попадет 10 процентов от 10, то есть 1 процент. И так далее!
Таким образом, при строго горизонтальном положении листьев свет ослабляется очень быстро. И в нижних этажах посева образуется, как говорят физиологи растений, «зона светового голода». Нижние листья практически не будут участвовать в фотосинтезе. Они станут для растений бременем, обузой. Такие листья быстро постареют, пожелтеют (это в самом-то разгаре лета!) и опадут.
Теперь рассмотрим другой предельный случай. Пусть все листья у растения примут вертикальное положение. Тогда, к сожалению, ситуация тоже не будет слишком радостной. Здесь свет как бы заскользит по листьям, от «макушки» растения до его «пят», и хотя все оно оказывается освещенным, каждый лист получает излучение в микроскопических дозах.
Но, понятно, растения со строго горизонтальной или строго вертикальной листвой — это все не самые лучшие образцы. Больше пользы растениям приносит иная структура: верхние листья пропускают достаточно света, нижние — его полностью поглощают. Это оптимум. О нем мечтают селекционеры.
А еще мы забыли упомянуть одну очень важную характеристику: общее число листьев на растении. Если растения занимают гектар земной поверхности, то площадь их листьев гораздо больше — 3–4, а то и все 10 гектаров. А площадь листьев всех растений земного шара (кто-то уже и это подсчитал) равна поверхности планеты-гиганта Юпитера.
Ученые говорят об индексе листовой поверхности, сокращенно ИЛП. Эта величина представляет собой отношения суммарной поверхности листьев растения к занимаемой им площади почвы. Например, если ИЛП равен 5, то на 1 квадратном метре находится 5 квадратных метров листовой поверхности.
Казалось бы, чем больше ИЛП, тем лучше для растения: больше солнца оно захватит! Однако каждая растительная культура имеет свой, видимо, оптимальный индивидуальный ИЛП. У клевера он равен 4, у пшеницы около 7. Так появился еще один параметр в сложных расчетах, которые вели физики, стремясь построить модель оптимального посева.
В тенистых, бедных солнцем местах листья редко мешают друг другу — они чуть ли не с математической точностью размещены на растении так, чтобы каждый имел доступ к лучам. Располагаются они на стебле по спирали, и если сосчитать число витков от верхнего листа до следующего, занимающего то же положение по вертикали, получим ровно три витка. А теперь сосчитаем число листьев на этих трех витках, исключив один из двух, находящихся на одной вертикальной оси: сумма будет равна восьми…
Математика проявляет себя в зеленом царстве на каждом шагу. На это обращали внимание многие исследователи, среди них был и замечательный советский ботаник Владимир Мартынович Арциховский.
Арциховский (1876–1931) родился в Житомире в семье почтового служащего. Закончив с медалью гимназию, поступил на физико-математический факультет Московского университета, в студенческом кружке изучал сочинения Карла Маркса, за что, как неблагонадежный элемент, в 1896 году был выслан из Москвы. Перешел учиться в Петербургский университет и вновь попал в опалу: за предоставление своей комнаты под нелегальное собрание рабочих был арестован и около года провел в доме предварительного заключения. Однако страсть к науке не позволила Арциховскому пополнить ряды революционеров. В 1906 году он с блеском защитил диссертацию «О карликовых формах Fucus vesiculosus в связи с вопросом дегенерации» и получил ученую степень магистра ботаники.
Круг научных интересов Арциховского был необычайно широк. Он открыл явление филонекроза. Первым проследил на примере водорослей (собирал их на островах Балтийского моря, работал в гербариях Стокгольма, Копенгагена, Киля, Неаполя и других городов Европы), как при изменении внешних условий, проявляющих себя, в частности, в загрязнении морской воды, происходит постепенное вырождение растений. Все это было сделано задолго до введения в науку слова «стресс», до экологических бед, обрушившихся на нашу планету.
Арциховский разработал метод культивации растений без почвы и воды, в воздушной среде. Аэропонику сейчас взяли на вооружение те, кто готовит космонавтов к длительным полетам. Опубликовал несколько исследований, посвященных поиску хлорофилла на Марсе и других планетах. Хорошо владея математическим аппаратом, Арциховский оставил потомкам и ряд оригинальных ботанико-математических работ. Вот как, к примеру, начинается его статья «Листорасположение, ряд Фибоначчи и сосудисто-волокнистые пучки»:
«Пифагорейцы учили, что число управляет миром. Числу в их мистическом мировоззрении приписывалась особая, тоже мистическая, роль. И в самом деле, во многих случаях и явлениях природы мы наблюдаем какую-то странную роль числа. Я остановлюсь на одном примере, наиболее близком ботаникам — на листорасположении. Формулы эти, как известно, образуют правильный математический ряд:
1/2, 1/3, 2/5, 3/8, 5/13, 8/21, 13/34, и т. д.
В этом ряду и числители и знаменатели дробей следуют определенному закону: сложив числители двух последовательных дробей между собою, мы получаем числитель следующей дроби. Сложив точно так же два последовательных знаменателя, мы получим знаменатель следующей дроби; числители и знаменатели этого ряда дробей образуют правильный ряд, именуемый рядом Фибоначчи…»
Эту любопытную работу Арциховский заканчивает неожиданным выводом. «Когда говорят о законах размножения, — пишет он, — обыкновенно приводят геометрическую прогрессию, о которой говорили, конечно, и до Мальтуса, но популярность которой дал именно Мальтус. На самом деле, только для такого случая, как размножение бактерий, закон геометрической прогрессии имеет непосредственное место. Для других случаев дело обстоит гораздо сложнее». И далее: «Геометрическая прогрессия должна быть одним из частных случаев этих рядов из семейства Фибоначчи».
Таким образом, Арциховский указывал на большую неопределенность взглядов и выводов Мальтуса.
Растение — это прежде всего лист, ибо в нем совершаются таинства наиважнейшего для растений процесса — фотосинтеза. Так считал Тимирязев. Ему вторили исследователи более поздних поколений. И делали практические выводы: полагали, что развитие площади листвы — главный козырь в борьбе за высокие урожаи. Хочешь, чтоб поле давало больше — увеличивай количество листьев в растении!
Эти лозунги бытовали в практике еще два-три десятка лет назад. И агрономы действительно боролись за посевы с площадью листвы 40–50 тысяч квадратных метров на гектар (индекс листовой поверхности 4–5) и брали обязательства в будущем добиться 50–60 тысяч. А ученые? Они разрабатывали всевозможные методики, позволяющие определять площадь листьев.
Очертания листовой пластинки, узоры краев листа — все это кажется созданием неистовой фантазии художника. Зачем природе такое богатство? Она не может ограничиться однообразными листовыми пластинками, скажем, преимущественно в форме садовой лопаты или ракетки для игры в пинг-понг по многим причинам. Одна из них та, что в лесу, например, особые фасоны листьев, колеблемых случайными ветерками, пролагают свету дорогу к нижним ярусам листвы сквозь мгновенно образующиеся и тут же исчезающие «световоды». Не для того ли дрожат листья осины?..
Как определить площадь отдельного листа? Как учесть все хитрости его графических построений?
…Распластанный на белой бумаге, зеленый лист как бы демонстрирует мне свою беззащитность и диковинные чары своих затейливых контуров, а кандидат биологических наук старший научный сотрудник Института биологии Казанского филиала АН СССР Юлия Евгеньевна Андрианова, взяв в руки карандаш, быстро фиксирует его силуэт, затем вырезает ножницами листовой «профиль» и кладет его на весы.
— Это один из способов обмера площади листьев, — поясняет Юлия Евгеньевна. — Прежде так пытались предугадывать урожай, но ныне взгляды круто меняются. Теперь важнейшим показателем продуктивности считается содержание в растении хлорофилла. И правильнее определять не площадь листвы, а хлорофилловый индекс, выражающийся в килограммах хлорофилла на гектар посева.
…В 50-х годах молодой исследователь, теперь академик, директор Института биологии Игорь Анатольевич Тарчевский, став аспирантом кафедры физиологии растений славного научными традициями Казанского университета, выбрал нелегкую тему «фотосинтез и засуха». Создавая растениям стрессовые условия (нехватка воды, высокие и низкие температуры, недостаточная освещенность) и используя впервые в Казани метод радиоактивных изотопов, ученый установил факт фундаментального значения. Растения в ответ на стресс давали стереотипный отклик, их реакция была неспецифической и не зависела от характера используемого стрессора. Наиболее чувствительным к стрессу оказался процесс фотосинтеза.
— Чем бы вы растительную клетку ни «стукнули по голове», — шутит в разговоре со мной Тарчевский, — у нее, вопреки распространенным житейским представлениям, не «искры начинают сыпаться из глаз», а наступает, так сказать, фаза «кромешной тьмы»: фотосинтез сворачивает с магистральной дороги, переходит на идущий без света процесс синтеза важнейших для биоэнергетики молекул аденозинтрифосфорной кислоты…
Занимаясь изучением стресса (руководимый им коллектив ученых быстро рос: группа, лаборатория, кафедра, потом целый институт), Тарчевский как побочный продукт исследований неожиданно получил важный для практики результат. Газообмен в зеленом листе (поглощение углекислоты, выделение кислорода) исстари привычно было определять, ориентируясь на площадь листьев (вспомним про индекс листовой поверхности!), а химизм идущих при фотосинтезе реакций естественно было, что и делали, изучая стресс, Тарчевский и его сотрудники, рассчитывать на единицу содержащегося в листе хлорофилла.
Получался «методический разнобой». И возникла необходимость как-то привести обработку экспериментальных данных к общему знаменателю. Какому? Тут-то мысль и заработала. А правильно ли поступают, когда судят об урожае, ориентируясь на площадь листвы? Ведь она может оставаться одной и той же, а количество хлорофилла в листьях, а значит, и интенсивность фотосинтеза и других процессов будут меняться!
Поделиться книгой: