А если вместо свечи под колпак поместить растение, что с ним будет? Учёные подозревали, что в процессе очищения воздуха участвуют растения. Но это ещё нужно доказать.
Несколько дней стояло в воде под колпаком растение и не только не увяло, но напротив – продолжало развиваться. Что же произойдёт, если теперь зажечь под колпаком свечу? Долго ли она будет гореть?
Огонёк светил долго, пока не сгорела вся свеча.
Что же произошло? По-видимому, воздух под колпаком в присутствии растения изменился. Свеча при горении насыщала его углекислым газом, который, надо думать, поглощало растение, выделяя необходимый для горения кислород.
Ну, а что, если под колпак с растением поместить не свечу, а живое существо – скажем, мышь? Как она себя будет чувствовать?
Учёный посадил мышь, прикрыл её колпаком и стал наблюдать. Мышь, по-видимому, не испытывала недостатка в кислороде. Она дышала, двигалась, жила, не проявляя ни малейшего неудовольствия.
Отлично! Значит, действительно зелёные растения поглощают углекислый газ и выделяют в воздух кислород.
Это было замечательное открытие. Оно показало, какую огромную роль играют в нашей жизни зелёные растения. Оно показало, что зелёный лист вовсе не бесполезный наряд, как думали раньше.
Учёные тщательно исследовали зелёный лист.
Зачем растению нужен углекислый газ, было известно давно. Углекислота содержит углерод, а углерод – важнейшая часть растения, его основа. Из углекислого газа в соединении с водой получаются углеводы: сахар, крахмал, клетчатка.
Предполагали, что углекислый газ впитывают из почвы корни.
Но это предположение оказалось неверным. Опыты показали, что этот газ добывают листья из воздуха. Он проходит через устьица, и через них же лист выделяет в воздух кислород.
Замечено было, что работает зелёный лист только на свету. Если света недостаточно или нет совсем, то растение не выделяет кислорода.
Но что при этом происходит в самом листе?
Учёные брали зелёный лист, накрывали его чёрной плотной бумагой. Чёрный цвет, как известно, поглощает все лучи солнечного спектра. А в одном или в нескольких местах бумаги делали отверстия, чтобы там солнечные лучи падали прямо на лист.
Через некоторое время учёные снимали чёрную бумагу и рассматривали лист под микроскопом. В тех местах, где его закрывала бумага, в хлорофилле не было никаких изменений. Но там, где через отверстия на лист падал луч солнца, появились бесцветные палочки и крупинки.
Тогда лист клали в спирт. Спирт становился ярко-изумрудным, а лист бесцветным. Его поливали раствором йода, и в тех местах, где были замечены крупинки, он становился тёмно-фиолетовым. Значит, крупинки эти не что иное, как крахмал. Только крахмал под воздействием раствора йода окрашивается в фиолетовый цвет.
Вспомните: крахмал появлялся лишь в местах, открытых для солнечных лучей. Там же, где чёрная бумага закрывала лист, крупинок крахмала не было. Значит, опыт доказывал, что крахмал в зелёном листе образуется только на свету.
Каким образом это происходит? Какие процессы совершаются в зелёном листе?
Раньше учёные предполагали, что в зелёном листе углекислый газ разлагается на кислород и углерод. Кислород уходит через устьица, а углерод, соединяясь с водой, которая всегда есть в клетках, образует нерастворимый крахмал, который затем легко превращается в растворимый сахар.
Однако новейшие исследования показали, что этот процесс происходит иначе. Хлорофилл направляет энергию солнечного луча не на углекислый газ, а на воду, находящуюся в клетках растения. Водород входит в соединение с углекислым газом, образуя углеводы. А кислород воды выделяется в воздух.
В первую очередь в листе образуется сахар. Он превращается в нерастворимый в воде крахмал, который и накапливается в хлоропластах. А затем уже крахмал превращается в растворимый сахар.
Как видите, результаты процесса те же, но протекает он иначе.
Сахар, «странствуя» из клетки в клетку, попадает в корень, стебель, цветки. Из него образуется клетчатка, остов растения, из него же создаются и более сложные вещества – белки и другие.
Зелёный лист – словно чудесная фабрика природы, единственная, где впервые из мёртвых, неорганических веществ вырабатываются органические, из которых и состоят все организмы.
Но почему эта фабрика зелёного листа работает только на свету? Потому что ей нужен двигатель – сила, которая приводила бы её в движение.
Двигатель – это свет. Источник силы – солнечный луч.
Чем больше света, тем энергичнее работа. Лист потому и построен широким, плоским, чтобы поверхностью своей улавливать как можно больше света.
Эту способность зелёного листа использовать лучи солнца Тимирязев назвал фотосинтезом, то есть созиданием при помощи света.
Вот теперь пришла очередь рассказать о том, какую важную тайну работы зелёного листа открыл спектральный анализ хлорофилла.
Зелёный лист поглощает солнечный свет, а луч солнца – это поток «сгустков» энергии.
Не все лучи лист поглощает одинаково.
Известно было, что он задерживает часть красных, больше всего – синих и фиолетовых. Но учёные считали, что главную работу производят не эти сильно поглощаемые листом лучи, а оранжевые.
Дело в том, что жёлтые и оранжевые лучи самые яркие в спектре: они больше других раздражают наш глаз, они ослепляют нас в ясный солнечный день.
И вот по аналогии с действием света на наш глаз учёные решили, что именно жёлтые и оранжевые лучи производят главную работу в зелёном листе, именно они осуществляют фотосинтез.
Но как же так – оранжевые лучи поглощаются зелёным листом меньше, а производят главную работу? Здесь была явная «неувязка». Поглощаются одни лучи, а действуют другие.
И вот Климент Аркадьевич Тимирязев своей блестящей работой доказал, что фотосинтез осуществляется именно в тех лучах, которые сильнее всего поглощает зелёный лист: красных и фиолетовых.
Ничто на свете не исчезает и не появляется вновь – так говорит закон сохранения энергии в природе. Луч света, пойманный зелёным листом, затратился на работу, он перестал быть светом, но энергия его не исчезла – она только видоизменилась. Поток сгустков энергии превратился в органическое вещество, в потенциальную энергию. Сила солнечного луча, видоизменившись, превратилась в запас, который потом будет использован.
В своей замечательной книге «Жизнь растений» Тимирязев приводит наглядный пример того, что такое потенциальная энергия.
«Подобный запас энергии, – пишет он, – мы делаем каждый день, заводя свои часы; явная энергия заводящей руки превращается в потенциальную энергию часовой пружины, которая затем исподволь в течение суток принимает форму явной, в движении стрелки».
Запасом солнечной силы, которая отложилась в зелёном листе, пользуется не только растение, но и человек и животное. Органическое вещество, создающееся впервые в зелёном листе – и только в нём, – попадает так или иначе в нашу пищу: с хлебом, молоком, мясом, с овощами и фруктами.
Пища подкрепляет, придает нам силы. Почему? Потому что вместе с органическим веществом, которое находится в пище, мы поглощаем и сохранённый в нём солнечный луч. Источник этой силы – в потенциальной энергии луча солнца, отложенной про запас в зелёном листе.
Зелёный лист…
Не было бы в мире зелёного листа, и вся наша планета превратилась бы в мрачную, бесплодную пустыню, окружённую отравленной атмосферой.
Растения создали кислород воздуха; он появился на Земле вместе с первым зелёным ростком.
Без зелёных растений не было бы и тех органических веществ, из которых построено наше тело, мускулы, нервы.
Не стало бы и той пищи, где таится луч солнца, запасённый зелёным листом.
«Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу».
Так говорил Тимирязев.
– Катя, а ты знаешь, почему лист зелёный? – лениво спросил Тима.
Он лежал в своей любимой позе, растянувшись на спине и подложив руки под голову, созерцая через прозрачные стенки клетки движение протоплазмы и зелёных хлоропластов в других клетках, наверху, в «частоколе».
– Знаю, конечно, – улыбнулась девочка. – Ты думаешь, я уж вовсе ничего не знаю!
– Да, у Тимы есть такая черта: он воображает, что очень учёный, – медленно сказал Виктор.
– Ничего-то я не воображаю, – спокойно отозвался Тима. – Просто есть вещи, мне более знакомые, близкие, чем, скажем, тебе. А ты силён в других областях, например в киносъёмке. Вот и всё!
– Спасибо и на этом.
– Ты, кажется, опять взялся за старое?
Назревала ссора. Но Катя поспешила вмешаться.
– Слушай, Ван, – спросила она с крайне важным видом, – а есть такие растения, у которых отсутствует хлорофилл?
– Есть, Это растения чужеядные – паразиты. Они живут на чужой счёт. Вот заразиха, повилика… Заразиха пристраивается к корням, а повилика обвивается вокруг стеблей каких-либо растений и высасывает из них соки. У неё вместо листьев какие-то чешуйки.
