Фотосинтез - проще простого
определяется и некоторыми другими факторами. Цвет антоциановых пигментов
может меняться, например, в зависимости от того, с какими ионами они
находятся в комплексе. При взаимодействии с ионами калия комплекс
приобретает пурпурную окраску, а с ионами кальция или магния — синюю. Если
срезать цветущий колокольчик и поместить его в раствор, содержащий ионы
алюминия, то лепестки посинеют. То же самое наблюдается, если соединить
растворы антоцианина и соли алюминия.
Многим читателям, возможно, знаком роман Александра Дюма «Черный
тюльпан», в котором в остросюжетной форме рассказывается о выведении сорта
тюльпана необычного черного цвета. Вот как описывает его автор романа:
«Тюльпан был прекрасен, чудесен, великолепен; стебель его восемнадцати
дюймов вышины. Он стройно вытягивался кверху между четырьмя зелеными
гладкими, ровными, как стрела, листьями. Цветок его был сплошь черным и
блестел, как янтарь».
Почти пять веков преследовали неудачи садоводов, пытавшихся вывести
черный тюльпан. И вот, Фризский институт цветоводства в Гааге сделал
официальное заявление о том, что в Голландии черный тюльпан получен в
результате последовательного скрещивания двух сортов — «Царица ночи» и
«Венский вальс». В работе принимали участие шесть голландских
исследовательских центров. Полученный цветок идеален по своим классическим
размерам.
Садоводы стремятся создать также черные розы. Выведены такие сорта,
которые при неярком освещении действительно кажутся черными (на самом деле
они темно-красного цвета). На Гавайских островах растут дикие черные розы.
В честь бессмертного произведения Гете «Фауст» садоводы создали сорт
анютиных глазок черного цвета под названием «Доктор Фауст». Анютины глазки,
как известно, были любимыми цветами- великого немецкого поэта и ботаника.
Черная или почти черная окраска цветков обусловлена присутствием в
околоцветнике антоцианов. Кроме каротиноидов и антоцианов, лепесткам могут
придавать окраску и другие вещества, в том числе флавоны и флавонолы. А
какой пигмент окрашивает в молочный цвет вишневые сады, превращает в снежно-
белые сугробы кусты черемухи? Оказывается, никаких белых пигментов в их
лепестках нет. Белый цвет придает им... воздух. Если рассмотреть под
микроскопом лепесток черемухи или любого другого белого цветка, то можно
увидеть множество прозрачных и бесцветных клеток, разделенных обширными
пустыми промежутками. Именно благодаря этим заполненным воздухом
межклетникам лепестки сильно отражают свет и потому кажутся белыми. А если
раздавить такой лепесток между пальцами, то на месте сдав-ливания появится
прозрачное пятно: здесь воздух будет вытеснен из межклетников.
И все же в природе есть белая краска, например, ею окрашена в нарядный
белый цвет кора нашей любимой березы. Это красящее вещество так и
называется — бетулин, от латинского названия березы — Betula.
Заблуждаются те, кто считает, что береза — единственное растение с
белой корой. Это не так. В Австралии произрастает эвкалипт затопляемый. Он
назван так потому, что растет в руслах пересыхающих рек и в сезон дождей
оказывается стоящим в воде. Стволы этих эвкалиптов имеют чисто-белый цвет,
эффектно выделяющийся на фоне окружающих зеленых зарослей.
У треххвойной сосны Бунге также белая кора. Это редкий вид,
встречающийся в природе в основном в горах Центрального Китая. Растение
разводится по всей стране возле дворцов и храмов. Белоствольные сосны
производят неизгладимое впечатление.
Еще много интересного можно было бы рассказать об окраске растений и о
растительных пигментах, которые давно привлекают внимание исследователей
всего мира. Более 30 лет назад известный индийский ученый Т. Р. Сешадри,
много занимавшийся изучением природных красящих веществ, писал: «Музыка
красок более сложна и изменчива по своей природе, нежели музыка звуков.
Возможно даже, что в действительности она еще более утонченна, чем мы
предполагаем...»
Зеленые животные — реальность или фантазия!
В произведениях фантастического жанра нередко можно прочитать о
человекоподобных существах зеленого цвета. Зеленая окраска этих организмов,
обусловленная хлорофиллом, позволяет им самостоятельно синтезировать
органические вещества из неорганических за счет энергии света. Возможно ли
такое в природе?
Прежде всего следует заметить, что на Земле имеются животные,
питающиеся подобным образом. Например, хорошо известная всем биологам
эвглена зеленая, часто встречающаяся в застоявшихся лужах. Ботаники считают
эвглену водорослью, а зоологи до сих пор по традиции относят ее к животным.
В чем дело?
Эвглена свободно передвигается в воде при помощи жгутика. Такой способ
передвижения характерен как для ряда простейших животных, так и для
некоторых ботанических объектов, например зооспор отдельных видов
водорослей. Эвглена содержит хлорофилл, поэтому при интенсивном ее
размножении вода в лужах приобретает изумрудно-зеленую окраску. Наличие
хлорофилла позволяет ей питаться углекислым газом подобно всем зеленым
растениям. Однако, если водоросль перенести в воду, содержащую некоторые
органические вещества, то она теряет зеленую окраску и начинает, подобно
животным, питаться готовыми органическими веществами.
Эвглену все-таки нельзя назвать типичным животным, поэтому поищем
других представителей. питающихся, подобно растениям, при помощи
хлорофилла.
Еще в середине XIX века немецкий зоолог Т. Зибольд обнаружил в телах
пресноводной гидры и некоторых червей хлорофилл. Позднее он был найден в
организмах и других животных: гидроидных полипов, медуз, кораллов, губок.
коловраток, моллюсков. Выяснено, что некоторые морские брюхоногие моллюски,
питающиеся сифоновыми водорослями, не переваривают хлоропласты этих
растений, а длительное время содержат их в организме в функционально-
активном состоянии. Хлоропласты сифоновых водорослей кодиума хрупкого и
кодиума паутинистого , попадая в организм моллюсков, не перевариваются, а
остаются в нем.
Попытки освободить моллюсков от хлоропластов, поместив их в темноту на
полтора месяца, оказались безуспешными, равно как и выведение их из яиц.
Бесхлоропластные личинки моллюсков погибали на ранней стадии развития.
Внутри животной клетки хлоропласты плотно упакованы и занимают
значительный объем. Благодаря им моллюски, не имеющие раковины, оказываются
окрашенными в интенсивно зеленый цвет.
Почему же сифоновые водоросли «полюбились» моллюскам? Дело в том. что в
отличие от других зеленых водорослей они не имеют клеточного строения. Их
крупное, часто причудливое по форме тела представляет собой одну гигантскую
«клетку». Слово «клетка» я взял в кавычки не случайно. Хотя клеточные
стенки в теле сифоновых водорослей отсутствуют, вряд ли можно назвать их
одноклеточными организмами, скорее это конгломерат не вполне разделившихся
клеток. Подтверждением тому служит наличие не одного, а множества клеточных
ядер. Такое строение назвали сифонным, а сами водоросли — сифоновыми.
Отсутствие клеточных стенок, безусловно, облегчает процесс поглощения
водоросли животными клетками.
Ну а каковы хлоропласты этого растения? В теле водоросли содержатся
один или несколько хлоропластов. Если их много, они имеют дисковидную или
веретеновидную форму. Одиночные обладают сетчатым строением. Ученые
считают, что сетчатая структура создается в результате соединения мелких
хлоропластов друг с другом.
Многие ученые наблюдали усвоение углекислого газа хлоропластами,
находящимися в животных клетках. У свежесобранных моллюсков, элизии зеленой
интенсивность фотосинтетического усвоения углекислого газа составляла
55—67 % величины, определенной для неповрежденной водоросли кодиума
хрупкого, из которого моллюсками были «приобретены» хлоропласты. Любопытно,
что и содержание хлорофилла на 1 грамм сырой массы ткани у водоросли и
животного было сходным.
Благодаря фотосинтезу моллюски фиксировали углекислый газ на протяжении
всех 93 дней опыта. Правда, скорость фотосинтеза постепенно ослабевала и к
концу эксперимента составляла 20—40 % от первоначальной.
В 1971 году ученые наблюдали выделение кислорода в ходе фотосинтеза
хлоропластов, налюдящихся в клетках тридакны. Тридакны—типичные обитатели
тропических морей. Особенно широко они распространены на коралловых рифах
Индийского и Тихого океанов. Великаном среди моллюсков выглядит тридакна
гигантская, достигающая иногда длины 1,4 метра и общей массы 200
килограммов. Тридакны интересны для нас своим симбиозом с одноклеточными
водорослями. Обычно они так располагаются на дне, чтобы их полупрозрачная
мантия, выступающая между створками раковины, была обращена вверх и сильно
освещалась солнцем. В ее межклеточном пространстве в большом количестве
поселяются зеленые водоросли. Несмотря на значительные размеры, моллюск
питается только теми веществами, которые вырабатывают водоросли-симбионты.
В Средиземном море и у берегов Франции в Атлантике встречается червь
конволюта, у которого под кожным покровом также обитают зеленые водоросли,
осуществляющие синтез органических веществ из неорганических. Благодаря
активности своих «квартирантов» червь не нуждается в дополнительных
источниках пиши, поэтому желудочно-кишечный тракт у него атрофировался.
Во время отлива множество конволют покидает свои норы для того, чтобы
принять солнечные ванны. В это время водоросли под их кожей интенсивно
фотосинтезируют. Некоторые виды этих червей находятся в полной зависимости
от своих поселенцев. Так, если молодой червь не «заразится» водорослями, то
погибнет от голода. В свою очередь водоросли, поселившиеся в теле
конволюты, теряют способность к существованию вне его организма.
«Заражение» происходит с помощью «свежих», не живших еще в симбиозе с
червями водорослей в момент, когда личинки червя выходят из яиц. Эти
водоросли, по всей вероятности, привлекаются какими-то веществами,
выделяемыми яйцами червей.
В связи с рассмотрением вопроса функционирования хлоропластов в
клетках животных чрезвычайно большой интерес представляют опыты
американского биохимика М. Насса, в которых было показано, что
хлоропласты сифоновой водоросли каулерпы, харовой водоросли нителлы,
шпината и африканской фиалки захватываются клетками соединительной ткани
(так называемыми фибробластами) мышей. Обычно в фибробластах, заглотавших
инородное тело (этот процесс ученые называют фагоцитозом), вокруг
поглощенной частицы образуется вакуоль. Постепенно чужеродное тело
переваривается и рассасывается — исчезает. Когда же в клетки ввели
хлоропласты, вакуоли не возникали, а фибробласты даже не пытались их
переварить.
Пластиды сохраняли свою структуру и способность к фотосинтезу на
протяжении трех недель. Клетки, ставшие из-за их присутствия зелеными,
нормально делились. При этом хлоропласты стихийно распределялись по
дочерним клеткам. Пластиды, находившиеся в фибропластах около двух дней, а
затем вновь выделенные, оставались неповрежденными. Они усваивали
углекислый газ с такой же скоростью, с какой фотосинтезировали свежие
хлоропласты, выделенные из растений.
Предположим, что в ходе эволюции возникнут такие существа или их
обнаружат на других планетах. Какими они должны быть? Ученые полагают, что
в таком животном хлорофилл будет сосредоточен в коже, куда свободно
проникает свет, необходимый как для синтеза зеленого пигмента, так и для
образования органических веществ. «Зеленый человек» должен делать кое-что
наоборот: днем, подобно сказочному королю, ходить в невидимой для всех
одежде, а ночью, напротив, одеваться, чтобы согреться.
Проблема заключается в том, сможет ли такой организм получать с помощью
фотосинтеза достаточно пищи. Исходя из максимально возможной интенсивности
фотосинтеза растений в самых благоприятных условиях существования, можно
подсчитать, сколько органического вещества сможет образовать зеленая кожа
этого человека. Если принять, что 1 квадратный дециметр зеленого растения
за 1 час синтезирует 20 миллиграммов Сахаров, то 170 квадратных дециметров
человеческой кожи, доступной солнечным лучам, смогут образовать за это
время 3,4 грамма. За 12-часовой день количество органического вещества
составит 40,8 грамма. В этой массе будет концентрироваться около 153
калорий энергии. Такого количества явно недостаточно для удовлетворения
энергетических потребностей человеческого организма, которые составляют
2000—4000 калорий в сутки.
Примем во внимание, что «зеленому человеку» не нужно думать о
пропитании и быть слишком деятельным, поскольку пища сама поступает в его
организм из хлоропластов кожи. Нетрудно прийти к заключению, что отсутствие
физической нагрузки и малоподвижный образ жизни сделают его похожим на
обычное растение. Иначе говоря, «зеленого человека» весьма трудно будет
отличить от опунции.
Расчеты исследователей показывают: для того, чтобы образовать
достаточное количество органического вещества, «зеленый человек» в ходе
эволюции должен в 20 раз увеличить поверхность своей кожи. Это может
произойти за счет возрастания числа складок и отростков. Для этого ему
необходимо будет обзавестись подобием листьев. Если это произойдет, то он
станет совсем малоподвижным и еще более похожим на растение.
Таким образом, существование крупных фотосинтезирующих животных и
человека на Земле и в космосе едва ли возможно. Ученые полагают, что в
любой биологической системе, хотя бы отдаленно напоминающей биосферу Земли,
обязательно должны существовать растительноподобные организмы,
обеспечивающие пищей и энергией как самих себя, так и животных.
Заключение
Во второй половине XIX столетия было установлено, что энергия
солнечного света усваивается и трансформируется при помощи зеленого
пигмента хлорофилла.
На основе проведенных опытов можно сказать что, зеленая окраска
хлорофилла определяется наличием в нем атома металла вне зависимости от
того, будет ли это магний, медь или цинк.
Современная наука подтвердила правильность взглядов К. А. Тимирязева
относительно исключительной важности для фотосинтеза именно красных лучей
солнечного спектра. Оказалось, что коэффициент использования красного света
в ходе фотосинтеза выше, чем синих лучей, которые также поглощаются
хлорофиллом. Красные лучи, по представлениям К. А. Тимирязева, играют
основополагающую роль в процессе мироздания и созидания жизни.
Как известно растения поглащают углекислый газ, который присоединяется
к пятиуглеродному веществу под названием рибулезодифосфат, где потом он в
дальнешем участвует во многих других реакциях.
Изучение особенностей фотосинтеза у разных растений, безусловно, будет
способствовать расширению возможностей человека в управлении их
фотосинтетической деятельностью, продуктивностью и урожаем. В целом
фотосинтез это один из основополагающих процессов жизни, на котором
основана большая часть современной растительной фауны на поверхности земли.
Список использованных источников
1. Б. Дижур «Зеленая лаборатория» — М.: Детгиз, 1954.
2. Артамонов В. И. «Занимательная физиология растений». – М.:
Агропромиздат, 1991
3. Сергеев И. И. «История фотосинтеза». – М.: Наука, 1989
4. Пчелов А. М. «Природа и ее жизнь». – Л.: Жизнь, 1990
-----------------------
[1] Б. Дижур. Зеленая лаборатория. — М.: Детгиз, 1954. С. 6.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
