Дело в химии. Как все устроено?

Как холст сам не превратится в картину, даже если вы положите краски сверху, так и в банке с углекислым газом ничего не произойдет, если вы просто нальете туда воды (к сожалению). Реакция не только не происходит сама по себе, спонтанно – то есть нужен кто-то, создающий необходимую для события энергию, – но и требует какой-то особой машинерии, заставляющей углекислый газ и воду образовать именно глюкозу, а не метанол, этанол или еще какую-нибудь органическую молекулу. Короче: для того чтобы создать «Звездную ночь», нужен не просто художник, который умеет держать кисть и рисовать, но нужен непременно Ван Гог.

Только растения (в компании с небольшим количеством микроорганизмов), благодаря миллионам лет эволюции, умудрились изобрести «стратагему», способную задействовать эффективным образом фотосинтез. Сердцем удивительного молекулярного устройства стал хлорофилл, пигмент, благодаря которому растения окрашены в зеленый цвет. В компании с другими пигментами, присутствующими в меньшей концентрации, хлорофилл поглощает солнечный свет и превращает его в энергию, которая питает сложную последовательность реакций, в результате которых образуется глюкоза и другие важные для здоровья растений реакции.

Хлорофилл зеленый не случайно. Мы видим его зеленым, потому что он поглощает видимый свет в красно-оранжевом (самый активный в фотосинтезе) и сине-фиолетовом (используется для других процессов – цветение и синтез белка) спектрах. Представьте себе, если в радуге пропадут красная, оранжевая, синяя и фиолетовая полосы: что останется? Зеленая и капелька желтой, естественно. С удивительным миром красок мы познакомимся в рассказе 4 и вместе узнаем, почему одни молекулы поглощают свет, а другие – нет.

Растения весьма чувствительны к цвету световых лучей, их освещающих, настолько, что если некое растение освещать зеленым, оно начнет ускоренно расти ввысь, забросив другие физиологические процессы. Почему? Все просто: если растение освещается зеленоватым светом, то воспринимает это как соревнование с другими растениями, затеняющими его. И реагирует так, будто оказалось в тени более высокого растения, поэтому меняет собственный метаболизм так, чтобы вырасти как можно выше и добраться до света. Если сделать освещение синим или красным, можно вызвать иные процессы в растениях: в зависимости от спектра света, который оно получает, растение может реагировать и вести себя очень по-разному, активизируя или прекращая синтез определенных молекул.

Это побуждает нас задуматься над очень важным выводом: растение – живое существо. Возможно, это ни для кого не новость, а обычная банальность, но это та банальность, о которой мы не очень часто задумываемся. «Быть овощем», «стать овощем» – кто из нас не использовал эти выражения, говоря о состоянии комы или серьезных неврологических нарушениях? Конечно, у растений нет центральной нервной системы и мозга, и у них нет болевых рецепторов. Нет смысла, конечно, говорить о боли, страхе или сознании. Тем не менее растения представляют собой очень сложные организмы, реагирующие на стимулы, как и другие живые существа, хотя не ходят и не покрикивают.

Растение Mimosa pudica (мимоза стыдливая) обладает способностью складывать листочки, когда ее трогают. Достаточно легко ее коснуться, чтобы она сложила свои листья. Если, конечно, не успокоить ее хлороформом или иным анестетиком (это вовсе не шутка). Многие растения обладают более коварными защитными механизмами. Некоторые в ответ на опасность начинают выделять токсичные вещества, например, при нападении гусениц или тли, которые собираются их сожрать. Мы углубимся в эту тему чуть далее, а пока маленькое предупреждение: значительная часть пестицидов, которые мы съедаем, производится… самими растениями.

Другой весьма любопытный факт из жизни растений. Точно так же, как и организм животного, организм растения передает сигналы посредством электрических импульсов, в точности как наши нейроны. В 2014 году группа ученых из Университета Лозанны продемонстрировала, как Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля), весьма распространенное растение, не представляющее никакого сельскохозяйственного интереса, но активно используемое в исследованиях по растительной физиологии, реагирует электрическими сигналами на присутствие паразитов, хотя сам механизм, регулирующий это поведение, еще до конца не ясен.

По ту сторону света

Мы увидели, как растения могут с помощью фотосинтеза синтезировать глюкозу, которая служит «топливом» для снабжения клеток энергией. Тем не менее растениям нужно еще и вытягивать из земли другие питательные вещества, необходимые для выживания, в частности воду и минеральные соли.

Если бы мы провели анализ листа салата, то обнаружили бы, что он содержит все девяносто природных элементов периодической таблицы, включая золото, вольфрам, ртуть, даже уран, хотя большинство из них, по мнению ученых, не играют никакой роли в биологии.