Помоги проекту - поделись книгой:
Гипотеза Тарчевского о зависимости продуктивности растений в первую очередь от количества содержащегося в них хлорофилла была отчетливо сформулирована в 1972 году. Мнение это поначалу встретили с недоверием: уж слишком резко расходилось оно с традиционными представлениями. Однако такой прием не смутил Тарчевского, и он начал большую серию экспериментов по разработке хлорофилльного метода оценки урожайности. Были заключены договоры о совместной работе с НИИ сельского хозяйства Татарии, Саратовщины и Ставрополья. На обширных полях, на десятках культур — озимые и яровые рожь и пшеница, горох, просо, ячмень, картофель, в различных климатических зонах, всячески варьируя условия жизни растений, многие месяцы велся учет связи между содержанием в растениях хлорофилла и продуктивностью исследуемых культур. Результаты были положительны, и с 1980 года эта большая работа — «Пигменты и урожай» уже шла по заданию Государственного комитета по науке и технике.
И вновь исследователей ждал сюрприз. Обнаружилось: чтобы уверенно судить об урожае, необходимо учитывать содержание хлорофилла и других пигментов (каротиноидов, к примеру, они подпитывают хлорофилл энергией, защищают зеленый пигмент от повреждений) не только в листьях, что было бы естественно, но и в стеблях, колосьях — словом, во всех надземных органах растений. (Если в фазе кущения пшеницы весь хлорофилл находится в листьях, то при формировании зерна в листьях остается лишь одна десятая часть его, а около 80 процентов сосредоточивается в стеблях.)
— Практики, особенно в южных краях, давно должны были бы прийти к подобным заключениям, — рассказывает Тарчевский. — Представьте, что на пшеничное поле обрушился суховей. Высокие температуры, обжигающий ветер изуродовали растения: пожелтели и перестали функционировать листья, они погибли, и вести их обмер — занятие бесполезное. Но, на удивление, зерновые не только выстояли, более того, их урожайность (сухой вес зерен) все еще продолжает расти! Почему? Да потому, что фотосинтез может идти не только в листьях. На срезанном комбайном краю поля можно наблюдать любопытную картину — безжизненно повисли листья, но все еще зеленоваты содержащие хлорофилл стебли и колосья.
И не обученный агрономическим тонкостям крестьянин интуитивно чувствует разницу между растением с бледно-зелеными и темно-зелеными листьями, — продолжает Тарчевский. — Даже на глаз можно судить, как формируется урожай, однако сейчас, в век ЭВМ и аэрокосмических измерений, качественные суждения нас уже не могут удовлетворить. Точные цифры необходимы и для изучения отклика растений на те или иные агроприемы. Вносим, скажем, по инструкции в почву удобрения. Сыпать дальше или остановиться?
Ответ может дать хлорофилльный анализ. Он поможет и селекционерам. Допустим, опробываются два перспективных сорта. Они дали одинаковый урожай, но в растениях одного из них хлорофилла больше. Это значит, что потенциальные возможности сорта выше и он в более благоприятных условиях сможет проявить все свои замечательные качества. С таким сортом стоит работать дальше…
Казанские исследователи не только вооружили сельское хозяйство ценной теорией, они взялись и за разработку простейших, доступных широкому кругу полеводов средств для экспресс-анализа содержания в растениях хлорофилла. Мне показали длинный ряд флаконов, в них были разлиты жидкости всех оттенков зеленого. Только натренированный и изощренный глаз живописца смог бы различить все эти нюансы тонов — от бледно-зеленого до густого изумрудного! А агроном? Ему достаточно сорвать в поле с растения лист или колосок и затем, прикладывая исследуемый образчик к флаконам, найти среди них сходный по цвету. И тем самым — есть поясняющие надписи на флаконах — оперативно оценить концентрацию хлорофилла.
Это если обследуемый участок растительности невелик, скажем, делянка селекционера. А можно ли судить об урожайности области, края, региона? Как подступиться к столь грандиозной задаче? Методами аэрокосмической съемки! Анализ хлорофилльных спектров поможет оценить потенциал будущего урожая.
Из космоса виднее!
В той нелегкой работе, которую вели эстонские физики, принимал участие и физик-теоретик доктор биологических наук Агу Хейнович Лайск. Мне довелось дважды бывать в Тыравере. Полюбил этот небольшой городок ученых, много бродил по его живописным окрестностям. Наблюдал, как ведутся эксперименты в лабораториях ИАФА, вел частые и долгие беседы с Агу (эстонцы зовут друг друга просто по имени).
— Вначале наши исследования носили чисто статистический характер, — вспоминал он те годы, когда еще молодым человеком начинал под руководством Росса свою научную карьеру. — Данные по растениям, листьям, фотосинтезу должны были поставлять нам биологи. Однако аппаратура у них была неважная. По полчаса уходило на то, чтобы снять всего одну кривую зависимости продуктивности листа от освещенности. А подобных кривых (в игру вступали концентрация углекислого газа, влажность воздуха, температура и так далее) требовалось великое множество. Литература же по этим вопросам была отрывочна, случайна и скудна. Вот тогда и родилась мысль: эти данные — прямо в поле! — добывать самим. Сконструировали аппаратуру, стали копить факты…
Лет пятнадцать назад, — продолжал Лайск свой рассказ, — случай резко изменил направление моих научных поисков. Летом мы работали на селекционной станции: снимали характеристики листьев кукурузы. Привезли обед. Кормили строго по графику — пришлось прерваться. Мы оставили высокую интенсивность света, облучавшего лист, и ушли. Через час нас поджидал сюрприз: кривые, характерные для листьев нижнего яруса, превратились в кривые, характерные для листьев верхнего яруса! Тогда-то я и осознал отчетливо, что все те деления, классификации, которых мы придерживались, были весьма условны. Лист очень гибко приноравливается к новым условиям.
Захотелось понять, каковы пружины и возможности этой адаптации, как, в сущности, функционирует зеленый лист, как реагирует на изменение внешних условий. Я резко изменил курс: отошел от математического моделирования процессов продуктивности посевов и ринулся в совершенно новую для меня область, стал изучать отдельный лист растения. Но если бы я был тогда знаком со всем обилием литературы, с дьявольским коварством и сложностью биологических объектов, я бы за это дело, пожалуй, не взялся: духу бы не хватило!..
В истории науки высшие растения часто служили объектами фундаментальных исследований. Грегор Мендель (1822–1884) — основоположник учения о наследственности, работал с горохом. Первый фермент в чистой кристаллической форме был выделен из бобов, а первый вирус — из листьев табака. Это сделал русский ученый Дмитрий Иосифович Ивановский (1864–1920).
С углублением фронта научных исследований, с выходом их на молекулярно-биохимический уровень экспериментаторы стали предпочитать более простые объекты — водоросли, бактерии и даже изолированные органеллы клетки, например, хлоропласты.
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…
Нет, это был совсем не пикник. Приборы включали в 9 утра, а выключали в 11 вечера. Но часто, ложась, не могли заснуть: в голову лезли мысли о том, правильна ли идея, как завтра продолжать эксперименты, что значит тот загадочный изгиб на кривой?
Сезон научной «охоты» на исходе, еще какие-нибудь десять дней до осени, пора уезжать, надо торопиться. И это тогда, когда проблема только начала по-настоящему вырисовываться.
Физики — люди ясного и точного мышления, с более сдержанными эмоциями в отличие, скажем, от биологов. Как они относились к окружавшей их природной роскоши заповедника? Ощущали ее как красоту или, может, как досадную помеху? Как переносили свою добровольную «робинзонаду»? Ведь надо было самим готовить себе пищу, стирать. Скучали ли по близким? У Лайска в Тарту остались два маленьких сына…
Да, нелегко было выдержать подобное трехмесячное испытание. Но, видно, этот своеобразный подвиг был необходим: физики несколько сезонов повторяли свои поездки.
Да, сезонная работа — нелегкая вещь! И вновь утром — в фургон, в котором днем температура могла подняться до тридцатиградусной отметки.
Вот только что срезанный лист вставлен в камеру-прищепку. И начинается эксперимент, длящийся три-четыре часа.
В день успевали обработать лишь один-два листа: много времени уходило на анализ кривых, показания с лент тут же обрабатывали на небольшой ЭВМ. Потом осмысление данных, обсуждение того, куда идти дальше, что предпринять завтра со свежими силами. Так и получалось, что за сезон обрабатывали не больше сотни листьев.
Результаты каждого опыта: кривые по влиянию на продуктивность (количество ассимилированного углекислого газа) интенсивности света, температуры и так далее собирали в отдельный конверт. Ныне, рассказывал Лайск, таких конвертов накопилось уже 560.
Препятствий было немало. На Пухту вроде бы было очень удобно: рядом продовольственный магазин, недалеко море. Но, увы! Днем к сети на ближайшей сельскохозяйственной ферме подключались какие-то мощные агрегаты. Напряжение сразу падало на 120 вольт! Вот и приходилось долгое время работать по ночам!
Много хлопот доставляла и аппаратура. Нужно было собрать свои оригинальные приборы, ибо стандартные образцы не годились. Почти все было сконструировано, собрано, переделано руками Вэло Оя. Психрометры, измеряющие влажность воздуха. Газоанализаторы. С ними было больше всего мучений. Промышленные аппараты имели чувствительность шкалы раз в десять грубее, чем требовалось. А надо было измерять примеси углекислоты с точностью до 0,005 процента! Биологи бы со всем этим не справились. Тут преимущество физика-экспериментатора, не боящегося приборов и измерений, хотя бы и самых тонких, было очевидно.
Лист заботливо термостатировали. Температуру — ее измеряли с помощью особой термоиглы — держали с точностью до градуса. В камеру подавали газовую смесь, ингредиенты которой подбирали по заранее составленным рецептам. Эту газовую «смесь» на выходе из камеры анализировали: так можно было узнать, сколько углерода поглотил лист. О диффузионном сопротивлении устьиц листа судили по транспирации — количеству влаги, которое выделял лист.
Путь углекислого газа в листе долог. Устьица, затем поры межклетника, потом узкие (диаметром до 10–5 сантиметра) поры в мембранах отдельных клеток мезофилла, наконец диффузионное сопротивление плазмы клетки на пути к хлоропластам. Оценить количественно все звенья этой долгой и сложной цепи в поисках лимитирующей стадии было не так-то просто.
— Приступая к работе, — рассказывал мне Лайск, — мы с Вэло задались на первый взгляд простым вопросом: что определяет интенсивность фотосинтеза растений? Какая из его многочисленных стадий? Но вскоре стало понятно, что ответить на этот вопрос всеобъемлюще нам не под силу и только сужение проблемы может гарантировать успех. И тогда сложное гибкое живое создание — зеленый лист мы начали в наших исследованиях рассматривать как систему химических реакций, связанных с внешним миром посредством диффузионного процесса. От растения остался только «скелет». Но этот «химический скелет» фотосинтеза стал понятным. Достоинством простых моделей является как раз то, что они дают прочную основу для разумной фантазии и при наличии дополнительной информации позволяют реставрировать строение всего организма…
Результаты работы Лайска и Оя были значительны: теперь уже можно было модель листа усложнять, детализировать, вносить биохимические и иные тонкости. Сам же Лайск и его коллеги (коллектив исследователей начал расти), все больше проникаясь значительностью предмета своих исследований, все больше очаровываясь тайнами зеленого листа, созрели для того, чтобы взяться за одну из самых новейших и сложных проблем фотосинтеза — проблему фотодыхания.
Глава 4
Растения-динозавры?
Изучай все не из тщеславия,
А ради практической пользы.
В 1492 году Христофор Колумб открыл Америку.
Путь был долгим и трудным. Бунтовали матросы, грозили расправой: их страшило это путешествие к краю Земли. Колумб терпеливо объяснял: Земля — шар, не имеет конца. Ему возражали: тогда вода океанов должна была бы стечь… и антиподы ходили бы вверх ногами…
Но вот 12 октября показалась суша… Колумб (он был уверен, что достиг Индии) первым ступил на берег, опустился на колени и поцеловал незнакомую землю…
Пять столетий прошло: сколько географических и иных открытий было сделано за это время! Слова «открывать Америку», как и «изобретать велосипед», стали нарицательными. Бытует негласное мнение: крупные находки в науке — заслуги ученых прошлого, мы, дескать, лишь довершатели славных дел. Однако и в наши дни есть еще что открывать. Начинаем рассказ про фотодыхание растений — большое, без преувеличений, достижение ученых, занимающихся изучением фотосинтеза.
Колумб открыл для Европы не только Америку, но и кукурузу (впервые он увидал ее у жителей острова Куба). И это открытие, как мы скоро убедимся, имело большие научные последствия.
Кукуруза — древнейшее культурное растение Америки. В могильниках инков сохранились початки и семена кукурузы так же, как дошли до нас зерна пшеницы, ячменя и проса, укрытые в египетских пирамидах.
В Мексике богине Цинтли (ее имя происходит от названия кукурузы) приносили в жертву первый урожай этой культуры. Девы Солнца в Куско (столица древнего государства инков, расположена на территории Перу) изготовляли из кукурузы жертвенный хлеб. Тлалок — бог кукурузы у ацтеков — был также богом плодородия, дождя и урожая. Изображениями кукурузы были покрыты стены храмов, а метелки, початки и пыльца этого растения использовались при отправлении религиозных обрядов.
Но даже в Америке — а ее территория давно уже детально обследована ботаниками — происхождение кукурузы окутано тайной. Дикие формы кукурузы неизвестны. Зерна культурных сортов кукурузы прочно прикреплены к початку, закрытому плотной оберткой. Это, естественно, препятствует рассеиванию семян и размножению растения. Ветер, птицы или другие природные сеятели не могут помочь кукурузе. Предоставленная самой себе, кукуруза погибла бы на полях. Так что будущее кукурузы связано с будущим человечества. Если люди на планете вымрут, в течение трех вегетационных периодов исчезнет и кукуруза.
Таинственна и феноменальна продуктивность этой культуры. Ведь есть ее сорта, в початках которых насчитывается до 1000 зерен. Сам-тысяча!
«Зеленый богатырь», «королева полей», «чемпион кормовых» — все эти пышные титулы относятся к кукурузе. И заслуженно! Пройдите в конце лета между рядками кукурузного поля, покажется, что вы попали в джунгли. Со всех сторон вас будут окружать высокие (до 5 метров) стебли с мощными листьями, которые достигают метровой длины и заполняют все свободное пространство между растениями. Кукуруза — лучшая фуражная культура, ее можно собирать по 100 центнеров с гектара. Ячмень, овес дают в три раза меньше.
За время, прошедшее со дня открытия Америки, кукуруза распространилась по всему белому свету. Во времена Колумба она покорила Европу, но долгое время этот злак оставался не более чем курьезом: европейцам просто не нравился его вкус; в XVI веке проникла в Африку, Китай, Индию, в XVII столетии добралась и до России. Правда, в нашей холодной стране долгое время дальше Тулы не поднималась.
Однако наибольшее распространение кукуруза получила среди фермеров США. Там она стала сельскохозяйственной культурой номер один. В кукурузном поясе Соединенных Штатов собирается половина всей производящейся в мире кукурузы, что приносит американской казне (экспорт в другие страны) 5 миллиардов долларов дохода.
Ныне по площади, как утверждают специалисты, кукуруза занимает третье место среди всех возделываемых культур земного шара, пропустив вперед только пшеницу и рис. Дело, говорят, попахивает уже и вторым. Валовой сбор кукурузы приближается к валовому сбору пшеницы, а по посевным площадям кукуруза близка к рису.
Отношение к кукурузе у нас в стране менялось много раз: ее то превозносили до небес, то предавали незаслуженному забвению. Это растение то входило в моду, и не было более восторженных эпитетов, чем те, которыми награждалась кукуруза (в наше время из кукурузы можно изготовить до 150 технических и продовольственных продуктов), то оно теряло всех своих поклонников. И причины тут, конечно, не в самой кукурузе. Недостаточное знание ее биологических особенностей, слабая техническая оснащенность кукурузоводческих хозяйств не позволяли использовать богатый потенциал этой культуры.
Но в последнее десятилетие ею вновь очень заинтересовались ученые: появилась вроде бы реальная возможность объяснить высокую продуктивность фотосинтеза у кукурузы.
Сочетание использования радиоактивных изотопов углерода с хроматографией и другими методами химического анализа дало возможность группе американских ученых из Калифорнийского университета — ее в послевоенные годы возглавил Мелвин Калвин — проследить «путь углерода в фотосинтезе»: установить, как в листьях растений углекислый газ в конечном итоге преобразуется в углеводы. Теперь все это уже стало историей науки. И известно как углеродный цикл, или цикл регенерации рибулозодифосфата, или же совсем просто: как цикл Калвина. Этот ученый в 1961 году стал первым, и пока последним, нобелевским лауреатом среди изучающих фотосинтез.
Характерная особенность цикла Калвина в том, что здесь углекислота, меченная радиоактивным углеродом, прежде всего присоединяется к молекулам, содержащим три атома углерода: фосфоглицериновой кислоте и фосфоглицериновому альдегиду. Продолжая эти исследования, в 1960 году молодой и тогда еще мало кому известный советский ученый Юрий Соломонович Карпилов сделал важное открытие. Изучая пути поглощения углекислого газа кукурузой, Карпилов показал, что у этого древнего растения процесс фотосинтеза идет своеобычно, вопреки правилам.
Кукуруза отказывалась подчиняться законам цикла Калвина. Радиоуглеродная метка «застревала» не в трех-, а в четырехуглеродных молекулах — щавелевоуксусной, яблочной и аспарагиновой кислотах. Так открытие казанского ученого разделило растения на два клана: C3-растения, так сказать, трехуглеродные (C, как известно, — химический символ углерода) и C4-растения четырехуглеродные.
Карпилов опубликовал свои результаты в ученых трудах Казанского сельскохозяйственного института. Научного издания, понятно, не из самых читаемых. Эти публикации не привлекли к себе тогда большого внимания, хотя в науке о фотосинтезе то был крупный шаг вперед. Однако вскоре ученые (1965–1967 годы) прибавили к семейству C4-растений и лебеду, и росичку, и сахарный тростник, и сорго, и другие злаковые растения, в основном тропического и субтропического происхождения, около 500 видов из 13 родов. И наконец австралийцы Маршалл Хетч и Конрад Слэк, подытожив подобные исследования, отчетливо показали, что кукуруза и подобные ей растения C4-группы владеют секретом высокоэффективного усвоения углерода. В отличие от C3-растений, «исповедующих» цикл Калвина.
Вот конкретные цифры. Кукуруза, сахарный тростник и другие представители C4-растений способны усвоить в час каждым квадратным дециметром своей листвы 80–100 миллиграммов углекислого газа. А C3-растения — шпинат, овес, сахарная свекла и другие — лишь 30–50 миллиграммов. Примерно в два раза меньше!
В 1955 году канадский исследователь Джон Деккер обнаружил еще один, особенный процесс дыхания растений на свету, который получил позднее название фотодыхания. Так досье «фотосинтез» пополнилось новыми данными, которые поначалу только запутывали и сбивали с толку исследователей. В самом деле, каков смысл фотодыхания, если на свету растение в основном все же больше поглощает углекислоту, чем выделяет ее?
Поделиться книгой: