Глава 5
Завет Тимирязева
…Одно из главнейших богатств России заключается в тех потоках лучистой энергии, которые изливаются на хлорофилловую поверхность ее необозримых полей и лесов. Я полагаю, что по меньшей мере любопытно узнать, как же велико это богатство, как велика та доля его, которой мы пользуемся в настоящее время, как велика и та доля, которой мы еще можем воспользоваться, пока не достигнем предела, зависящего от свойств солнечного луча и хлорофилла.
В начале XIX века английский священник Томас Мальтус (1766–1834) выдвинул теорию, согласно которой население Земли растет в геометрической прогрессии 1: 2 : 4 : 8 : 16 : 32 и так далее, удваиваясь каждый раз, а производство продуктов питания — в арифметической — 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6. Следовательно, утверждал он, прогрессирующее обнищание, одичание человечества неизбежно, и посему голод, болезни, войны, сокращающие численность людей, — не что иное, как благо, ниспосланное господом.
Мальтус высчитал, что население Англии, удваиваясь каждые 25 лет, к 1950 году составит 704 миллиона человек, тогда как прокормить удастся всего 77 миллионов. На деле же число англичан к этому времени увеличилось лишь до 51 миллиона, причем питались они в среднем гораздо лучше, чем 11 миллионов их предков 150 лет назад.
Мальтус ошибся. И все ж какая-то доля истины в его рассуждениях есть. Она в том, что размеры суммы жизни на нашей планете, ее верхние пределы устанавливают растения. И максимальная численность человечества в конечном итоге определяется тем, насколько эффективно действует зеленая энергопреобразующая «машина».
Растения — машины? Сразу же возникает множество вопросов. Насколько совершенны эти механизмы? До какой степени их можно сравнивать с техническими созданиями рук человека? Можно ли попытаться усовершенствовать конструкцию растений?.. Вопросов тьма, но прежде хотелось бы выяснить вот что. Растение — это энергетический автомат, действующий всегда однообразно, стереотипно, запрограммированно? Или это тонкая, гибкая, податливая, эластичная система?
Однажды к ученым Ботанического института Академии наук СССР (сокращенно его называют БИН), что в Ленинграде, обратились… пограничники. Они просили помочь им разрешить одну научную загадку. Пограничники рассказали, что розыскные собаки, взяв след, ночью уверенно преследуют нарушителей. Но утром, после восхода солнца, овчарки словно бы утрачивают чутье, чувствуют себя неуверенно, сбиваются со следа.
Проблемы ботаники и тонкости работы пограничных собак — казалось бы, какая между ними связь? Какие могут быть точки соприкосновения? Тут нам вновь придется говорить про фотосинтез. Вспомним, ночью лишенные света растения могут только дышать. И лишь при свете дня, когда включается фотосинтез, усвоение листьями углекислоты начинает преобладать. Так вот, гипотеза пограничников — ее они и принесли на суд ученых — состояла в том, что утром, когда дыхание растений, грубо говоря, «подавлялось» фотосинтезом, бурно выделяющийся кислород окислял сохранявшиеся на листьях, цветках, стеблях и прочих частях растений пахучие вещества. Следы нарушителей границы как бы растворялись в воздухе, исчезали. Это и сбивало с толку овчарок, ведущих преследование.
Но пограничники хотели не просто утвердиться в своей правоте. Они ожидали большего: просили у ученых практических рекомендаций, какие растения следует сажать в пограничной зоне? Ведь процесс фотосинтеза у различных видов растений идет, конечно, не одинаково. Следовательно, казалось бы, можно подобрать породы деревьев, кустарников, трав, слабо фотосинтезирующих, выделяющих малые количества кислорода…
Эта погранично-фотосинтетическая история — лишь один из многих примеров того, какие интересные проблемы решают научные сотрудники лаборатории экологии и физиологии фотосинтеза в БИНе. Руководитель лаборатории профессор Олег Вячеславович Заленский начал подобные исследования еще в довоенные годы на Памирской биологической станции Таджикского филиала АН СССР. В 1940 году с помощью группы одесских альпинистов он поднял научные приборы в горы Восточного Памира, на высоту 6 тысяч метров. Туда же были доставлены проростки ячменя и пшеницы. Позже, перебравшись с Памирской биологической станции в Ленинград, Заленский стал организатором и руководителем многочисленных экспедиций, изучавших фотосинтез в тундрах Центрального Таймыра и острова Врангеля, в степях и пустынях Казахстана и Средней Азии, в сухих и пустынных степях далекой Монголии.
А зачинателем экологической физиологии растений в нашей стране стал академик Сергей Павлович Костычев (1877–1931). Это был инициативный, энергичный исследователь. Работа по физиологии фотосинтеза была начата им в 1920 году в Петроградском университете. В трудное время гражданской войны, когда даже для получения двух пудов керосина, пары примусов и нескольких электрических лампочек приходилось обращаться непосредственно в правительство, к Ленину.
Масштабное изучение фотосинтеза растений в условиях их естественного произрастания, не «искусственных» сельскохозяйственных посевов, а, так сказать, растений-аборигенов началось в 1928 году. Костычев направил многочисленные экспедиции в Закавказье (растения влажных субтропиков), в Среднюю Азию (растения глинистых и песчаных пустынь), на мурманское побережье Кольского полуострова (тундра), на Южный берег Крыма (сухие субтропики).
Изучались и культурные растения — хлопчатник, люцерна, виноград. Данные, полученные Костычевым и его сотрудниками, позднее вошли во все учебники и монографии по фотосинтезу растений. Было доказано, что суточный ход фотосинтеза крайне неравномерен. То он весьма ослаблен, то идет с большой скоростью и силой. Оказалось, что львиную часть времени растения почти совсем не запасают углерод. Но затем, в течение какого-нибудь часа, быстро наверстывают упущенное, обеспечивая свою потребность в углеводах.
Открытий было сделано немало. Естественно, скажем, ожидать, что в тропиках интенсивность фотосинтеза велика. Однако это не так: пышность и буйство тропических растений добыты за счет огромного увеличения сезонной продолжительности фотосинтеза и за счет развития обширной и длительно живущей листовой поверхности. А вот там, где жизнь растений нелегка (пустыни, север, высокогорье), машина фотосинтеза, вынужденная функционировать малое время, творит чудеса: развивает рекордную производительность.
В первое мое посещение БИНа я не застал Заленского, познакомились мы позже. В тот раз я беседовал с его сотрудницей, доктором биологических наук Ольгой Александровной Семихатовой.
— Нас интересуют в первую очередь крайности, экстремальные условия существования растений, — говорила она. — Тут легче всего познать, как растение приспосабливает фотосинтез к тем или иным особенностям данной ботанико-географической зоны. Высокогорный як, если спустить его с гор, погибнет от разрыва сердца. В тепличных условиях тропиков кактус просто-напросто сгниет. Поэтому морошка в Африке или саксаул в Антарктиде — это, конечно, бессмыслица. И все же растения удивительно гибко и цепко приноравливаются к самым суровым и трудным условиям…
Ольга Александровна говорила далее о том, как нелегко исследовать фотосинтез в полевых условиях. Надо защищаться от морозов, слепящего солнца, сильных ветров, несущих тучи песка. А доставка к растениям необходимого измерительного оборудования, часто довольно громоздкого? А сам зеленый лист — до чего же прихотливый и капризный объект!