Детектив с тремя неизвестными

 Если бы господь бог сделал мне честь спросить моего
 мнения при сотворении мира, так я бы ему посоветовал
 сотворить его получше, а главное - попроще. 
 

Король Альфонс X Кастильский XIII век

Всякое настоящее научное исследование, по существу, детектив, с той лишь разницей, что здесь благоразумный "сыщик" знает: если он И найдет, то наверняка не то, что ищет.

Человек ест животных, те - растения, а чем питаются сами зеленые кормильцы? Почва, вода, воздух? Выяснение этого вопроса - история прямо-таки детективная. И начинать ее надо издалека...

1

Аристотель (384-322 до н. э.)г древнегреческий философ и ученый. Сын придворного врача, ученик Платона, наставник Александра Македонского. Разум Аристотеля охватил и суммировал почти все доступные для его времени знания. Лекции, которые он читал своим ученикам (Ликейская школа в Афинах), были затем собраны в 150 томах. Это была грандиозная энциклопедия не только наук, но и этики, политики, поэтики, риторики. В 323 г. Аристотель был обвинен в безбожии, бежал, в изгнании скончался от своей давней болезни желудка.

Даже сейчас многие продолжают верить: "хорошая, черная земля" дает растениям органические питательные вещества. Хотя на деле зелень черпает из почвы лишь неорганические соли.

Стойкость теории "гумусового (перегнойного) питания растений" легко объяснима. Эти взгляды освящены многовековой - с доисторических времен! - практикой земледелия.

Вы бросили в почву крошечное семечко, а вырастает дерево-гигант, в десятки метров ростом. Создать этакую махину из ничего нельзя - это ясно каждому.

Наблюдение второе: в почве растение развивает очень сложную и мощную корневую систему. Если росток выдернуть с корнями из земли (или повредить корни), он быстро погибнет.

Казалось бы, очевидно: пищу растения находят именно в земле и добывают ее с помощью корней. И почва ведь не всякая пригодна: есть плодородные - здесь растения растут охотно и быстро, и есть тощие, бесплодные земли, покрытые чахлой растительностью. Значит, в почве должно присутствовать нечто, какие-то питательные ингредиенты.

Еще замечено давно: плодородие почв может истощиться, если много лет подряд снимать урожай за урожаем. И чтобы восстановить продуктивность, почве надо дать отдых или (еще лучше) удобрить ее.

И последнее обстоятельство: древний землепашец не мог не очеловечивать растения. Не мог не ставить знака равенства между животными и растениями. Не мог не искать в растениях органа, соответствующего рту животных.

Все эти вроде бы неопровержимые истины и подытожил Аристотель в своих трудах.

Чем и как питаются растения? Ответ был прост и доступен пониманию даже простых неученых афинян.

Аристотель учил: растение - это животное, поставленное на голову; органы размножения у него наверху, а голова внизу. С помощью корней, играющих роль рта, растение извлекает из земли совершенно готовую пищу. Поэтому оно и не выделяет нечистот...

2

Гельмонт (1579-1644), голландский естествоиспытатель, алхимик и ятрохимик (врач-химик, приготовление лекарств - главная цель химии!). В 32 года женился на богатой вдове, осел в поместье под Брюсселем, посвятив себя отныне всецело науке и лечению (бесплатному) больных. Признавал самопроизвольное зарождение (верил, например, что из смеси пшеничной муки, старых тряпок и пыли могут зарождаться мыши), занимался алхимическими опытами (поиски философского камня, превращающего ртуть и свинец в золото) и в то же время первый осознал, что воздух - это смесь газов (ввел в химию термин "газ").

Древние, конечно, понимали: растениям также необходима вода. Первые цивилизации возникли в долинах великих рек (Нила, Бвфрата, Инда...). Там, где было развито поливное земледелие. Но вода, полагали наши предки, играет лишь пассивную роль переносчика питательных элементов из почвы в растение.

Несомненно же, почва важнее воды! Вода - жидкость, а, скажем, древесина дерева тверда, плотна: нечто, взятое растением из почвы, гораздо легче превратить в растительную ткань, нежели собирать ее из текучей воды - материи принципиально иной природы...

Здравый смысл - хорошо, наглядный опыт - лучше! Собственно, наука и начинается там, где от рассуждений переходят к экспериментам.

Начало научному подходу к физиологии растений положил Ян Баптист ван Гельмонт, ученый, которому за полезные для науки заблуждения в 1889 году (через 245 лет после смерти) в Брюсселе воздвигли памятник.

Гельмонт, подобно древним грекам, верил, что вода - первооснова всего сущего на земле, первоэлемент, в той или иьой модификации слагающий во Вселенной и живой лист растений, и мертвый камень.

Но Гельмонт отличался or греческих философов тем, что жил во времена, когда количественные методы начали изменять лик Науки.

Вода или почва? Отчего не попытаться проверить это экспериментально?

Ему было под 50, когда он завершил свой знаменитый опыт, длившийся целых пять лет.

Гельмонт посадил ветку ивы в горшок, наполненный землей. Ее сухой вес (ученый не поленился тщательно просушить землю в печи и взвесить ее с точностью до унции) оказался равным 200 фунтам.

Горшок был покрыт крышкой, чтобы в него не попадали пыль и сор. Иву поливали дождевой водой, и никому не дозволялось прикасаться к растению.

Ивовый прутик прекрасно развивался и превратился в деревце.

Ровно через пять лет Гельмонт с помощью садовника осторожно извлек иву из горшка, очистил ее от земли, взвесил и записал результат. Растение за пять лет увеличилось в весе на 164 фунта и 3 унции (один фунт, как известно, равен 16 унциям).

Вновь высушили землю, где развивалась ива. Удивительно, но она потеряла в весе всего лишь две унции. Следовательно... следовательно, Аристотель был не прав: вода, только вода служит растению пищей...

Это был в истории науки первый количественный эксперимент с живым организмом. Биологический эксперимент, сказали бы мы. И в этом одна из величайших заслуг Гельмонта.

Что же до трактовки результатов опыта, то здесь Гельмонт честно заблуждался, обманывая себя и других. Но это недоразумение стало классикой.

Опыт Гельмонта, доказавший, что растение не может получить все необходимые ему вещества только из почвы

Возникла водная теория питания растений, несмотря на очевидную (о, как легко судить нам сейчас!) ее ошибочность, продержавшаяся в науке до XIX века.

Десятки и даже сотни людей повторяли опыт Гельмонта и ссылались на него (с фактами спорить трудно) как на неопровержимый авторитет,

И тех, кто опытами же доказывал, что Гельмонт был явно не прав, долгие годы (такова сила официальной, освященной, закрепленной учебниками доктрины) не хотели даже выслушивать...

3

Гейлс (1677-1761), английский ботаник и химик, член лондонского Королевского общества и Академии наук в Париже, современник Ньютона. Шестой сын баронета из Кента, пастор, бакалавр богословия. Искал (безуспешно) сердце у растений, доказал различие между кровообращением у животных (по кругу) и движением соков у растений (от корней к листьям, где вода испаряется). Изобрел вентилятор (первые вентиляторы поставили в тюрьме, переполненной заключенными), придумал, как сохранять мясо в далеких путешествиях, научился собирать газы и измерять их объем, устроил первый опреснитель морской воды.

Еще Теофраст - друг и ученик Аристотеля - задумывался, зачем растениям листья. Ведь не для того только, чтобы украсить пальму, оливу, лавр, левкои...

Провозвестники. Они были в науке всегда. Их мало ценят, редко упоминают. Должно быть, потому, что их истинное значение (часто очень существенное) отчетливо осознавали лишь первооткрыватели, идущие по их следам.

Стивен Гейлс, английский священник, первым сделал попытку направить исследования о питании растений по правильному руслу. Он детально и долгие годы изучал, как движется в растении вода, поглощаемая корнями и испаряемая в листьях.

Пар - это тоже газ. Если растения могут извергать газы, то отчего же им их также и не поглощать? А может быть, они и дышат подобно животным? Хотя, видимо, и несколько иным способом?

А если все это так, рассуждал Гейлс, то воздух мог бы служить растениям пищей.

В 1727 году в своей книге "Статика растений" Гейлс высказал предположение: растения получают часть необходимого им питания при помощи листьев из воздуха. Он в своих догадках пошел даже гораздо дальше. "Проникающий в ткани листа свет, - писал он, - может быть, содействует облагораживанию веществ в них находящихся..."

Опередить свой век - не в этом ли высшая доблесть ученого!

Гейлс бесспорно стал одним из основателей физиологии, растений - науки, которая сформировалась лишь столетия спустя после его блестящих опытов.

4

Ломоносов (1711-1765), первый русский ученый-естествоиспытатель мирового значения; физик, химик, поэт, историк (в 1760 году им опубликована первая история российская), просветитель (организатор первого университета в России), технолог (цветные стекла для мозаичных портретов и картин). Сын крестьянина-помора, ставший академиком. В 17 лет бежал из родного дома и, выдав себя за сына дворянина, поступил в Славяно-греко-латинсчую академию в Москве. Заслуги Ломоносова, основателя русской науки, были оценены ученым миром с большим опозданием. Из современников лишь математик Эйлер сознавал истинную цену и значение Ломоносова. Для остальных же он оставался, по словам Введенского, "оригинальным мужиком с похвальной склонностью к просвещению, который писал стихи, по случаю чего и был ради примера сделан генералом". Но великий гений Ломоносова проложил себе дорогу. Его чтят сейчас во всем мире. В 1960 году, когда летавший вокруг Луны советский спутник фотографировал ее спрятанную от нас сторону, один из обнаруженных там кратеров был назван именем Ломоносова.

Девять наук - физика, химия, геология, минералогия, география, астрономия, философия, история, филология - спорят, какая из них больше обязана гению Михаила Васильевича Ломоносова.

А ботаника? Отчего-то обычно забывают, что и ей Ломоносов посвятил немало времени. Что и тут его мысль далеко опередила современную ему науку.

По соседству с домом, где долго жил Ломоносов, на Первой линии Васильевского острова находился в Петербурге "Ботанический огород". 15 лет служил он для ученого местом отдыха и научных наблюдений. У Михаила Васильевича был даже свой ключ от садовой калитки...

Родившийся на севере, на берегах Двины, где почва бедна, Ломоносов не раз задумывался: как, скажем, ель - такое крупное дерево! - могло так вымахать, питаясь лишь той скудной пищей, которую предоставляет ей здешняя (на севере ли, под Петербургом) тощая землица? Где в ней тот "жирный тук", столь необходимый всякому растению?

И вот во времена, когда все поголовно считали, что лист - всего лишь помпа, выкачивающая из растения лишнюю влагу, когда в ученых трудах твердили, что лучшее питание для растений - чистая вода, Ломоносов дерзко утверждал иное: "Преизобильное ращение тучных дерев, которые на бесплодном песку корень свой утвердили, ясно изъявляет, что жирными листьями жирный тук в себя из воздуха впитывают: ибо из бессочного песку столько смоляной материи в себя получить им невозможно..."

И позднее в трактате "О слоях земных" Ломоносов писал: "Откуда же первый сок сосны собирается и умножает их возраст, о том не будет спрашивать, кто знает, что многочисленные иглы нечувствительными скважинами почерпывают в себя с воздуха жирную влагу, которая тончайшими жилками по всему растению расходится и разделяется, обращаясь в его пищу и тело..."

Гипотезы, говорил Ломоносов, это как бы порывы, дающие людям великим средство достигнуть знаний, до которых "умы низкие и пресмыкающиеся в пыли никогда добраться не могут".

Мысль о воздушном питании растений пока нельзя подтвердить экспериментально: ученым во времена Ломоносова еще не была известна природа различных газов, входящих в состав воздуха. Однако идея фотосинтеза, словно не раскрывшийся еще бутон диковинного цветка, ждала своего часа. И этот час приближался.

5

Пристли (1733-1804), английский философ-материалист, химик, общественный деятель. Сын ткача, в 7 лет лишился матери, воспитывался у богомольной тетки. Слабый, болезненный, заикающийся, он обнаружил непреодолимую склонность к наукам: еще в школе изучал философию, логику, математику, языки (знал греческий, латинский, французский, итальянский, немецкий, древнееврейский, арабский, ассирийский, халдейский языки). Написал научно-популярную книгу "История электричества", изобрел содовую (сельтерскую) воду (тогда ею безуспешно пытались лечить цингу), открыл в 1774 году кислород, упрямо защищал отживавшую свой век теорию флогистона. Став после окончания духовной академии священником-диссидентом (не признающим узаконенной господствующей церкви, в средние века за это просто отправляли на костер), Пристли проповедовал веротерпимость, одобрял борьбу североамериканских колоний за независимость, приветствовал Великую французскую революцию, выступал против работорговли и религиозного фанатизма всех мастей. Когда шестидесятилетний Пристли вступил в общество "Друзей французской революции", толпа разъяренных обывателей устроила в его доме погром, ученый бежал в США, где и скончался.

Первый удачный опыт (ива Гельмонта) - подарок дьявола: только потом обычно начинается настоящая работа, дающая зрелые плоды. Эту аксиому быстро уразумели другие научные "детективы", пытавшиеся разгадать тайну фотосинтеза.

Удивительная все же закономерность - великие открытия, как правило, обычно делались (и, видно, всегда будет так) совершенно случайно.

Научное рвение, настойчивость, целеустремленность - все это хорошо и, несомненно, способствует получению научных результатов, но - увы! - этого одного недостаточно. Нужно еще, как говорят, родиться в рубашке, под счастливой звездой.

Грустный факт, но научные изыскания подобны охоте: опытный стрелок, прекрасно знающий лес и повадки зверей, часто после томительного блуждания возвращается с пустыми руками. А случайный прохожий неожиданно приносит крупную дичь...

Английский священник Джозеф Пристли хоть и не был новичком в науке, совсем не помышлял о том, что мы сейчас назвали бы загадками фотосинтеза. У него была другая цель - найти способ очистки воздуха, испорченного горением.

Что он только не перепробовал! Воздух, заключенный в замкнутом сосуде и испорченный горением свечи (она в конце концов гасла), Пристли подвергал всевозможным испытаниям:

освещал ярким светом, охлаждал, нагревал, сжимал, разреживал; клал в сосуд различные предметы и вещества - перегной, например;

словно лунатик, не отдающий себе отчета в своих действиях, перепробовал он и средства, вроде бы заведомо непригодные...

(Подумать только: Пристли ведь мог и не открыть фотосинтеза! Истощилось, лопнуло терпение, человек - простительно! - понял, что начинает сходить с ума, повторяет одно и то же, уже разговаривает сам с собой... Устал, смирился, отчаялся, отступился...)

Все было тщетно. Воздух не очищался: свеча в нем гасла, мышь, посаженная под колпак, жила недолго.

Но однажды вопреки всякой логике (он ведь считал, что растениям, как и животным, нужен чистый воздух) Пристли поместил под стеклянный колпак растение - мяту в горшочке.

И забыл об этом, занялся другим, отвлекся.

Спустя неделю в полной уверенности, что растение завяло, он подошел к сосуду.

О чудо! Ученый не верил собственным глазам: никаких признаков увядания, растение выглядело свежо, словно в первый день творения!

Пристли вновь охватила исследовательская лихорадка: он понял, что это открытие, счастливая находка, удача, которая так долго ускользала от него.

Эксперименты продолжались. Теперь ученый поместил под колпак рядом с мятой белого мышонка. Выживет ли он?

День, другой, третий... неделя...

Мышонок как ни в чем не бывало бегал в своей стеклянной клетке, ел корм, принюхивался к мяте, к ее острым запахам, удивленно разглядывал своими блестящими бусинками-глазками немолодого уже чудака, с изумлением наблюдавшего за ним.

Теперь уже сомнений у Пристли не было: он сделал удивительное, потрясающее открытие!

Вот что писал об этом в 1772 году сам Пристли:

"Мне посчастливилось случайно напасть на метод исправления воздуха, который был испорчен горением свечи, и открыть по крайней мере один из исправителей, которым Природа пользуется для этой цели. Это растительность. Можно было бы себе представить, что поскольку обычный воздух необходим для жизни как растений, так и животных, то растения и животные действуют на него одинаково. Признаюсь, что и я так предполагал, когда поместил пучок мяты в стеклянный кувшин, опрокинутый в сосуд с водой, но когда она продолжала расти там несколько месяцев, я убедился, что этот воздух >не тушит свечи и не вредит мыши, которую я туда поместил,.."

Эти опыты произвели сильное впечатление на современников Пристли. Президент Королевского общества, вручая Пристли Большую золотую медаль, взволнованно говорил: "Отныне мы знаем, что от дуба в лесу до былинки в поле все растения вносят свою долю в поддержание необходимой для всего животного мира чистоты воздуха!"

Эту мысль мы подробно разовьем в следующей главе, пока же выскажем два замечания в связи с открытием, сделанным Пристли.

Первое: 1771 год (иногда указывают 1772, ибо опыты были произведены в 1771 году, а описал их Пристли в научном журнале позднее, в 1772) официально считается датой открытия фотосинтеза.

Но так ли это?

Явление фотосинтеза - очень сложный и многогранный феномен - во всей полноте стало более или менее понятно гораздо позже (мы в эгом скоро убедимся). И получается парадокс: честь открытия фотосинтеза могут оспаривать сразу несколько живших даже в разное время крупных ученых: каждый из них внес существенную лепту, открыл фотосинтез и... не открывал его!

Мышь под стеклянным колпаком (опыт Пристли): вверху в начале опыта, внизу через 5 часов

Второе замечание: что, собственно, открыл Пристли? То, что растения выделяют газ, необходимый для дыхания, то есть кислород.

Да, по существу, Пристли открыл кислород, с тем чтобы три года спустя уже сознательно (и официально) совсем в иных опытах открыть его вторично. И хоть с опозданием, но все же на те же три года опередить своего неудачливого конкурента, шведа Шееле.

Но так или иначе в хаосе не оформленных еще (порядок здесь навел вскоре Лавуазье, давший, в частности, имя газу, открытому в опытах Пристли: именно Лавуазье назвал этот газ кислородом) представлений о газах начало открытию фотосинтеза было положено.

Первое неизвестное (выделяемый растениями кислород), этот мистер Икс нашей почти детективной истории, было наконец обнаружено.

6

Шееле (1742-1786), шведский химик, член Королевской шведской академии наук. По образованию и профессии фармацевт. Работал в аптеках различных городов Швеции, где и проводил химические исследования. Отказался от лестного предложения быть придворным химиком при прусском и английском дворах (словно чувствовал, что как профессор он был бы ординарен, но как аптекарь - величайший в мире!). Был причастен к отрытию многих химических веществ (хлора, марганца, бария, молибдена, вольфрама, азота, кислорода), но остался в истории химии несомненно одним из самых больших неудачников: либо работы других были более глубоки и значительны, либо его (часто чуть-чуть) опережали. Так случилось, например, с открытием кислорода. В труде "Химический трактат о воздухе и огне" Шееле описал получение и свойства "огненного воздуха" и указал, что атмосферный воздух состоит из двух "видов воздуха": "огненного" - кислорода и "флогистированного" - азота. Однако приоритет открытия кислорода достался Пристли, выполнившему свои опыты позднее, но опубликовавшему их раньше Шееле.

Пристли стал знаменит. Парижская академия наук избрала его своим почетным членом, о нем заговорили в лондонских гостиных.

Одна очень богатая дама решила испытать на себе действие только что открытого очистителя воздуха. Она велит дворецкому поставить к себе в спальню на ночь пять больших кадок с тропическими растениями...

Наутро, проснувшись с мучительной головной болью, она посылает за доктором и публично объявляет, что Пристли плут и обманщик.

Это - научный фольклор. Неизбежная приправа ко всякому значительному научному открытию.

Неизвестно, стал ли бы Пристли серьезно полемизировать с этой дамой. Но серьезно отнестись к замечанию шведского исследователя Карла Вильгельма Шееле он был обязан.

Этот скромный аптекарь знал одну лишь страсть - химические опыты. Им он посвящал весь свой досуг.

Работа в аптеке оставляла для экспериментов лишь вечера и ночи. Долгие напряженные поиски при свечах среди колб и реторт. Наука без дневного света!..

Весть о поразительных опытах Пристли докатилась и до Швеции. Шееле решил повторить и проверить их.

Сделал он это быстро и, что удивительно (для Шееле), быстро же обнародовал результаты.

Писал он кратко, и его мнение об экспериментах своего английского коллеги (поразительно!) полностью совпало с мнением уже известной нам богатой дамы. Растения не улучшают воздух, писал Шееле, а, наоборот, делают его непригодным для дыхания.

О, этот хронический неудачник Шееле! Он был и прав и ошибался. Он прикоснулся к великой загадке фотосинтеза, мог бы стать одним из крестных отцов открытия этого уникального явления. Однако не стал. Обвинил Пристли и больше к этим опытам не возвращался: слишком далеки от фотосинтеза были его химические интересы.

А что Пристли? Он, конечно, огорчился, прочитав сообщение Шееле, и, естественно, решил повторить свои опыты.

И тут началось нечто непонятное. Эксперимент говорил то да, то нет. Не раз и не два повторял Пристли свои опыты, но вопрос так и остался открытым.

В конце концов обескураженный Пристли вместо прежних категорических утверждений был вынужден написать:

"В целом я считаю вероятным, что заросли здоровых растений, живущих в естественных для них условиях, оказывают оздоровляющее действие на воздух..."

7

Ингенхауз (1730-1799), голландец, личный врач австрийской императрицы Марии Терезии. Прививал оспу (в Вене, как и пб всей Европе, в те годы гуляла оспа - "Оспа, как и любовь, не щадит никого!") юным принцессам и принцам (до Дженнера, который стал прививать людям коровью оспу, это была рискованная акция, нередко приводившая к смертельному исходу), а у Терезии было 16 детей. Сын дельца в Северном Брабанте, Ингенхауз любил отца, но презирал коммерцию, увлекся науками (учился в Лувене, Лондоне, Париже, Эдинбурге), доктор медицины. Обладал веселым нравом, легко сходился с людьми, словно Летучий голландец, любил менять города и страны, внезапно появляться и столь же внезапно исчезать. Уже почти пятидесятилетним человеком наскоком (за одно лето) провел серию исследований по фотосинтезу и написал книгу, сделавшую его членом Королевского общества (Англия) и классиком науки, незадолго до смерти издал вторую книгу - "Дыхание растений".

Причина неудач Пристли была в том, что ни он, ни Шееле не выяснили, при каких внешних условиях растения очищают и при каких портят воздух.

Реабилитировал Пристли, разрешил спор между ним и Шееле Ян Ингенхауз, придворный оспопрививатель, личный врач австрийской императрицы Терезии.

Оставив Вену, он уединился летом 1779 года в деревне близ Лондона ("Лондонский туман сгущает ее только воздух, но и мысль", - отшучивался он позднее). Снял парик, парадные башмаки; убрал дорогой камзол и с лихорадочной поспешностью стал ставить опыт за опытом, С рассвета до поздней ночи. Несколько глотков черного кофе, и опять за работу. Многие, многие сотни (до 500 за лето!) опытов, без отдыха и перерывов...

Видимо, основная идея уже крепко сидела в голове Ингенхауза. Блестящую догадку необходимо было подтвердить экспериментально (теорему сначала угадывают, затем доказывают). И сделать это методически безупречно.

...Вот Ингенхауз поместил ветку элодеи под воду, прикрыв опрокинутой воронкой, а на шейку воронки надел пробирку.

На солнечном свету из растения (сквозь воду) в пробирку устремились пузырьки газа. Когда газа набралось достаточно, Ингенхауз сунул в пробирку тлеющую лучину: она ярко вспыхнула. Да, растения выделяют чистейший кислород...

Десятки раз, в разных вариантах и сочетаниях повторяет ученый свои опыты. Сомнений нет: растения очищают воздух только на свету и лишь зелеными своими частями (незеленые части, одревеснелые побеги, свежесрезанные кусочки корней газовых пузырьков не выделяли) - вот основной вывод Ингенхауза, поставивший все на свои места.

Так было найдено второе неизвестное, Игрек, - лучи Солнца, энергия которых и запускала сложный механизм фотосинтеза.

Покончив со своими бесчисленными опытами, Ингенхауз тотчас же садится за книгу. Она вышла в том же году и стала научным бестселлером. Ее сразу же перевели с английского на французский, немецкий, а затем и на родной язык автора - голландский.

Книга была написана ясно, живо, четко, последовательно, поднятые в ней вопросы были так интересны, что этот ученый трактат раскупали, словно то был модный роман.

Ингенхауз писал о вещах равно и интересных, и доступных пониманию всякого: "Я наблюдал, что растения не только обладают способностью исправлять дурной воздух в течение пяти или шести дней, если растут в нем, но что они полностью завершают этот важный процесс в течение немногих часов, и этот удивительный процесс вызывается не самим растением, но действием солнечного света на растение. Растения сверх того имеют самую неожиданную способность перерабатывать тот воздух, который они содержат в себе и, несомненно, постоянно поглощают из обычной атмосферы, в настоящий и прекрасно дефлогистированный воздух.,. Они изливают постоянно потоки этого очищенного воздуха, который... делает атмосферу более пригодной для жизни животных. Эта деятельность начинается лишь после того, как солнце уже поднялось над горизонтом. Растения, затененные высокими строениями или растущие в густой тени других растений, не совершают этой работы, но, наоборот, выделяют вредный для животных воздух... Эта деятельность растений уменьшается к концу дня и прекращается полностью при закате..."

Ингенхауз далее настойчиво подчеркивает, что он открыл "отравление" растениями воздуха в темноте (вспомним добровольные научные изыскания богатой дамы!), что проводить ночи в закрытых помещениях, где много цветов или плодов, вредно и опасно.

Ингенхауз, открыв дыхание у растений, явно преувеличивал опасные стороны этого процесса...

Но вернемся к спору Пристли - Шееле. Тут Ингенхауэ не обманывался - он доказал: они правы оба и оба заблуждаются.

Ведь Шееле работал ночами, при свете свечного огарка, и ничтожная фотосинтетическая деятельность растений маскировалась их дыханием. Поэтому они больше портили воздух, чем очищали.

А опыты Пристли в саду, при ярком свете? И здесь Ингенхауз внес ясность. Он пробовал добывать кислород из зеленых ветвей в жаркий полдень. Пузырьков в пробирке почти не было! Значит?.. Значит, слишком яркий свет, как и полумрак, неблагоприятно влияет на очищение воздуха растениями.

Все вновь становилось непростым и малопонятным. И было разъяснено учеными - явление фотодыхания - лишь в самые последние десятилетия.

Чтобы окончательно не запутать читателя, пока примем самое простое: во тьме пусть растения дышат (поглощают кислород), а на свету только фотосинтезируют - кислород выделяют, и только.

8

Бонне (1720-1793), швейцарский естествоиспытатель и философ. Родился в богатой семье, изучал юриспруденцию (доктор права), но все свое время отдавал зоологии и ботанике. Изучая тлей (крошечных насекомых миллиметровых размеров), открыл партеногенез (размножение без оплодотворения - только самки), в книге "Исследования о роли листьев в растениях" приписывал растениям способность ощущения, создал учение о "лестнице существ" (все неорганические тела и живые организмы располагаются в ряд, от простейших до самых сложных, включая человека, а также сверхъестественных существ - ангелов, архангелов и т. п.). Большую часть жизни провел в глухой деревне (в детстве после болезни потерял слух, а от усиленных занятий с микроскопом, изучая дыхание тлей, почти лишился зрения), вдали от центра научной и философской жизни Европы XVI века - Парижа. Все это и толкало его к занятиям философией, и в то же время не позволяло дать всего того, на что был способен его могучий ум.

В 1753 году женевский ученый Шарль Бонне сделал наблюдение, которому он не придал большого значения. Сорванные и погруженные в воду листья, будучи выставленными на солнце, покрываются пузырьками воздуха. Этим наблюдением Бонне фактически опередил и Пристли, и Ингенхауза. И мог бы (если бы понимал суть явления) тоже претендовать на роль отца фотосинтеза. Однако он прошел мимо открытия, что было вполне естественно: в то время еще не существовала химия газов...

Так кто же открыл фотосинтез?.. Споры об этом ведутся давно, но вряд ли это запуганное дело когда-нибудь станет таким же ясным и прозрачным, как вода в северном озерце.

Ну вот хотя бы Ингенхауз. Ох, и досталось же ему от потомков; и фимиама, и откровенной брани. Ученый делец! Придворный шаркун, любезник и острослов! Ловкий жонглер чужими мыслями!.. Гений моцартовского типа! Основатель физиологии растений, опередивший свое время па столетия!..

И современники Ингенхауза, и ученые историки разбились на два лагеря. Одни, как, например, наш соотечественник К. А. Тимирязев, считают, что заслуги Ингенхауза непомерно (словно детский надувной резиновый слон) раздуты. Что он похитил открытие у Пристли (обычно цитируют слова Пристли: "То же самое солнце светило нам обоим"; "Он только опередил меня в печати, чего я, при таких условиях, не сделал бы...").

Тимирязеву кажется подозрительным само поведение Ингенхауза. Почему он так неожиданно в 1778 году покинул Вену и отправился в Англию? Не потому ли, что там Пристли уже второй год снова занимается опытами с растениями? Ингенхауз не раз встречался с Пристли и дотошно выспрашивал подробности опытов по очищению воздуха растениями.

Отчего он так торопился с экспериментами? И почему, еще не окончив опытов (он сам об этом пишет), поспешил напечатать свою книгу?

Версию Тимирязева (отчасти, видимо, по традиции) разделяют и другие ученые. Любопытно, что в недавно вышедшем третьем издании Большой советской энциклопедии для отдельной статьи об Ингенхаузе не нашлось места. Пристли есть, есть и другой научный соперник Ингенхауза - Сенебье (о нем вскоре пойдет речь), но об Ингенхаузе помянуто лишь мельком.

Правда, в исторической научной литературе есть и другой перегиб: некоторые авторы приписывают Ингенхаузу чуть ли не всю честь открытия фотосинтеза. Этим особенно грешили немецкие и Австрийские исследователи, называвшие голландца "наш Ингенхауз". С ними-то прежде всего и воевал Тимирязев, называя подобные взгляды "венским шовинизмом".

Добровольные адвокаты Ингенхауза пытались показать, что все учение о питании растений, все основы их физиологии заложены им одним, замалчивая, принижая значение других исследователей.

Ну а объективно, без ненужных эмоций, как же все обстояло на самом деле?

Трудно сказать. Известно только, что в отличие от Пристли общительный любознательный и быстрый Ингенхауз был лично знаком с Бонне и его опытами. И использовал их позднее в собственных экспериментах, wo разве это недозволенный прием?

Знание всех подробностей опытов Пристли и Бонне, вероятно, и натолкнуло Ингенхауза на мысль о роли солнечного света для растений. Он молниеносно реализовал эту идею, за что его трудно упрекнуть, и получил громкую известность - тщеславие не самый страшный порок!

Примерно так, возможно, и обстояли дела. В общих чертах... Ну а нюансы, подоплеку, истину в последней инстанции мы, видно, так никогда и не узнаем.

В какой осенний (весенний?) вечер (утро?) в кабинете (саду?) после дружеской пирушки (торжественного приема в королевском дворце?) проникла и засела в голове Ингенхауза гениальная догадка? Роль общения с Пристли, Бонне? Дух той эпохи, крайние границы научной этики? Взвесить все это столь же трудно, как и стереть надпись на памятнике Ингенхаузу, поставленному в 1905 году во дворе Венского университета, где велеречивая латынь бесстрастно возвещает: Иоганнес Ингенхауз кесарсшй врач первый постигший образ питания растений

9

Сенебье (1742-1809), швейцарский естествоиспытатель, сын ремесленника (Ж. Руссо: "Если с французским часовщиком можно говорить только о часах, то с женевским - о чем угодно"). Образование почерпнул, просиживая в молодые годы целые дни в парижских библиотеках и изучая редкие книги. Брал уроки декламации у драматического актера, пробовал силы в литературе, написаа "Назидательные сказки". 23 лет был посвящен в сан пастора, но быстро променял место приходского священника на должность городского библиотекаря Женевы. Еще не выступив сам на поприще науки, он уже заинтересовался ее методами, философией науки (книга "Об искусстве наблюдений", 1775 год, получила премию известного в истории науки Гарлемского ученого общества). Предложил термин "физиология растений" и написал первый учебник по этой дисциплине, в науке работал очень скрупулезно (тратил слишком много времени на повторение одних и тех же опытов), писал медленно и многотомно - в результате его, как и Пристли, во многих вопросах обогнал Ингенхауз.

За спорами о приоритете мы совсем забыли давнюю проблему: что же питает растения?

Не почва - это доказал вроде бы еще Гельмонт. О том же твердит нам сейчас любая гидропонная установка, где на гальке, песке, стекле даже без единого грамма почвы растут огурцы и зреют помидоры.

Не вода - тому порукой хотя бы кактусы: они могут долго выносить жесточайшую засуху. Впрочем, вопрос о роли воды довольно деликатен, мы его еще коснемся.

Воздух? Идея воздушного питания растений в конце XVIII века носилась, что называется, в воздухе (Гейлс, Ломоносов).

Наиболее капитально и весомо по этому вопросу выступил, проведя тщательнейшие, растянувшиеся на добрый десяток лет изыскания, швейцарец Жан Сенебье. Еще и еще раз повторял Сенебье давнишний опыт Бонне, своего учителя: листья, погруженные в воду... пузырьки газа... Бонне в свое время считал, что они возникают из воды, а не из листа.

Сенебье дознался, что газ выходит из зеленой мякоти листа, ткани, которую он назвал "зеленой паренхимой".

Но гораздо важнее было его другое наблюдение. Помещая зеленые растения в предварительно прокипяченную воду, Сенебье заметил: пузырьки газа не выделяются даже на свету. Если же насытить воду углекислым газом (до новой химии, которую возвестил француз Лавузье, этот газ называли "связанным воздухом"), то сразу же начинается выделение из листьев очищенного воздуха, то есть кислорода. И пузырьков тем больше, чем вода богаче углекислым газом.

Если Ингенхауз, как и Пристли, в основном акцентировал очистительную, гигиеническую роль растений, то Сенебье отмечал упорно и во многих трудах, что растение само остро нуждается в продуктах испорченного воздуха.

В 1782 году Сенебье начал публиковать солидный трехтомный трактат под названием "Физико-химические мемуары о влиянии солнечного света на изменение тел трех царств природы и, в особенности, царства растений".

Главная мысль книги была та, что тот газ, который делает воздух непригодным для дыхания, как раз и служит "хлебом насущным" для всех растений.

Так, наконец, было найдено и последнее неизвестное нашего детектива: мистер Зет - углекислый газ.

Совершенно недвусмысленно и осознанно Сенебье констатирует: "Углекислота (он уже освоил новейшую химическую терминологию) разлагается на свои элементы (углерод и кислород) силою света...", "Причем кислород выделяется, а углерод становится составной частью растений..."

10

Соссюр (1767-1845), швейцарский естествоиспытатель, сын Ораса Соссюра, известного геолога и физика, первого исследователя Альп (и первого ученого, взошедшего на Монблан). Сведения о жизни Соссюра крайне скудны, ограничиваются несколькими строчками в энциклопедиях и биографических словарях, хотя скончался он всего лишь столетие назад. В отличие от Сенебье, оставившего груду толстенных ученых томов, Соссюр завещал потомству лишь небольшую книжечку: "Химические исследования по вегетации" (1804 год, Женева), но она принесла автору справедливую и прочную славу - членство в Парижской академии наук и лондонском Королевском обществе и стала классической - вошла в состав оствальдовской библиотеки "Классиков естествознания".

Сенебье полагал, что углекислый газ атмосферы не прямо поглощается листьями, а доставляют его корни растворенным в почвенной воде.

Ингенхауз же считал, что растения получают из почвы лишь свои "соки", а углерод и кислород - непосредственно из воздуха, из угольной-де кислоты: днем только углерод, а ночью - кислород.

Разнобой в суждениях и взглядах, правильные мысли уживались с фантазиями. Причины были ясны: пора было переходить от качественных опытов с растениями к количественным измерениям. Следовать путем, проложенным еще Гельмонтом.

Этот крайне важный рубеж в исследованиях фотосинтеза первым одолел швейцарец Никола Теодор Соссюр.

Влечение к науке у него было, вероятно, династическое: внук выдающегося агронома, сын известного ученого... Выходец из старинного, знатного лотарингского рода, где столетиями культивировались выдержка и сдержанность, привычка действовать неторопливо и тщательно,

Увлекавшийся вначале физикой, химией и минералогией, научившийся у отца доверять в науке лишь фактам, благоразумно воздерживаясь от теорий и идей, не подкрепленных экспериментом, Теодор Соссюр был готов сказать веское слово в только что нарождавшейся физиологии растений.

Не случайно в биографии Соссюра нет ярких пятен: его жизнь и научные занятия нерасторжимы, а продвигался он в науке медленно (не то что его отец, уже в 20 лет ставший профессором математики, а через год - и профессором философии).

Теодор делал ставку не на эффектный опыт, способный впечатлить легковозбудимую аудиторию (вспомним хотя бы мяту и мышь Пристли), а на систематические количественные, широко задуманные и планомерные исследования.

Мера, число, то есть не просто "да" или "нет", но "сколько"?

Простой вроде бы вопрос, но как много он требует измерений, взвешиваний, новых все более и более тонких и точных методик, хитроумных приборов да просто терпения и упорства.

Женевцы вообще трудолюбивый народ, всегда этим славились, но Теодор Соссюр, казалось, и для них мог стать образцом.

И книжка его была необычна - скромна, суховата, но зато обильна фактами и, главное, нова приемами и методами исследований. В пей впервые растения были выведены на строгий суд физики и химии.

Для нашей истории важны эксперименты Соссюра по газообмену у растений.

Ученый помещал испытуемых (барвинок, мяту) в широкий цилиндрический стеклянный сосуд, опрокинутый над площадкой со ртутью - этот прибор назывался эвдиометром и был придуман Орасом Соссюром. Сосуд наполняли смесью атмосферного воздуха и углекислоты и выставляли на солнечный свет на несколько дней.

Зная состав взятой смеси газов, Соссюр анализировал ее после опыта: так можно было определить, сколько убыло углекислоты и прибыло кислорода, так удавалось следить не только за фотосинтезом, но и за дыханием растений.

Но это не все: наступал следующий этап. Растение сжигали дотла, до золы. Золу тщательно взвешивали и подвергали химическому анализу. Так удавалось следить за привесом углерода.

И здесь ученого поджидал сюрприз: растения неизменно прибавляли в весе больше, чем весил углерод поглощаемого листьями углекислого газа!

Несомненно, углерод составляет основную часть привеса растений, но откуда же берется остальное?

Снова опыты, повторение их, повторение повторения. Устранение всех случайных факторов, кропотливый анализ данных... И опять опыты.

Так Соссюр в конце концов пришел к выводу, что часть необходимых ему (веществ (водород) растение берет из... воды! Так он показал, что отчасти старина Гельмонт был все-таки прав.

Мы еще много раз убедимся в этом: когда имеешь дело с растениями (и вообще с живыми существами), надо по возможности остерегаться категоричных утверждений, императивного стиля.

Соссюр, казалось бы, окончательно и неопровержимо, в пику Сенебье доказал: растения черпают углекислоту только из воздуха, а не из почвы. Однако полтора столетия спустя в работах советских физиологов выяснилось: частично растения могут усваивать углекислоту также из почвенных карбонатов, поглощая ее корнями и транспортируя в водном токе в листья.

И еще. Ученые долго спорили: почва, вода, воздух? А в конечном итоге оказалось, что растение получает пищу отовсюду, "из троякой среды" (выражение Тимирязева): и из почвы, и из воды, и из воздуха.

Своими работами Соссюр окончательно разрешил и еще один давний спор ученых.

Как это так, изумлялись многие, углекислоты в атмосфере ничтожные количества, как же можно насытить прожорливую зеленую ораву, каждый год столь буйно расцветающую на земле?

Сколько углекислоты в воздухе? Прежде тут не было единого мнения: одни вообще ее не находили, другие давали явно завышенные значения.

Соссюр и здесь навел порядок: 0,04 процента (более точно 0,03) - вот какова весовая концентрация углекислого газа в воздухе. Немного? И тем не менее (по общему балансу: над головой у нас гигантский воздушный столб!) вполне достаточно для растений.,.

11

Майер (1814-1878), немецкий врач (медицинский факультет Тюбингенского университета), физиолог и физик. Сын аптекаря. Медицина (практика в парижских клиниках) его не прельщала, он принял должность врача (здесь было мало дел и можно было всласть поразмышлять) на судне, идущем на Яву. В тропиках заметил изменение цвета крови у своих пациентов (темная венозная кровь человека, попавшего из умеренного климата в тропики, становится почти столь же красной, как и артериальная). Пришел к выводу: существует связь между потреблением пищи и образованием тепла в живом организме - идея закона сохранения энергии была им схвачена! Опередив Джоуля и Гельмгольца, стал писать статьи на эту тему, но его богатые идеи не были оценены. Споры о приоритете, научная травля (многие просто отрицали открытый Майером закон), смерть двух его детей - в 1850 году пытался покончить с жизнью (выбросился из окна с четвертого этажа, но и тут потерпел неудачу: остался хромым на все жизнь). При подстрекательстве родственников в здравом уме был помещен в психиатрическую лечебницу (ему приписали манию величия), где применялись жестокие и примитивные меры лечения. Сломленный, жил после этого так тихо и уединенно, что многие считали его давно умершим (публично говорили и писали об этом). Признание и слава пришли слишком поздно, к концу жизни, когда для него в них уже не было особой нужды.

Пора подводить итоги: основные действующие лица нашего детектива "Фотосинтез" - кислород, свет, углекислый газ - установлены, их роли очерчены, примерно поняты их взаимоотношения (место действия продумано Природой), необходима лишь развязка, финал.

Нет, стойте! Не хватает еще одного штриха, и существенного.

Мы помним: растения усваивают свой основной хлеб - углекислый газ - только на свету. Да, лучи солнца необходимы. Но каково их истинное назначение, амплуа, так сказать?

Юлиус Роберт Майер на судне "Ява" приближался к Индонезии.

Густой, пряный океан тропической растительности (не то что на севере, в Европе), этот буйный разгул зеленой стихии поразил воображение вчерашнего студента.

Что происходит с лучом света, упавшим на зеленый лист? Он же не может исчезать в нем бесследно? Мысли трепещут в голове судового врача, словно птицы: вспархивают, улетают, возвращаются вновь..

В 1845 году в работе "Органическое движение в его связи с обменом веществ" Майер подвел итоги своим долгим раздумьям, сформулировал закон сохранения энергии. Не забыл он и зеленый лист, и солнечные лучи.

Он писал:

"Природа поставила себе задачей перехватить на лету притекающий на Землю свет и превратить эту подвижнейшую из сил в твердую форму, сложив ее в запас. Для достижения этой цели она покрыла земную кору организмами, которые, живя, поглощают солнечный свет... Этими организмами являются растения..."

Вот, оказывается, каково предназначение растений: превращать энергию солнечного луча в иную форму энергии - химическую, запасая ее в листьях кустарников и трав, стеблях, стволах деревьев.

Теперь, наконец, мы готовы к точным формулировкам, к эпилогу нашего повествования. К тому, чтобы написать уравнение фотосинтеза: вот оно

Это, если записать уравнение на языке химии и физики, - строго по-научному. Ну, а если от химических символов опуститься до обыденного языка, повторить то же, но словами "презренной прозы", то получим:

Вот оно, это внешне простенькое суммарное уравнение фотосинтеза, итожащее усилия многих ученых.

Как много споров, трудов, волнений, напряженных раздумий, победных криков, даже зависти и вражды вобрало оно в себя! Сколько надежд и разочарований, ошибок, случайных удач!

Над разгадкой фотосинтеза трудились швед и русский, грек и немец, голландцы, англичане, швейцарцы. Поэтому фундамент этого учения воистину интериационален. Такой же характер носят исследования фотосинтеза и сейчас: редко в какой стране в той или иной мере не ведутся эти изыскания. И многонациональный фронт поисков все расширяется.

Почему? Да потому, что в той форме, в какой мы только что представили фотосинтез, мы лишь очень грубо передали детали этого процесса.

Собственно, уравнение фотосинтеза отвечает лишь на вопросы "что?" и "кто?". Что происходит при фотосинтезе и кто участники! И совсем не затрагивает (вопроса "как?".

Последний вопрос тоже доставил немало хлопот исследователям, об этом еще будет оассказ в.одной из следующих глав, хотя сразу можно предупредить: полного ответа на него ученые пока - увы! - не имеют.

Круговорот углерода в природе (экосистеме)

И еще одно - немаловажное - замечание. Обратим внимание на стрелки, вставленные в уравнения. Так химики обычно указывают направление хода реакции,

В растении анергия света содействует соединению воды и углекислого газа, при этом в зеленых листьях образуются углеводы и кислород. Этот ход событий (стрелка, указывающая направо) и есть, собственно, фотосинтез.

Однако процесс может идти и в обратную сторону, В клетках животных пища (ее источником в конечном итоге служат растения) сгорает, соединяясь с кислородом, - так возвращаются в мир углекислый газ и вода (попутно в этом процессе живые твари получают и необходимую им энергию).

Обратный ход событий (стрелка, указывающая налево) и есть дыхание. Так же как и фотосинтез, это один из универсальнейших жизненных процессов.

Вместе фотосинтез и дыхание образуют замкнутый круг, или Великий Цикл. А .движет этот цикл, запускает его космический источник энергии - Солнце, доходящие от него к нам лучи.

Какая поразительная картина открылась глазам ученых! Как умно, ладно подогнано все в этом мире!

Поневоле могут закрасться мысли о всевышнем и прочей божественной чепухе, когда осознаешь, что углекислый газ, кислород и лучи солнца - вот ключи к вечной молодости всего сущего на нашей планете.

Великий Цикл. Ежегодно зеленый покров Земли (полагают, что на 90 процентов он состоит из водорослей и одноклеточной зелени, плавающей в океанах), запасает много миллиардов тонн углерода (из углекислого газа атмосферы) и освобождает 145 миллиардов тонн живительного кислорода. Им дышит все живое, оно же перерабатывает кислород и углерод снова в углекислый газ - эту пищу растений.

И это колесо жизни (с настоящими - не из фанеры! - лошадьми, верблюдами, жирафами) ежегодно совершает свой торжественный и радостный круговорот.

Круг замкнулся, прошлое увязалось с будущим, вечно, казалось бы, вертящееся Колесо Жизни обнажило свои винтики и шестеренки. И одним из главнейших узлов этой дивной машины стал фотосинтез.