бщества и классиком науки; незадолго до смерти издал вторую, не менее знаменитую, чем первая, книгу «Дыхание растений».
Оставив Вену, Ингенхауз уединился летом 1779 года в деревне близ Лондона. «Лондонский туман сгущает не только воздух, но и мысль», — отшучивался он позднее. Снял парик, парадные башмаки, убрал дорогой камзол и с лихорадочной поспешностью принялся за работу. С рассвета до поздней ночи. Многие сотни (до 500 за лето!) опытов, без отдыха и перерывов.
Видимо, основная идея уже крепко сидела в голове Ингенхауза. Блестящую догадку — хорошо, что она пока еще не пришла на ум другому, — необходимо было подтвердить экспериментально (теорему сначала угадывают, затем доказывают). И сделать это не тяп-ляп, а методически безупречно.
…Вот Ингенхауз поместил ветку элодеи, ее часто разводят в аквариумах, под воду, прикрыв опрокинутой воронкой, а на шейку воронки надел пробирку. На солнечном свету из растения сквозь воду в пробирку устремились пузырьки газа. Ингенхауз сунул в пробирку тлеющую лучину: она ярко вспыхнула. Да, растения выделяют чистейший кислород…
Десятки раз, в разных вариантах и сочетаниях повторяет ученый свои опыты. Сомнений нет: растения очищают воздух только на свету, и лишь зелеными своими частями (незеленые части: одревеснелые побеги, свежесрезанные кусочки корней газовых пузырьков не выделяли) — вот основной вывод Ингенхауза, поставивший все на свои места.
Покончив со своими бесчисленными опытами, Ингенхауз тотчас сел за книгу «Опыты на растениях, раскрывающие их великую способность очищать обычный воздух на солнечном свету и ухудшать его в тени и ночью». Она вышла в том же году и стала, выражаясь современным языком, научным бестселлером. Ее сразу же перевели с английского на французский, немецкий, а затем и на родной язык автора — голландский. Книга была написана ясно, живо, четко, последовательно, обсуждавшиеся в ней вопросы (удивительные тайны, которые хранят деревья, кусты, травы) были так интересны, что этот ученый трактат раскупали, словно то был модный роман.
Но вернемся к спору Пристли — Шееле. Тут Ингенхауз не обманывался. Он доказал: правы оба! И оба заблуждаются! Ведь Шееле работал ночами, при свете свечного огарка: и ничтожная фотосинтетическая деятельность растений маскировалась их дыханием, поэтому они больше портили воздух, чем очищали.
А опыты Пристли в саду, при ярком свете? И здесь Ингенхауз внес ясность. Он пробовал добывать кислород из зеленых ветвей в жаркий полдень. Пузырьков в пробирке почти не было! Значит?.. Значит, слишком яркий свет (подробно об этом будет рассказано в главе 4), как и полумрак, неблагоприятно влияет на очищение воздуха растениями.
Опустим важные научные подробности: как было доказано, сделал это швейцарец Жан Сенебье (1742–1809), что «хлебом насущным» для всех растений служит углекислый газ, как отчасти было восстановлено (стараниями швейцарца же Никола Соссюра, 1767–1845) мнение Гельмонта: оказалось, что часть необходимых ему веществ, водород, растение все-таки берет из воды. Остановимся еще только на вопросе о роли лучей Солнца. Каково их истинное назначение.
Ответ на этот вопрос дал Юлиус Майер.
Майер (1814–1878) — немецкий врач, физиолог и физик, сын аптекаря. Медицина (практика в парижских клиниках) его не прельщала, он нанялся врачом (здесь было мало дел и можно было всласть поразмышлять) на судно, идущее на Яву. В тропиках заметил изменение цвета крови у своих пациентов (темная венозная кровь человека, попавшего из умеренного климата в тропики, становится почти столь же красной, как и артериальная). Пришел к выводу: существует связь между потреблением пищи и образованием тепла в живом организме — идея закона сохранения энергии была им схвачена! Опередив Джоуля и Гельмгольца, стал писать статьи, но его богатые идеи не были оценены. Споры о приоритете, научная травля, многие просто отрицали открытый Майером закон, смерть двух детей привели к тому, что в 1850 году он пытался покончить с жизнью: выбросился из окна с четвертого этажа, но и тут потерпел неудачу, остался хромым на всю жизнь. При подстрекательстве родственников в здравом уме был помещен в психиатрическую лечебницу, ему приписали манию величия, где его пытались излечить (врачи врача!) от необычных взглядов на мир, применяя жестокие и примитивные меры лечения. Сломленный жил после этого так тихо и уединенно, что многие считали его давно умершим, публично говорили и писали об этом. Признание и слава пришли слишком поздно, к концу жизни, когда у него в них уже не было особой нужды.
…Майер на корабле «Ява» приближался к Индонезии. Густой, пряный океан тропической растительности, этот буйный разгул зеленой стихии поразил воображение вчерашнего студента. Что происходит с лучом света, упавшим на зеленый лист? Он же не может исчезнуть там бесследно? Вновь и вновь на ум приходит то, о чем он размышлял все последние годы.
В 1845 году в работе «Органическое движение в его связи с обменом веществ» ученый подвел итоги своим долгим раздумьям, сформулировав закон сохранения энергии. Не забыл Майер зеленый лист и солнечные лучи. Он писал: «Природа поставила себе задачей перехватить на лету притекающий на Землю свет и превратить эту подвижнейшую из сил в твердую форму, сложив ее в запас. Для достижения этой цели она покрыла земную кору организмами, которые, живя, поглощают солнечный свет… Этими организмами являются растения…»
Вот, оказывается, каково предназначение растений: превращать энергию солнечного луча в иную форму энергии — химическую, запасенную (пища зверей, человека, микробов) в листьях кустарников и трав, стеблях, стволах деревьев.
Теперь наконец мы готовы к точным формулировкам.
hν + CO2 + H2O C(H2O) + O2
Вот оно, это внешне простенькое суммарное уравнение фотосинтеза, отражающее усилия многих поколений ученых. Стрелка, указывающая вправо — подобными символами химики обычно обозначают направление хода реакции, — показывает, как растения запасают солнечную энергию, как в зеленом листе под воздействием световых квантов (hν) углекислота (CO2) и вода (H2O) преобразуются в углеводы C(H2O) и кислород (O2). Это и есть собственно фотосинтез. Стрелка, указывающая влево, говорит о том, что может идти и обратный процесс — дыхание. Оно осуществляется в клетках животных и человека. Вместе фотосинтез и дыхание образуют замкнутый круг или Великий Цикл. А движет этот цикл, запускает его космический источник энергии — Солнце, его лучи.
Какая поразительная картина открылась глазам ученых! Как ладно подогнано все в этом мире! Оказывается, углекислый газ, кислород и лучи Солнца — вот ключи к вечной молодости всего сущего на нашей планете. Великий Цикл. Ежегодно зеленый покров Земли запасает миллиарды тонн углерода (из углекислого газа атмосферы) и освобождает миллиарды тонн живительного кислорода. Им дышит все живое, оно же перерабатывает кислород снова в углекислый газ — пищу растений. И эта карусель жизни (с настоящими — не из фанеры! — лошадьми, верблюдами, жирафами) ежегодно совершает свой круговорот.
Глава 2Сказ о зеленом головастике
На далекой звезде Венере
Солнце пламенней и золотистей,
На Венере, ах, на Венере
У деревьев синие листья…
«Почему и зачем растение зелено?» — так называлась одна из работ Климента Аркадьевича Тимирязева (1843–1920), посвятившего всю свою жизнь изучению фотосинтеза. Немало лет прошло с тех пор, одержаны замечательные научные победы, разработана невиданная для тех времен, облегчающая исследования научная аппаратура. А дать исчерпывающий ответ на этот, казалось бы, простой вопрос наука все еще не может…
Голландец Антони ван Левенгук (1632–1723) не был ученым в строгом, нынешнем смысле этого слова. Занимался торговлей (мануфактура и галантерея), а свой досуг использовал для шлифовки оптических стекол. В деле этом достиг он такого совершенства, что изготовленные им линзы, которые он вставлял в металлические держатели с прикрепленной к ним иглой для насаживания объекта наблюдения, давали 150–300-кратные увеличения.
Так, в 1674 году Левенгук смастерил первые образцы микроскопа. И тут страсть разглядывать скрытую дотоле от глаз человека часть Вселенной всецело овладела голландским купцом. А человек это был пытливый и неугомонный. Все, что попадалось ему под руку, Левенгук тут же тащил к микроскопу. И волос, и крылышко мухи, и кусочек ткани, и бумагу, и капельку дождевой воды… Свои наблюдения-открытия Левенгук описывал в научных статьях-письмах, посылая их в Лондонское Королевское общество, членом которого стал с 1680 года.
Естественно, Левенгук не прошел мимо зеленого листа. В растительной ткани, ее клеточках, он разглядел крохотные зеленые скопления частиц. В 1698 году, говорят, когда Левенгука посетил Петр Первый, голландец и русскому царю дал поглядеть через линзу на таинственные зеленые шарики…
Левенгук одним из первых наблюдал хлорофилл. Но получили его и, главное, дали ему имя французские химики Пьер Пельтье (1788–1842) и Жозеф Каванту (1795–1877). Именно они нарекли «листозелень» (словечко, придуманное Тимирязевым) хлорофиллом (от греческих «хлорос» — зеленый и «филлон» — лист).
Пельтье и Каванту были профессиональными фармацевтами, а значит, и химиками. Из листьев растений, из трав, коры деревьев, из корней они извлекали исцеляющие начала. Особенно прославило их открытие хинина: верного средства против малярии. Так, возясь с листьями, видимо, попутно, не придавая этому слишком большого значения, Пельтье и Каванту (в 1817 году они опубликовали «Заметку о зеленой материи листьев») и открыли хлорофилл.
Опыт с выделением хлорофилла прост и доступен каждому. Стоит залить свежие зеленые листья спиртом, и вы заметите, что спирт окрасится в зеленый цвет, а листья станут бесцветными. Эту нехитрую операцию и проделали Пельтье и Каванту. Но, кроме того, они промыли полученную полужидкую зеленую массу водой (удалив при этом водорастворимые примеси), а затем просушили ее и получили зеленый порошок.