Фотосинтез - проще простого

Страница 6

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 С40Н5бО2. 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 бензине. Этого можно достигнуть с по­мощью щелочи. В пробирку, где произошло отделение ксан­тофилла, добавим кусочек ще­лочи (КОН или NаОН). Про­бирку закроем пробкой и тщательно взболтаем ее со­держимое. После расслоения жидкостей можно увидеть, что картина распределения пиг­ментов изменилась: нижний спиртовой слои окрасился в зе­леный цвет, а верхний — бен­зиновый — в желто-оранжевый, характерный для каротина.