Яблони на Марсе

С тех пор условия жизни на Земле сильно изменились. Однако природа не смогла выбросить хлорофилл и заменить его другим, более подходящим пигментом, поскольку хлорофилл оказался слишком глубоко вплетенным в ткань жизни. Появились красные, желтые пигменты, они, возможно, гораздо эффективнее улавливают солнечные лучи, однако и в растениях с красными или желтыми листьями в самом центре процесса фотосинтеза продолжает трудиться хлорофилл, пусть, возможно, и с меньшей силой, чем раньше.

Это последнее мнение об амплуа и судьбе хлорофилла, конечно, уместно лишь для растений земных. Не исключено, что в условиях других планет (допустим, что на Марсе будут обнаружены примитивные растения), при резко выраженном дефиците лучистой энергии, когда каждая «капля» света на строгом учете, окраска растений может уже приобрести прямое приспособительное значение. И между цветом пигментов и их назначением ловцов света будет прямое и однозначное соответствие.

Но это все лишь предположения, догадки… Чарлз Дарвин, очень интересовавшийся в последние годы своей жизни пигментами растений, как-то обмолвился: «Хлорофилл, — писал он, — это, быть может, самое интересное из органических веществ». С этими словами трудно не согласиться. И очень возможно, что тайны хлорофилла так никогда и не будут полностью раскрыты.

На заре истории

Лист зелен, но красящий пигмент — хлорофилл — не распределен равномерно в его клетках, а сосредоточен в крошечных зернышках — хлоропластах. Эти микроскопические тельца разнообразны по величине и форме. У зеленых водорослей спирогир они имеют форму спиральных лент; у хлореллы хлоропласт по форме напоминает чашу. Наблюдая хлоропласты, ученые давно догадывались: это, видимо, и есть те микроскопических размеров живые «машины», где происходит фотосинтез. Но как это показать?

Число хлоропластов в отдельной клетке высших растений может быть большим: до нескольких сотен. И каждое из этих живых образований имеет очень сложное строение. Внешне отдельный хлоропласт напоминает… огурец или половинку его: так обычно и изображают хлоропласт на рисунках, чтобы можно было хорошенько разглядеть его строение. Внутри хлоропласт — диаметр его сотые доли миллиметра — перегорожен (от одной его стенки — внешней мембраны-оболочки — до другой) тонкими мембранами, называемыми ламеллами. В отдельных местах ламеллы утолщаются, образуя граны.

Под электронным микроскопом удается разглядеть граны. Они представляют собой как бы стопки уже совсем мелких, едва видимых, аккуратно уложенных круглых плиток. И в каждой такой стопке от 250 до 300 молекул хлорофилла. Отдельный хлоропласт содержит миллиарды молекул хлорофилла. Нет никаких сомнений: хлоропласт — это созданный природой аппарат для фотосинтеза, а доказал это теперь очевидное положение в 1881 году Теодор Энгельман.

Энгельман (1843–1909) — немецкий физиолог, ровесник Тимирязева, автор выдающихся работ по физиологии животных. Открыл (1888), что фотосинтез присущ не только растениям и водорослям, но также и особым пурпурным (названы так, потому что содержат темно-красный пигмент) бактериям; в отличие от растений они, правда, не выделяют кислорода и поглощают синие и зеленые лучи света. Установил связь между окраской водных растений и их распределением по глубинам. Давно замечено: в глубинах морей и водоемов преобладают красные водоросли, а ближе к поверхности — бурые и зеленые. А дело, оказывается, в том, что лучи разных участков солнечного спектра поглощаются водой неодинаково. Больших глубин достигают в основном лишь синие лучи, которые хлорофилл не может эффективно использовать. Поэтому на глубинах до ста метров живут красные водоросли: их красный пигмент фикоэритрин способен поглощать желто-синюю часть спектра. Энгельман изобрел и усовершенствовал множество приборов для физиологических и иных исследований.

Энгельман сконструировал особый микроскоп: он позволял освещать небольшими пучками света различные части зеленых клеток. Так можно было начать поиск областей, где совершается процесс фотосинтеза. Для этого исследователь подобрал бактерии, жадно поглощающие кислород, продукт фотосинтеза. И вот эти бактерии начали концентрироваться только в тех участках, где находились освещенные хлоропласты…

Хлоропласты полны загадок. Есть гипотеза, что эти органеллы — потомки древних организмов, которые на заре истории жизни на Земле случайно внедрились в незеленые клетки и тем самым сделали их автотрофами, способными создавать органические вещества путем фотосинтеза. Союз этот оказался очень выгодным для обеих сторон.

Любопытно, что зеленые клетки можно «избавить» от хлоропластов, нагревая их. Поколения клеток, живущих при высоких температурах, все более и более бледнеют и в конце концов становятся бесцветными, лишенными хлоропластов. Того же удается достичь и химическими средствами, воздействуя на зеленые клетки стрептомицином и другими веществами.

Фотонный зонтик