Сколько растениям солнца надо?

 А на краю природы, на границе
 Живого с мертвым, умного с тупым,
 Цветут растений маленькие лица,
 Растет трава, похожая на дым. 
 

Николай Заболоцкий

Прорвавшись к Земле из космических глубин, солнечные лучи могут отразиться от облаков, рассеяться на аэрозольных частицах в атмосфере, нагреть почву, наконец, могут быть поглощены в зеленой шубе планеты.

Особенно сложно исследовать метаморфозы солнечной радиации в растительном покрове. Этот стык с биологией успешно осваивают в ИАФА ученые сектора физики атмосферы, которыми уже многие годы руководит доктор физико-математических наук Юхан Карлович Росс.

Необходим тесный контакт с фотосинтетиками, биологами, детальное знание архитектоники растительного покрова. Ведь листья, расположенные в верхних ярусах растений, имеют структуру, отличную от структуры листьев нижних ярусов, стелющихся по земле. (Закон, открытый в 1902 году русским ботаником В. Р. Заленским.)

В верхних этажах растений больше солнца, меньше влаги. И процессы фотосинтеза идут здесь по-иному.

Листья различаются по форме, размерам; с глубиной растительного покрова меняется их ориентация; положение стеблей подчиняется в известной мере воле случая и управляется нетривиальными статистическими закономерностями. Потому-то так нелегко изучать процессы поглощения света в посевах, кустарниках, лесной чащобе.

А сам интимный момент ассимиляции световых квантов хлоропластами - этими крошечными органеллами, помеченными зеленым хлорофиллом?

Что растениям необходим свет - общеизвестно. При слабом освещении чечевички хлоропластов "подплывают" к обращенным к свету стенкам клеток и располагаются перпендикулярно лучам.

Это явление называется положительным фототаксисом. Так, тонкая аппаратура клетки позволяет улавливать максимум драгоценных солнечных лучей.

Иное на ярком свету. В клетках листьев, попавших из тени под прямой световой поток, хлоропласты очень быстро становятся ребром к свету, разбегаются в стороны и буквально прячутся от солнечных лучей, тесно прижимаясь к боковым стенкам клеток (отрицательный фототаксис).

Отчего растения страшатся избытка солнечной энергии? Вопрос этот окончательно не решен. Есть подозрение, что при малейших повреждениях механизма фотосинтеза (а повреждения частично, конечно, всегда имеют место) в возбужденном состоянии молекулы хлорофилла или других пигментов, взаимодействуя с кислородом воздуха, образуют фотоперекись - сильный яд, разрушающий все живое..

Так, легкое недомогание, затормозившее фотосинтез, может бесследно пройти в темноте и привести к смертельному исходу под лучами солнца.

Хлоропласты в клетках листа изменяют свое расположение в зависимости от силы освещения: при сильном освещении они, как бы прячась от яркого света, располагаются вдоль стенок клеток (слева), при слабом - по всей клетке, чтобы поглощать побольше лучей

Проблема "фотосинтез и использование солнечной радиации" вошла как один из важнейших разделов в Международную биологическую программу. Эстонские исследователи из ИАФА уже приняли участие во многих комплексных экспедициях. Они работали на полях Эстонии, Молдавии, в Таджикистане.

Под палящим солнцем, вооруженные приборами, измеряли они, как солнечная радиация распределяется в посевах кукурузы, сорго, подсолнечника, хлопчатника, составляли и решали сложные дифференциальные уравнения.

В этой нелегкой работе принимал участие и один из главных героев этой главы, ныне доктор биологических наук, старший научный сотрудник ИАФА Агу Хейнович Л а иск.

"Вначале исследования носили чисто статистический характер, - вспоминает он. - Данные по растениям, листьям, фотосинтезу должны были давать нам биологи. Однако аппаратура у них была неважная. По полчаса уходило, чтобы, скажем, снять одну зависимость фотосинтеза листа от освещения. А подобных кривых (в игру вступали концентрация углекислого газа, влажность воздуха, температура и так далее) требовалось великое множество. Литература же по этим вопросам отрывочна, случайна и скудна. Вот и родилась мысль: эти данные прямо в поле добывать самим. Сконструировали аппаратуру, стали копить факты..."

Мы сидим в одном из холлов ИАФА, в удобных мягких креслах. И мне очень трудно представить, как Лайск где-нибудь в знойной долине Таджикистана стоит в высоких посевах хлопчатника и держит в руках им же самим сконструированный прибор под названием "Мышь" - длинную почти четырехметровую трубу с отверстиями, внутри которой движется и "осматривает" окрестности фотоумножитель ФЭУ-33...

"Лет десять назад, - продолжает Лайск свой рассказ, - случай резко изменил направление моих научных поисков. Летом мы работали на селекционной станции, снимали характеристики листьев кукурузы. Привезли обед. Кормили строго по графику - пришлось прерваться; оставили высокую интенсивность света, облучавшего лист, и ушли. Через час по возвращении нас поджидал сюрприз: кривые, характерные для листьев из нижнего яруса, превратились в кривые для верхнего. Я понял, что все те деления, классификации, которых мы придерживались, довольно условны. Лист очень гибко приноравливается к новым условиям. Очень захотелось понять, каковы пружины и возможности адаптации, как, в сущности, функционирует зеленый лист, как реагирует на изменение внешних условий... Я резко изменил курс: отошел от математического моделирования процессов продуктивности посевов и ринулся в совершенно новую для меня область. Если бы я был тогда знаком со всем обилием литературы, с дьявольским коварством и сложностью биологических объектов - я бы за это дело, пожалуй, не взялся: духу бы не хватило!.."