Физики в заповеднике

 Что-то физики в почете.
 Что-то лирики в загоне.
 Дело не в сухом расчете,
 Дело в мировом законе. 
 

Борис Слуцкий

В конце мая 1968 года из гаража ИАФА выехал автобус. Кроме шофера, в нем находился Лайск и его ученик и ближайший сотрудник, физик-экспериментатор Велло Оя.

Автобус развернулся, взял курс к западному побережью Эстонии. Путь его лежал к заповеднику на полуострове Пухту.

Нутро автобуса имело необычный вид. В углах висели баллоны с углекислым газом, стены были сплошь заставлены самописцами и какими-то приборами, на столе стоял проекционный аппарат. Тут же находилась раскладушка Лайска...

Снимать световые и прочие кривые листа прямо в поле под естественным солнцем трудно. Все быстро меняется: освещение, температура, состав воздуха. Вынесешь в посевы прибор, а тут неожиданно дождь!..

Вот и родилась мысль - стабилизировать условия, превратить автобус в лабораторию, где можно было бы по желанию создавать для листа любой климат.

Не хватало лишь подопытных кроликов, то бишь листов. Здоровых, только что срезанных с куста или дерева.

Правда, не всякий лист хорош для дела. Он должен быть гладкий, не шероховатый: чтобы хорошо входил в листовую камеру. И достаточно большого диаметра. Ведь концентрация углекислоты в воздухе мала - лишь 0,03 процента, а лист поглощает и того меньше: зарегистрировать такие крошечные количества непросто. Вот и необходим широкий лист, который поглощал бы порции побольше.

Да, удобен был не всякий лист. Многие виды, особенно однодольные (кукуруза, ячмень, сныть и другие травы) очень чувствительны к внешним условиям: устьица быстро закрываются. Да и вегетационный период у них мал: хоть и зеленые, но уже не фотосинтезируют.

В несколько сезонов (заповедник Пухту, селекционная станция Йыгева, дендропарк в Харку - все Эстония) перепробовали многое: листья березы, дуба, сирени, фиалок, тростника и т. д. Наиболее подходящими для измерений оказались листья осины.

Короток сезон экспериментов. Два, два с половиной месяца. А как много надо успеть!

Добрался автобус до места. Первое - необходимо подключиться к электросети. Найти столб электролинии.

Затем - настройка и отладка аппаратуры, калибровка приборов, пробные опыты. И вот начинается главная работа.

"Рядом море, вокруг красоты заповедника, загорай, нежься! - вспоминает Лайск. - А мы целые дни просиживали в фургоне и были белые, как лебеди. Велло даже шутил, что надо было бы поставить внутри кварцевую лампу, чтоб хоть чуточку загореть..."

Нет, это был совсем не пикник. Приборы включали в 9 утра, а выключали в 11 вечера. Но часто, ложась, не могли заснуть: в голову лезли мысли о том, правильна ли идея, как завтра продолжать эксперименты, что значил тот загадочный изгиб на кривой... Сезон научной охоты на исходе, еще какие-нибудь десять дней до осени - пора уезжать, надо торопиться! И это тогда, когда проблема только начала по-настоящему вырисовываться.

Да, сезонная работа - нелегкая вещь.

И вновь с утра в фургон, в котором днем стоит 30-градусная жарища.

Вот только что срезанный лист вставлен в камеру-прищепку. И начинается эксперимент, длящийся три-четыре часа.

В день успевали обработать лишь один-два листа: много времени уходило на анализ кривых, показания с лент тут же обрабатывали на небольшой ЭВМ. Потом осмысление данных, обсуждение того, куда идти дальше, что предпринять завтра со свежими силами.

Так и получалось, что за сезон успевали обработать не больше сотни листов.

Результаты каждого опыта (кривые по влиянию на продуктивность - количество ассимилированного углекислого газа - интенсивности света, температуры и т.д.) собирали в отдельный конверт. Теперь таких конвертов накопилось уже 560 штук.

Препятствий было немало. На Пухту вроде бы было очень удобно: рядом продовольственный магазин, недалеко море. Но - увы! - днем к сети на ближайшей сельскохозяйственной ферме подключались какие-то мощные агрегаты. Напряжение сразу падало на 120 вольт. Вот и пришлось долгое время работать по ночам.

Много хлопот доставила и аппаратура. Нужно было собрать свои, оригинальные приборы, ибо стандартные не годились. Почти все сконструировано, собрано, переделано руками Велло Оя. Психрометры, измеряющие влажность воздуха, газоанализаторы.

С ними больше всего мучений. Промышленные аппараты имели чувствительность шкалы раз в десять грубее, чем требовалось. А надо было измерять примеси углекислоты с точностью до 0,005 процента.

Биологи бы со всем этим не справились. Тут преимущество физика-экспериментатора, не боящегося приборов и измерений, хотя бы и самых тонких, очевидно.

Лист заботливо термостатировали (температуру - ее измеряли с помощью особой термоиглы - держали с точностью до градуса).

В камеру подавали газовую смесь, ингредиенты которой подбирали по заранее составленным рецептам. Этот газовый букет на выходе из камеры анализировали: так можно было узнать, сколько углерода поглотил лист.

О диффузионном сопротивлении устьиц листа судили по транспирации - тому количеству влаги, которое выделял лист.

Путь углекислого газа в листе долог: устьица, затем поры межклетника, потом узкие (диаметром 10^-5 сантиметра) поры (видимо, гидрофобные) в мембранах отдельных клеток мезофилла, наконец диффузионное сопротивление плазмы клетки на пути к хлоропластам.

Оценить количественно все звенья этой долгой и сложной цепи в поисках ограничительной стадии было не так-то просто. И здесь содружество физика-теоретика и физика-экспериментатора оказалось очень ценным.

И научный урожай был значителен. Удалось прощупать весь извилистый лабиринт превращений углекислого газа в листе - вплоть до сердцевины: биохимических реакций, идущих в отдельном хлоропласте.

"Приступая к работе, - говорит Лайск, - мы поставили перед собой на первый взгляд простой вопрос: что определяет интенсивность фотосинтеза растений? Но вскоре поняли, что ответить на этот вопрос всеобъемлюще нам не под силу и что только сужение проблемы может гарантировать успех.

Сложное гибкое живое существо растение рассматривалось в наших исследованиях как система химических реакций, связанных с внешним миром посредством диффузионного процесса. От растения остался только скелет, химический скелет фотосинтеза.

Достоинством простых моделей является то, что они дают прочную основу для разумной фантазии и при наличии дополнительной информации позволяют реставрировать строение всего организма".

Прежде чем идти дальше, полезно оглянуться на пройденный Лайском путь. Судьба Лайска очень характерна.

Вспомним. Вначале он занимался распределением солнечной радиации в посевах. Собственно, никакого фотосинтеза не было - чистая физика: довольно сложные физические измерения и математические расчеты. Кандидатская Лайска (1965 год) называлась "Экспериментальное исследование коротковолновой радиации в растительном покрове".

Но затем внимание Лайска привлек отдельный зеленый лист. Именно в нем, полагал исследователь, кроется разгадка тех закономерностей, которые характерны для растительных покровов.

Тут уже начался фотосинтез. Но скорее как досадная помеха, как осложнение: физик оставался физиком. Вместе с Оя Лайск начал придумывать и мастерить физические приборы, чтобы взять идущие в листе процессы под надежный контроль. Пошли в ход и различные модели, теоретические расчеты.

И в очень старую и довольно запутанную биологическую проблему была внесена ясность. Теперь уже можно было модель листа усложнять, детализировать, вносить биохимические и иные тонкости.

Сам же Лайск и его коллега созрели для того, чтобы взяться за одну из самых новейших и сложных проблем фотосинтеза. Такой проблемой стала для Лайска загадка фотодыхания.