растений снижалась в 3—17 раз. Наибо­лее устойчивыми оказались ель

обыкновенная, сосна обыкно­венная, линнея северная — низкорослый лесной

кустарни­чек из семейства жимолост­ных, лишайник леканора тем­ная. Некоторые

мхи продол­жали усваивать углекислый газ даже при температуре —14°С, причем

этот процесс шел успешно под сравнитель­но толстым снежным покровом,

достигающим 26 сантиметров. Хотя интенсивность света, про­ходящего через

такой слой сне­га, ослабевала приблизительно в 20 раз, скорость фотосин­теза

у не покрытых и покрытых снегом растений почти оди­наковая. Этот удивительный

факт можно объяснить следую­щим образом: под снегом растения оказались в

более благоприятных температурных условиях, которые и позволили

компенсировать падение фо­тосинтеза, вызванное пониже­нием освещенности.

Эти опыты убедительно по­казывают, что в условиях многомесячной зимы

фотосин­тез не только возможен, но и необходим для нормального

энергообеспечения зимнезеленых растений.

9. Леса — легкие планеты!

Стало расхожим утверждение, что зеленые растения накапли­вают в атмосфере

кислород. Нередко в научно-популярной литературе приходится встре­чать

утверждения, будто гек­тар кукурузных посевов выде­ляет за год 15 тонн

кислорода, что достаточно для дыхания 30 человек, а дерево средней величины

обеспечивает трех человек и т. д. Леса называют легкими планеты...

На первый взгляд эти ут­верждения представляются убедительными, ведь в

соответ­ствии с уравнением фотосинте­за в ходе образования ор­ганических

веществ зелеными растениями и в самом деле выделяется кислород, причем чем

больше органического ве­щества образуется в процессе фотосинтеза, тем

интенсивнее выделяется кислород.

Авторы подобных утвержде­ний забывают, однако, что ор­ганические вещества

кукурузы превратятся в углекислый газ в результате гниения и дыха­ния

животных организмов. При поедании кукурузы живот­ными или человеком некоторое

количество органических ве­ществ растения трансформи­руется в новые

органические вещества животного организ­ма, которые в конечном счете

превращаются в углекислый газ при дыхании. Дыхание — процесс обратный

фотосин­тезу:

С6Н12О6 + 6О2 ® 6СО2 + бН2О.

Если при образовании 1 тон­ны органического вещества в ходе фотосинтеза

выделилось п килограммов кислорода, то точно такое же его количество

потребуется для последующего окисления этого вещества.

То же самое происходит и с деревом. Разница лишь в том, что, превратившись в

какую-нибудь поделку (стол, шкаф, оконную раму и т.п.), оно может разрушаться

в течение длительного времени. Но ведь и растет дерево сотни лет! А вот

сгореть может в мгнове­ние ока. При этом израсхо­дуется почти столько

кислоро­да, сколько дерево выделило за всю свою долгую жизнь. Так накапливают

ли кислород со­временные растения?

В атмосфере и гидросфере Земли содержится 1,5-1015 тонн кислорода.

Считается, что он — результат деятельности древних анаэробных автотрофных

организмов, осуществляв­шейся на протяжении длитель­ного периода истории Земли.

Накопление кислорода на на­шей планете стало мощным стимулом для появления

прин­ципиально новых организ­мов — аэробных, способных извлекать энергию из

органи­ческих веществ в результате окислительных процессов с участием

атмосферного кис­лорода.

Кислород, образуемый со­временной растительностью в ходе фотосинтеза,

расходуется на дыхание самих растений (около 1/3), а

также животных и человека, на аэробное разло­жение органических веществ

микроорганизмами и на про­цессы горения различных ве­ществ, то есть почти весь

его объем, выделяемый наземной растительностью, расходуется и накопления в

атмосфере фактически не происходит. К тому же суммарное количе­ство кислорода,

выделяемого за год лесами, по подсчетам специалистов, ничтожно мало по

отношению к общему запасу его в атмосфере Земли, а имен­но около 1/

22 000. Таким обра­зом, вклад наземных экосистем в баланс кислорода на

нашей планете весьма незначителен. Возмещение кислорода, расхо­дуемого на

процессы горения, происходит главным образом за счет фитопланктона. Дело в том,

что в достаточно глу­боких водоемах отмершие ор­ганизмы опускаются на такую

глубину, где их разложение осуществляется анаэробным путем, то есть без

поглощения кислорода.

Гидросфера оказывает влия­ние на баланс газов в атмос­фере еще и потому, что

в ней иное соотношение между азо­том и кислородом. Если в ат­мосфере оно

равно четырем, то в водоемах относительная доля кислорода примерно в два раза

выше. Правда, интенсив­ное загрязнение морей и оке­анов создает угрозу

возникно­вения в них анаэробных усло­вий.

Так, например, по срав­нению с 1900 годом в некото­рых впадинах Балтийского

мо­ря содержание кислорода резко сократилось, а местами он практически

отсутствует.

Что касается атмосферы, то в ней, как показывают сис­тематические наблюдения

за концентрацией кислорода, про­водимые с 1910 года, содер­жание этого газа

практически не изменилось и равно 20,9488 % ± 0,0017. Это отнюдь не

означает, что нам не следует заботиться о со­хранении растительного покро­ва

Земли. Темпы использова­ния кислорода резко возросли. По некоторым данным, за

по­следние 50 лет было исполь­зовано его в % отно­шении столько же, сколько

за последний миллион лет, то есть примерно 0,02 % ат­мосферного запаса.

Челове­честву в ближайшем будущем не угрожает кислородное голо­дание, тем не

менее для сохра­нения стабильности газового состава атмосферы предстоит шире

использовать водную, ветровую, ядерную и другие виды энергий.

Следует иметь в виду, что в последние годы много говорят и пишут об

абиогенном проис­хождении кислорода атмосфе­ры, исключающем участие жи­вых

организмов в этом про­цессе. Так, например, в верх­них слоях атмосферы под

дей­ствием жесткого ультрафиоле­тового излучения молекулы воды могут

распадаться на водород и кислород. Водород, как более легкий газ,

преодо­левает притяжение Земли и уходит в космос. В среднем около 10 %

появивше­гося в стратосфере водорода навсегда покидает нашу пла­нету.

Следовательно, соот­ветствующее количество кис­лорода, образовавшегося при

фотолизе молекул воды, ос­тается без «напарника» и по­степенно скапливается в

ат­мосфере.

Другой возможный путь по­ступления в атмосферу абиогенного кислорода —

изверже­ние вулканов. Дело в том, что в газообразных выделени­ях вулканов

кислорода до­вольно много, иногда до 12— 15 % (после исключе­ния паров воды и

кислотных газов).

Отметим, однако, что этот источник представляется все же не очень

существенным. По крайней мере нужны весомые доказательства и точные рас­четы

вклада абиогенных ис­точников в формирование ат­мосферы Земли, накопление в

ней кислорода.

Что же касается фотосинтезирующих организмов, то их участие в накоплении

кислоро­да очевидно. Если величину огромных запасов каменного угля и

некоторых других горючих ископаемых (напри­мер, торфа), использованных

человеком и находящихся еще в недрах Земли, подставить в уравнение

фотосинтеза, то можно рассчитать, сколько кислорода поступило в атмос­феру в

результате жизнедеятельности растении, давших начало этим полезным

иско­паемым.

Следует также учесть всю биомассу существующих ныне растений, органическое

веще­ство которых образовалось с выделением кислорода.

Но все это еще не самое главное. Первичные запасы кислорода не могли быть

со­зданы современными растения­ми или деревьями каменно­угольного периода,

поскольку совершенно исключена, воз­можность их существования в атмосфере,

лишенной его.

Сторонники абиогенного происхождения кислорода на Земле, люди, как

правило, не искушенные в биологии, спра­шивают: если сначала в ат­мосфере

Земли кислорода не было, то где же первые рас­тения брали кислород для

ды­хания? При этом они полагают, что своим вопросом нанесли нокаутирующий

удар ретро­градам-биологам, придержи­вающимся традиционного взгляда на

природу атмосфер­ного кислорода. Между тем ученые никогда не рассматри­вали

современную раститель­ность в качестве источника накопления первичного

кисло­рода. В книге Э. Броды «Эво­люция биоэнергетических ме­ханизмов»

обстоятельно про­анализированы различные точ­ки зрения по этому вопросу.

Автор пишет: «Никто не сомне­вается, что до появления у растений фотосинтеза

содер­жание свободного кислорода было незначительным... Един­ственным

источником свобод­ного молекулярного кислорода был фотолиз водяных паров в

высших слоях атмосферы, который протекал под дей­ствием солнечного

коротковол­нового ультрафиолета. Сво­бодный водород, возникавший при этом,

постепенно диссипировал в пространство, ос­тавляя в атмосфере кислород...

Количество фотолитически об­разованного кислорода, не­сомненно, было гораздо

ниже тех количеств кислорода, ко­торые высвобождаются при фотосинтезе в наше

время за тот же промежуток вре­мени».

Уже в очень древних геоло­гических слоях Земли обнару­жены синезеленые

водоросли (сейчас их чаще называют цианобактериями), которые и явились

накопителями первич­ного кислорода в атмосфере Земли. Вполне естественно, что

древние синезеленые водорос­ли не обладали способностью дышать и механизм

распада органических веществ в их клетках напоминал процесс брожения.

В пользу того, что перво­начально атмосфера Земли не имела кислорода,

свидетель­ствует факт существования в природе анаэробных организ­мов.

Любопытно отметить, что многочисленные реакции обме­на аэробных организмов, в

том числе современных животныхи растений, включают большое количество реакции

анаэроб­ного распада веществ. Созда­ется впечатление, что организ­мы,

приспособившись изна­чально обходиться без кисло­рода, упорно сохраняют свою

привычку.

Итак, первичные синезеленые водоросли образовали ор­ганические вещества и

кис­лород. Разрушение органи­ческого вещества происходило в анаэробных

(бескислород­ных) условиях, что и привело к накоплению значительных

ко­личеств кислорода.

Что касается современной растительности, то, как уже отмечалось, ее вклад в

по­полнение кислородного запаса на Земле весьма незначите­лен, поскольку

подавляющее большинство живых организ­мов окисляет органические вещества

только с его по­мощью. При этом устанав­ливается относительное равно­весие:

сколько кислорода вы­деляется в ходе фотосинтеза, столько же его поглощается

при окислении образованного органического вещества.

Из сказанного вовсе не сле­дует, что нужно и дальше безжалостно вырубать на

Зем­ле леса, все равно, дескать, от них нет проку с точки зре­ния накопления

кислорода. Напротив, нам следует пред­принять все возможные меры к расширению

площади зеле­ных насаждении. Дело в том, что в современную эпоху очень резко

возросла роль растении в очистке природной среды от токсических примесей,

выде­ляемых транспортом, завода­ми, фабриками и т. д.

10. «Лес, точно терем расписной, лиловый, золотой, багряный...»

Изменение окраски листь­ев — одна из первых примет осени. Много ярких красок

в осеннем лесу! Березы, ясени и липы желтеют, розовеют листья бересклета,

пунцово-красными становятся узорные листья рябины, оранжевыми и багряными

листья осин. Чем же обусловлено это цве­товое многообразие?

В листьях растений наря­ду с зеленым хлорофиллом содержатся другие пигменты.

Для того чтобы убедиться в этом, проделаем простой опыт. Прежде всего

приготовим вы­тяжку хлорофилла, как это было описано нами выше. Вместе с

хлорофиллом в спир­те находятся также желтые пигменты. Чтобы разделить их,

небольшое количество спирто­вой вытяжки (около двух миллилитров) нальем в

про­бирку, добавим две капли воды и около 4 миллилитров бензи­на. Вода

вводится для того, чтобы легче происходило рас­слоение двух жидкостей.

За­крыв пробирку пробкой или пальцем, следует энергично встряхнуть ее. Вскоре

можно заметить, что нижний (спир­товой) слой окрасился в зо­лотисто-желтый

цвет, а верх­ний (бензиновый) — в изумрудно-зеленый. Зеленая ок­раска бензина

объясняется тем, что хлорофилл лучше рас­творяется в бензине, нежели в

спирте, поэтому при встря­хивании он обычно полностью переходит в бензиновый

слой.

Золотисто-желтая окраска спиртового слоя связана с при­сутствием ксантофилла,

ве­щества, нерастворимого в бен­зине. Его формула С40Н5бО

2. По химической природе ксан­тофилл близок к каротину, присутствующему в

корнях моркови, — С40Н56, поэтому их объединяют в одну

группу — каротиноидов. Но каротин так­же имеется в листьях зеленых растений,

только он, как и хло­рофилл, лучше растворяется в бензине, поэтому мы не ви­дим

его: интенсивно-зеленая окраска хлорофилла «забива­ет» желтый цвет каротина, и

мы не различаем его, как ранее ксантофилл в спиртовой вытяжке. Чтобы увидеть

ка­ротин, нужно преобразовать зеленый пигмент в соедине­ние, нерастворимое в

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6