Зміст

1. Ведення 3
2. Помилка Ван-Гельмонта 3
3. Найцікавіше з речовин у всьому органічному світі 6
4. Червоний колір - символ творення 7
5. Про що розповіли мічені атоми! 9
6. Зелена електростанція 10
7. Фотосинтез і врожай 13
8. «Чародейки зимою зачарував, ліс стоїть ...» 16
9. Ліси - легені планети! 17
10. «Ліс, точно терем розписного, ліловий, золотий, багряний ...» 20
11. Радуга флори 23
12. Зелені тварини - реальність чи фантазія! 26
13. Висновок 30
14. Список використаних джерел 30

Ведення

Колись, десь на Землю впав промінь сонця, але він упав не на марнугрунт, він упав на зелену билинку пшеничного паростка, або, краще сказати,на хлорофілових зерно. Ударяючись про нього, він потух, перестав бути світлом,але не зник ... В тій чи іншій формі він увійшов до складу хліба, якийпослужив нам їжею. Він перетворився в наші м'язи, в наші нерви ... Цейпромінь сонця зігріває нас. Він приводить нас в рух. Бути може, в цюхвилину він грає в нашому мозку.

Рослина з повітря утворює органічна речовина, з сонячного проміння
- Запас сили. Воно представляє нам саме ту машину, яку обіцяють умайбутньому Мушо і Еріксон, - машину, що діє дармовий силою сонця. Цимпояснюється прибутковість праці хлібороба: витративши порівняно невеликакількість речовини, добрив, він отримує великі маси органічногоречовини; витративши трохи сили, він отримує величезний запас сили у виглядіпалива та їжі. Сільський господар палить ліс, підбурює луг, продає хліб,і вони знову повертаються до нього у вигляді повітря, що при діїсонячного проміння знову приймає форму ліси, луки, хліба. За сприяннярослини він перетворює не мають ціни повітря і світло в цінності. Він торгуєповітрям і світлом.

Помилка Ван-Гельмонта

У старі часи лікар зобов'язаний був знати ботаніку, адже багатолікарські засоби готувалися з рослин. Не дивно, що лікарінерідко вирощували рослини, проводили з ними різні досліди.

Так, голландець Ян Баптист Ван-Гельмонт (1579-1644) не тільки займавсялікарською практикою, а й експериментував з рослинами. Він вирішив дізнатися,завдяки чому росте рослина. З тваринами і людиною начебто всеясно: поїдаючи корм або їжу, вони отримують речовини, завдяки якимзбільшуються в розмірах. Але за рахунок чого крихітне насіння, позбавленерота, перетворюється у величезне дерево?

Щоб відповісти на це питання, Ван-Гельмонт проробив наступне.
Взяв діжку, в яку насипав 91 кілограм висушеної в печі грунту,змочив її дощовою водою і посадив вербовий втечу масою 2,25 кілограма.
Кожен день протягом п'яти років він поливав рослина чистою дощовою водою.
По закінченні цього часу Ван-Гельмонт витягнув деревце, ретельноочистив коріння від прилиплих частинок грунту і зважив вміст діжки ірослина. Виявилося, що маса грунту зменшилася всього на 57 грамів, а отмаса верби зросла майже на 75 кілограмів. Результат експериментудослідник пояснив виключно поглинанням води. Так виниклаводна теорія живлення рослин.

Джозеф Прістлі (1733 - 1804) - відомий англійський вчений-хімік.
Він відкрив кисень, одержав хлористий водень, аміак, фтористий кремній,сірчистий газ, оксид вуглецю. Привезений французом Шарлем Кондамінз Південної Америки каучук Прістлі в 1770 році запропонував використовуватидля стирання написаного, назвавши його гумміеластіком. Як хіміка Прістлізацікавило питання: чому повітря полів і лісів чистіше міського? Вченийприпустив, що рослини очищують його від речовин, що виділяються людьми задиханні, а також паруючими трубами заводів і фабрик. З метоюперевірки свого припущення він посадив під скляний ковпак миша.
Досить швидко тварина загинула. Тоді експериментатор помістив підтакий самий ковпак іншу мишу, але вже разом з гілкою м'яти. «Це булозроблено на початку серпня 1771 року. Через вісім-дев'ять днів я знайшов,що миша чудово могла жити в тій частині повітря, в якій зростала гілкам'яти. Втеча м'яти виріс майже на три дюйми ...»[ 1].

Досвід зацікавив вчених, багато повторили його у своїх лабораторіях,проте результати виходили неоднакові: в одних випадках рослинидійсно очищали повітря і робили його придатним для дихання миші,в інших - цього не спостерігалося. Треба сказати, що сам Прістлі приповторенні дослідів отримав суперечливі результати. Встановити істинувчений вже не зміг, так як консервативно налаштовані англійці розгромилийого чудово обладнану лабораторію і багату бібліотеку за співчуттяїх власника ідеям французької революції. Прістлі залишив науковуроботу і емігрував до США.

В іншій своїй праці «Слово про шари земних» він висловився проповітряному живленні рослин ще більш визначено: «Звідки ж новий сіксосни збирається і примножує їхній вік, про те не буде питати, хтознає, що численні голки нечутливими свердловинами черпатив себе з повітря жирну вологу, яка найтоншими жилками по всьомурослині розходиться і розділяється, звертаючись в його їжу і тіло ».
«Нечутливі свердловини» - це не що інше, як продихи, добревідомі кожному зі шкільного підручника ботаніки.

На жаль, думки, висловлені великим Ломоносовим, залишилисяневідомими науковим колам. А ось ідею Прістлі про очищення повітряпідтримали не тільки вчені, вона стала популярна навіть у народі. Результатомстало масове розведення квітів у приміщеннях, де перебували хворі.
При цьому двері зазвичай тримали щільно закритими, щоб «шкідливий» зовнішнійповітря не міг проникнути в кімнату.

Голландський лікар Інгенгауз (1730-1799) засумнівався в правильності такоговикористання рослині і провів ряд експериментів з метою перевіркидієвості цього прийому. У результаті своїх дослідів він зробив відкриття,що тільки зелені частини рослин можуть покращувати повітря, та й то лише в томувипадку, коли вони знаходяться на світлі. Все інше - квіти, коріння, атакож зелене листя, позбавлені світла, - повітря не виправляє.

Проробимо такий досвід. Візьмемо дві банки з водою. В одну наллємо воду з -під крана, а в іншу - кип'ячену й охолоджену. При кип'ятінні, яквідомо, видаляються гази, розчинені у воді. Потім в кожну банкупомістимо гілочки водного рослини Елоді, накриємо їх воронками, навідростки яких надінемо пробірки, наповнені водою. Обидві банки виставимо насвітло.

Через деякий час ми зауважимо, що в банку з не кип'яченою водоюгілочки Елоді починають виділяти якийсь газ. Коли він заповнить пробірку,можна встановити, що це кисень: внесена в пробірку тліюча лучинкияскраво спалахує. У банку з кип'яченою водою, де немає вуглекислого газу,гілочки Елоді кисню не виділяють.

Спробуємо довести, що вся справа саме в вуглекислому, а не в якомусьіншому газі, віддаленому при кип'ятінні. Для цього пропустимо через кип'яченуводу вуглекислий газ, і незабаром гілочки Елоді стануть виділяти кисень.

Швейцарський натураліст Жан Сенебье (1742 - 1809) першимвстановив необхідність вуглекислого газу як джерела вуглецю для зеленихрослин. Він же запропонував термін «фізіологія рослин» і в 1880 роцінаписав перший підручник з цієї дисципліни.

Його співвітчизник природознавець Нікола Теодор Соссюр (1767-1845)працював у галузі фізики, хімії та геології. Проте світову популярністьпридбав завдяки праць в галузі фізіології рослин. За допомогою точнихметодів кількісного хімічного аналізу він переконливо довів, щорослини на світлі засвоюють вуглець з вуглекислого газу, виділяючи при цьомукисень. Учений також встановив, що рослини, як і тварини, дихають,поглинаючи кисень і виділяючи вуглекислий газ.

Так поступово складалися уявлення про фотосинтезі як про процес,в ході якого з вуглекислого газу і води зелені рослини на світліутворюють органічні речовини і виділяють кисень:

бСО2 + 6Н2О (С6Н12О6 + 6О2 (

Термін «фотосинтез» був запропонований у 1877 році відомим німецькимфізіологом рослин Вільгельмом Пфеффер (1845-1920). У ході цьогопроцесу сонячна енергія перетворюється в енергію хімічних зв'язківорганічних сполук.

Найцікавіше з речовин у всьому органічному світі

Так назвав хлорофіл великий Чарльз Дарвін, коли наш співвітчизник
Климент Аркадійович Тімірязєв розповів йому про свої досліди з цією речовиною.
У той час, коли хімічна природа процесу фотосинтезу представляласявельми туманною, подібне твердження було дуже цінним, оскількипривертало увагу вчених до нової дуже перспективною проблеми. А самтермін «хлорофіл» був запропонований в 1818 році французькими хіміками П.
Пельтье і Ж. Каванту. Він утворений з грецьких слів «хлорос» - зелений і
«Філлон» - лист.

Виділити хлорофіл з листа нескладно. Для цього подрібни листябудь-якого рослини ножицями, помістимо в ступку, прилив трохи спирту,розітри і відфильтруем в чисту суху пробірку. Якщо у вас немає під рукоюступки, шматочки листя помістіть в невелику колбочку, влийте спирт іобережно нагрійте на спиртівці. Дуже швидко спирт забарвиться в смарагдово -зелений колір з-за присутності хлорофілу.

А тепер познайомимося з деякими властивостями цього пігменту. Помістітьза пробірки чорний папір або якийсь темний предмет та направте на неїяскраве світло. Розчин хлорофілу відбиває світло зі зміненою довжиною хвилі,тому хлорофіл набуває вишнево-червоне забарвлення. Це явище носитьназва флуоресценції.

У чому причина флуоресценції хлорофілу? Кванти світла падають на йогомолекули, що знаходяться в розчині, і викликають їх збудження. При цьомуелектрон молекули пігменту переходить на більш високий енергетичнийрівень. У розчині, на відміну від зеленого листа, енергія порушеноїелектрона не витрачається на синтез органічних речовин, тому цейелектрон повертається на попередній енергетичний рівень, а надлишокенергії випускається у вигляді квантів червоного світла. Видиме світло, яквідомо, складається з різних променів: фіолетових, синіх, блакитних, зелених,жовтих, помаранчевих, червоних. Їх забарвлення залежить від довжини хвилі, яказбільшується в напрямку від синіх до червоних променів сонячного спектра. Аось величина квантів і їх енергетичний потенціал змінюються при цьому впротилежному напрямку: кванти синіх променів значно багатшименергією, ніж кванти червоних. Коли світло падає на молекули хлорофілу,частина енергії квантів розсіюється у вигляді тепла, тому відображені квантинесуть менший запас енергії, а довжина хвилі світла збільшується, зміщуючисьсторону довжини хвилі червоних променів. Ось чому ми бачимо червоне світіння приосвітленні хлорофілу білим світом, то є сукупністю різних променів сонячного спектра.

Цікаво у зв'язку з цим відзначити, що на прекрасних фрескахгеніального Андрія Рубльова ми часто бачимо поєднання зеленого з червоним: вскладках зеленої одягу як би ховаються червоні відблиски.

Якщо ви маєте спектроскоп - нескладний шкільний прилад, в якому придопомогою призми видиме світло розкладається на складові компоненти, - то можнавивчити спектр поглинання хлорофілу. Прикладіть пробірку з розчиномхлорофілу до щілини спектроскопа і загляньте в окуляр, ви побачите могутнютемну смугу поглинання в червоній частині спектру і менш виражену всиній. Отже, хлорофіл поглинає червоні і сині промені спектру. А осьзелені, безперешкодно проходячи через його розчин, повідомляють йому своюзабарвлення.

чого залежить зелене забарвлення пігменту? Додамо в пробірку з витяжкоюхлорофілу кілька крапель слабкою соляної кислоти. Негайно ж забарвленнязміниться на оливково-буру. Що при цьому відбулося з хлорофілом?

Вже давно встановлено, що його молекула містить атом магнію. Привзаємодії з соляною кислотою він витісняється з неї атомами воднюсоляної кислоти. Можна припустити, що наявність атома магнію і визначаєзелене забарвлення пігменту.

Тепер в ту ж пробірку додамо невелика кількість ацетату міді абоацетату цинку і подогреем вміст пробірки на спиртівці. Ледве рідиназакипить, забарвлення розчину різко зміниться - замість оливково-бурого вона зновустане смарагдово-зеленою. Що ж при цьому відбулося? У молекулі хлорофілуна місце атома магнію при взаємодії з соляною кислотою встав водень.
У свою чергу, атоми водню при додаванні ацетату міді або ацетатуцинку і нагріванні витісняються атомами міді або цинку. Відбуваєтьсявідновлення металоорганічні зв'язку. Отже, зелене забарвленняхлорофілу визначається наявністю в ньому атома металу незалежно відтого, чи буде це магній, мідь і цинк.

Червоний колір - символ творення

Якщо сонячний спектр, який ми спостерігаємо в спектроскопії,спроектувати на екран, то можна вивчати швидкість фотосинтезу в різнихпроменях - синіх, жовтих, зелених, червоних.

Вперше інтенсивність фотосинтезу в різноманітних променях спектру досліджувавфізик В. Добені. У 1836 році він зробив дуже важливе відкриття: зелений листможе здійснювати фотосинтез в окремих променях спектру, причому взалежно від характеру променів він йде з неоднаковою швидкістю. Але от напитання, в яких саме променях спектру фотосинтез протікає найбільшінтенсивно, В. Добені відповів неправильно. І виною тому методичніпохибки при проведенні експерименту. По-перше, вчений отримував ті чиінші промені, пропускаючи сонячне світло через кольорове скло або пофарбованірозчини. По-друге, він застосовував дуже примітивний метод облікуінтенсивності фотосинтезу. Вчений помістив відрізок втечі водногорослини Елоді в пробірку з водою зрізом вгору і вважав, що бульбашоккисню відривається з поверхні зрізу за одиницю часу. Добені прийшовдо висновку, що інтенсивність фотосинтезу пропорційна яскравості світла, анайбільш яскравими променями в той час вважалися жовті. Цієї ж точки зорудотримувалися Джон Дрепера (1811-1882) і фізіології рослин Ю. Сакс і В.
Пфеффер. У 1846 році Дрепера вивчав інтенсивність фотосинтезу в різнихпроменях спектру, що випускаються спектроскопії, і прийшов до того ж висновку,що і Добені.

Тим часом затвердження суперечило закону збереження енергії. Аджежовті промені, як ми вже знаємо, незначно поглинаються хлорофілом. МожутьЧи можуть вони бути головною рушійною силою процесу фотосинтезу?

Така була обстановка в області вивчення фотосинтезу, коли додосліджень у цій області приступив К. А. Тімірязєв. Будучипослідовним матеріалістом, він стверджував, що яскравість променів залежить відсуб'єктивного сприйняття світла оком (сині промені здаються нам неяскравими, ажовті навпаки) і тому не може визначати інтенсивність засвоєннявуглекислого газу зеленими рослинами. Найбільш діяльними в процесіфотосинтезу можуть бути тільки ті промені, які поглинаються хлорофілом.
Головною причиною помилки Дрепера він вважав недостатню чистоту окремихділянок спектру, що виникла через широко відкритою щілини спектроскопа.
Збільшувати щілину спектроскопа доводилося для посилення інтенсивностісвітлового потоку, інакше фотосинтез за допомогою примітивних методів невиявлявся. Для того щоб мати можливість працювати з вузькою щілиноюспектроскопа, необхідно було створити принципово нові, значнобільш чутливі методи обліку швидкості цього процесу.
Сконструйовані К. А. Тімірязєвим прилади дозволяли різко підвищититочність досліджень. У вісімдесятих роках минулого століття хімік П'єр
Ежен Марсель Вертел говорив К. А. Тімірязєва, що кожного разу він привозить до
Париж новий метод аналізу газів, у тисячу разів більш вдосконалений. Здопомогою цієї апаратури К. А. Тімірязєв переконливо показав, що найбільшактивно фотосинтез йде в червоних променях спектру, які, як вжезазначалося, інтенсивніше інших поглинаються хлорофілом. У напрямку дозеленої частини спектру інтенсивність фотосинтезу слабшає.вона мінімальна. І це цілком зрозуміло: адже вони хлорофілом майже непоглинаються. У синьо-фіолетовим частини спостерігається новий підйомінтенсивності фотосинтезу. Таким чином, Тімірязєв встановив, щомаксимум засвоєння листом вуглекислого газу збігається з максимумом поглинаннясвітла хлорофілом. Іншими словами, він вперше експериментально довів, щозакон збереження енергії справедливий і по відношенню до фотосинтезу. Зеленийколір рослин аж ніяк не випадковий. В процесі еволюції вони пристосувалися допоглинанню саме тих променів сонячного спектра, енергія яких найбільшповно використовується під час фотосинтезу.

Сучасна наука підтвердила правильність поглядів К. А. Тімірязєващодо виняткової важливості для фотосинтез?? саме червоних променівсонячного спектра. Виявилося, що коефіцієнт використання червоного світлав ході фотосинтезу вище, ніж синіх променів, які також поглинаютьсяхлорофілом.

Червоні промені, за поданнями К. А. Тімірязєва, граютьосновну роль у процесі світобудови і творення життя. У статті -притчі «Червоний прапор», написаної ним в червні 1917 року, читаємо: «Якщочервоний колір є фактичним ознакою, виразом працездатностісвітла у творчому процесі творення життя, то чи не варто визнати йогонайбільш відповідною емблемою, виразом працездатності світла знання, світланауки? ». Цікаво у зв'язку з цим відзначити, що в державі стародавніх інків
Тауантінсуйю червоний колір вважався священним.

Про що розповіли мічені атоми!

Американський вчений Мелвін Кальвін для вивчення темнова реакційфотосинтезу, пов'язаних з фіксацією і перетворенням вуглекислого газу, широковикористовував метод мічених атомів.

Речовини, що мають радіоактивну мітку, за хімічними властивостямипрактично не відрізняються від звичайних. Однак наявність радіоактивного атомадозволяє простежити за долею молекули, її перетвореннями в іншіз'єднання, адже випромінювання, що випускається міткою в ході розпаду, може бутилегко виміряна за допомогою приладів. М. Кальвін при вивченні реакційфотосинтезу використав також метод хроматографічного розділення сумішіз'єднань. Якщо краплю розчину, який містить суміш різних молекул, нанестина хроматографічних папір, а кінець її помістити у відповіднийрозчинник, то речовини прийдуть у рух і кожне займе особливу зону нахроматограм. За допомогою приладів легко можна знайти місця розташуваннярадіоактивних з'єднань, перевести їх в розчин і визначити хімічнуприроду. За допомогою цього методу вдалося з'ясувати, які речовини і в якійпослідовності утворюються в зеленому листі на світлу після введенняміченого вуглекислого газу.

М. Кальвін обрав в якості об'єкта дослідження зелену водорістьхлорелу. Після короткочасного освітлення в присутності радіоактивноговуглекислого газу її швидко вбивали (фіксували) гарячим спиртом, щобпризупинити що протікають в ній реакції. Потім спиртову витяжкуконцентрували, розділяли на хроматограм і проводили аналіз назміст різних радіоактивних сполук.

Достатньо п'яти секунд перебування в атмосфері вуглекислого газу, щобмічений вуглець цього з'єднання опинявся в трехуглеродном органічномуречовині під назвою фосфогліцеріновая кислота. Як воно утворилося?
Кальвін припустив, що вуглекислий газ приєднується до певногоп'ятивуглецевий з'єднанню. В результаті виникає шестіуглеродноесполука, яка через свою нестійкості на хроматограм НЕвиявляється. Воно, тільки-но виникнувши, відразу ж розпадається на дві молекулифосфогліцеріновой кислоти.

Припущення М. Кальвіна підтвердилося - вуглекислий газ дійсноприєднується до п'ятивуглецевий речовині під назвою рібулезодіфосфат.

Роботи М Кальвіна щодо з'ясування суті темпових реакцій фотосинтезу --найбільше досягнення сучасної фізіології рослин. У 1961 році він бувудостоєний Нобелівської премії.

Зелена електростанція

Існує ще один шлях використання людиною сонячної енергії,засвоєної рослинами, - безпосередня трансформація світлової енергії велектричну.

Вище ми простежили шлях порушеної квантом світла електрона в ходіфотосинтезу. В даний час він вивчений досить детально. Самездатність хлорофілу під дією світла віддавати і приєднуватиелектрони лежить в основі роботи генераторів, що містять хлорофіл.

М. Кальвін, роботи якого ми вже неодноразово згадували, в 1972 роцівисунув ідею створення фотоелемента, в якому в якості джерелаелектричного струму служив би хлорофіл, здатний при висвітленні відніматиелектрони від якихось певних речовин і передавати їх іншим. Кальвінвикористовував як провідника, що контактує з хлорофілом, оксидцинку. При висвітленні цієї системи в ній виникав електричний струмщільністю 0,1 мікроампера на квадратний сантиметр. Цей фотоелементфункціонував порівняно недовго, оскільки хлорофіл швидко втрачавздатність віддавати електрони.

Для продовження часу дії фотоелемента був використанийдодаткове джерело електронів - гідрохінон. У новій системі зеленийпігмент віддавав не тільки свої, але і електрони гідрохінону. Розрахункипоказують, що такий фотоелемент площею 10 квадратних метрів можеволодіти потужністю близько кіловати.

Японський професор Фудзіо Такахасі для отримання електроенергіївикористовував хлорофіл, витягнутий з листя шпинату. Транзисторнийприймач, до якого була приєднана сонячна батарея, успішнопрацював. Крім того, в Японії проводяться дослідження з перетвореннясонячної енергії в електричну за допомогою ціанобактерій, вирощених упоживному середовищі. Тонким шаром їх наносять на прозорий електрод з оксидуцинку і разом з протівоелектродом занурюють у буферний розчин. Якщотепер бактерії освітити, то в ланцюзі виникне електричний струм.

У 1973 році американці У. Стокеніус і Д. Остерхельт описали незвичайнийбілок з мембран фіолетових бактерій, що живуть у солоних озерах
Каліфорнійських пустель. Його назвали бактеріородопсин. Ця речовинаявляє собою білок, сполучений з каротиноїдів (о каротиноїди мипоговоримо нижче) ретиналь, що складається з 20 вуглецевих атомів. Він схожий наРодопсин - пігмент сітківки ока хребетних тварин, що й визначилойого назву. Білкова частина родопсину представлена поліпептидного ланцюгомпомірної довжини, що складається з 248 амінокислотних залишків,послідовність розташування яких в молекулі з'ясована вченими.
Великий внесок у дослідження структури бактеріородопсин внесли радянськіучені, що працювали під керівництвом академіка Ю. А. Овчинникова.

Наприкінці 1973 року в АН СРСР було розроблено проект порівняльноговивчення тваринного і бактеріального пігментів, що отримав назву
«Родопсин». У 1978 році журнал «Біоорганічна хімія» опублікував статтю,в якій викладалася послідовність розташування амінокислот умолекулі бактеріородопсин. Лише через рік подібна робота була завершена в
США під керівництвом відомого біохіміка Г. Корани.

Цікаво відзначити, що бактеріородопсин з'являється в мембранахгалобактерій при нестачі кисню. Дефіцит же кисню у водоймахвиникає у разі інтенсивного розвитку галобактерій. За допомогоюбактеріородопсин бактерії засвоюють енергію Сонця, компенсуючи тим самимщо виникла в результаті припинення дихання дефіцит енергії.

бактеріородопсин можна виділити з галобактерій, помістивши цісоелюбівие створення, прекрасно відчувають себе в насиченому розчинікухонної солі, у воду. Зараз же вони відео водою і лопаються, прицьому їх вміст змішується з навколишнім середовищем. І тільки мембрани,містять бактеріородопсин, не руйнуються через міцної «упаковки»молекул пігменту, які утворюють білкові кристали (ще не знаючиструктури, вчені назвали їх фіолетовими бляшками). У них молекулибактеріородопсин об'єднані в тріади, а тріади - у правильнішестикутники.

Оскільки бляшки значно більші за всіх інших компонентівгалобактерій, їх неважко виділити шляхом центрифугування. Після промиванняцентріфугата виходить пастоподібна маса фіолетового кольору. На 75% вонаскладається з бактеріородопсин і на 25 - з фосфоліпідів, що заповнюютьпроміжки між білковими молекулами. Фосфоліпіди - це молекули жирів вз'єднанні із залишками фосфорної кислоти. Інші речовини в центріфугатевідсутні, що створює сприятливі умови для проведення експерименту збактеріородопсин. До того ж це складне з'єднання дуже стійко дофакторів зовнішнього середовища. Воно не втрачає активності при нагріванні до 100
° С і може зберігатися в холодильнику роками. Бактеріородопсин стійкий докислот і різних окислювача. Причина його високої стійкостіобумовлена тим, що ці гало-бактерії живуть у надзвичайно суворихумовах - в насичених сольових розчинах, якими, по суті, єводи деяких озер в зоні випалених тропічним спекою пустель. У такійнадзвичайно солоній, та до того ж ще й перегрітої, середовищі організми,що володіють звичайними мембранами, існувати не можуть. Ця обставинапредставляє великий інтерес у зв'язку з можливістю використаннябактеріородопсин як трансформатора світлової енергії велектричну.

Якщо випав в осад під впливом іонів кальцію бактеріородопсинвисвітлити, то за допомогою вольтметра можна виявити наявність електричногопотенціалу на мембранах. Якщо вимкнути світло, він зникає. Таким чином,вчені довели, що бактеріородопсин може функціонувати як генераторелектричного струму.

У лабораторії відомого радянського вченого, фахівця в областібіоенергетики В. П. Скулачова ретельно досліджувалися процес вбудовуваннябактеріородопсин в плоску мембрану і умови функціонування його вяк світлозалежна генератора електричного струму.

Пізніше в цій же лабораторії були створені електричні елементи, вяких використовувалися білкові генератори електричного струму. У цихелементах були мембранні фільтри, просочені фосфоліпідами збактеріородопсин і хлорофілом. Вчені вважають, що подібні фільтри збілками-генераторами, з'єднані послідовно, можуть служити вякості електричної батареї.

Дослідження з прикладного використання білків-генераторів,виконані в лабораторії члена-кореспондента АН СРСР В. П. Скулачова.привернули до себе пильну увагу вчених. У Каліфорнійськомууніверситеті створили таку саму батарею, що при одноразовомувикористанні протягом півтори години змушувала світитися електричнулампочку. Результати експериментів вселяють надію, що фотоелементи наоснові бактеріородопсин і хлорофілу знайдуть застосування в якостігенераторів електричної енергії. Проведені досліди - перший етап устворення нових видів фотоелектричних і паливних елементів, здатнихтрансформувати світлову енергію з великою ефективністю.

Фотосинтез і врожай

Життя сучасної людини немислима без вирощування різнихкультурних рослин. Органічні речовини, утворені ними в ходіфотосинтезу, є основою харчування людини, виробництва ліків, вонипотрібні для виготовлення паперу, меблів, будівельних матеріалів тощо

Культурні рослини здатні швидко розмножуватися, покривати зеленимекраном своєї листя величезні площі, вловлювати колосальнекількість сонячної енергії та утворювати безлічрізноманітних органічних речовин. У результаті фотосинтезу створюється 95%сухої речовини рослин. Тому ми з повним правом можемо стверджувати,що управління цим процесом один з найбільш ефективних шляхіввпливу на продуктивність рослині, на їх урожай. Фізіологи рослинцілком правильно вважають, що основна задача робіт в областіфотосинтезу - збереження і підтримка на більш високому рівніфотосинтетичної діяльності природної рослинності Землі,максимальне підвищення фотосинтетичної продуктивності культурнихрослин.

Які ж шляхи управління людиною фотосинтетичної діяльністюрослин?

Часто стримуючим фактором фотосинтезу є нестача вуглекислогогазу. Зазвичай в повітрі присутні близько 0,03% СО2. Однак над інтенсивнофотосинтезуючим полем його вміст зменшується іноді в три-чотири разив порівнянні з наведеною цифрою. Цілком природно, що через цефотосинтез гальмується. Тим часом для отримання середнього врожаю цукровогобуряків один гектар її посівів повинен засвоювати за добу близько 300-400кілограмів вуглекислого газу. Така кількість міститься в колосальномуобсязі повітря.

Досліди відомого вітчизняного фізіолога рослин В. М. Любименкопоказали. що збільшення кількості вуглекислого газу в атмосфері до 1,5%призводить до прямо пропорційним збільшенням інтенсивності фотосинтезу.
Таким чином, один із шляхів підвищення продуктивності фотосинтезу --збільшення концентрації вуглекислого газу в повітрі.

Сучасний рівень технології, в цілому, дозволяє вирішити це завдання вглобальних масштабах. Однак дуже сумнівно, щоб людина зважився напрактиці здійснити цей проект. Справа в тому, що більш високий рівеньвмісту вуглекислого газу в повітрі призведе до зміни тепловогобалансу планети, до її перегріву внаслідок так званого «парниковогоефекту ». «Парниковий ефект» зумовлений тим, що при наявності великоїкількості вуглекислого газу атмосфера починає сильніше затримувативипускаються поверхнею Землі теплові промені.

Перегрів планети може привести до танення льодів в полярних областях і ввисокогір'ях, до підняття рівня Світового океану, до скорочення площі суші,в тому числі зайнята культурною рослинністю. Якщо врахувати, що населення
Землі збільшується щотижня на 1 мільйон 400 тисяч чоловік, то зрозумілакрайня небажаність таких змін.

Людство дуже стурбоване природним зростанням концентраціївуглекислого газу в атмосфері, які спостерігаються в останні роки в результатіінтенсивного розвитку промисловості, автомобільного, залізничного таавіаційного транспорту. Тому воно навряд чи вирішиться коли-небудь свідомостимулювати цей процес у глобальних масштабах.

У теплицях і на полі збільшення вмісту вуглекислого газу маєважливе значення для підвищення врожайності культурних рослин. З цією метоюв теплицях спалюють тирсу, розкладають сухий лід на стелажах, випускаютьвуглекислий газ із балонів. Основний спосіб підвищення концентрації СО2 надполем - активізація життєдіяльності грунтових мікроорганізмів шляхомвнесення в грунт органічних і мінеральних добрив. У процесі диханнямікроби виділяють велику кількість вуглекислого газу. В останні роки длязбагачення грунту і пріпочвенного повітря СО2 поля стали поливати водою,насиченої вуглекислим газом.

Інший шлях подолання негативного впливу низької концентраціївуглекислого газу в атмосфері на врожай - поширення таких формрослин, які дуже інтенсивно фотосинтезуючі навіть при мізерно малиййого зміст. Це - С4 - рослини. У них рекордні показникиінтенсивності фотосинтезу.

Поширення таких рослин, подальше вивчення особливостей їхфотосинтезу представляється вельми потрібним і перспективним.

Рослинність земної кулі досить неефективно використовує сонячнуенергію. Коефіцієнт корисної дії у більшості дикорослих рослинскладає всього 0,2%, у культурних він дорівнює в середньому одному%. Приоптимальному постачанні культурних рослин водою, мінеральними солямикоефіцієнт корисного використання світла підвищується до чотирьох - шести%.
Теоретично ж можливий ККД, що дорівнює восьми-десяти%. Зіставленнянаведених цифр говорить про великі можливості у збільшенніфотосинтетичної продуктивності рослин. Проте практична їхреалізація зустрічає великі труднощі.

Підвищити ефективність використання сонячної енергії в ходіфотосинтезу можна, розташувавши рослини на оптимальній відстані один відодного. У розріджені посівах значна частина світу пропаде даремно, а от узагущених рослини затінюють один одного, їх стебла стають довгими іламкими, легко вилягає від дощу і вітру. У тому і іншому випадкувідбувається зниження врожаю. Ось чому дуже важливо вибрати для кожноїкультури найбільш оптимальну відстань. При цьому слід враховувати, щооптимальна щільність посівів може бути різною в залежності відзабезпеченості рослин водою, елементами мінерального живлення і від їхособливостей. На жаль, багато агрономи не беруть до увагиназвані фактори, тому так повільно зростає продуктивність наших полів.
Найчастіше рослини неефективно фотосинтезуючі через нестачу водиі елементів мінерального живлення. Якщо поліпшити умови водопостачання іхарчування, то розміри листової поверхні збільшаться, а між ними івеличиною урожаю зазвичай існує пряма залежність. Однак існуєдеякий межа зростання ефективності фотосинтезу, коли подальшеполіпшення водопостачання і мінерального живлення не д?? ет результатів. Річ утому, що при певному розмірі листової поверхні (звичайно, коли на 1квадратний метр посівів припадає чотири-п'ять квадратних метрів листя)рослини поглинають практично всю енергію світла. Якщо ж на одиницюплощі поля доводиться ще більша поверхня листя, то в результатізатінення їх один одним рослини витягнуться, інтенсивність фотосинтезузменшиться. Ось чому подальше поліпшення постачання рослин водою іелементами мінерального живлення неефективно.

У чому ж вихід із ситуації? Вчені вважають, що ввиведення нових сортів культурних рослин, що відрізняються вигідним будовоютіла. Зокрема, вони повинні мати компактну низькорослі крону, звертикально орієнтованими листям, володіти великими запасаючих
(цибулини, бульби, корені, кореневища) і репродуктивними (насіння, плоди)органами.

На підвищення родючості грунту та покращення водопостачання ці сорти будутьреагувати посиленням інтенсивності фотосинтезу, помірним споживаннямпродуктів фотосинтезу (ассімілятов), на зростання листя та інших вегетативнихорганів, а також активним використанням ассімілятов на формуваннярепродуктивних і запасаючих органів.

Ось які жорсткі вимоги пред'являються тепер до науки, що займаєтьсявиведенням нових сортів культурних рослин, - селекції. Зі сказаногоясно, що без тісної співпраці селекціонерів з фізіологами рослинстворення перспективних сортів стає практично неможливим.

Селекціонери вивели сорти, що відповідають сучасним вимогам. Середних - низький рис, створений у Міжнародному інституті рису в Манілі,бавовник Дуплекс, з вертикально орієнтованими листям, не затінюютьодин одного, карликова пшениця мексиканської селекції. Ці сорти на фонахвисокого родючості дають в півтора рази вищі врожаї, ніж їхпопередники. Однак це лише один із шляхів збільшення фотосинтетичної продуктивності рослин. Подальші зусилля повинні бути спрямовані напідвищення активності самого фотосинтетичного апарату

Як відомо, процес фотосинтезу здійснюється в особливих органелах --хлоропластах. Тут відбувається безліч реакцій, перш ніж з вуглекислогогазу та води утворюються молекули органічних речовин. Керувати цимипроцесами, безумовно, непросто, але можливо. Про це свідчить тойфакт, що інтенсивність фотосинтезу у різних рослин неоднакова. В однихлистова поверхня площею в 1 квадратний дециметр засвоює за час відчотирьох до семи міліграмів СО2, а в інших - 60 - 80 і навіть 100, тобто в
20 разів більше! Рослини неоднаково реагують на його низьку концентрацію вповітрі, інтенсивність освітлення і т. д.

Вивчення особливостей фотосинтезу у різних рослин, безумовно, буде сприяти розширенню можливостей людини в управлінні їх фотосинтетичної діяльністю, продуктивністю та врожаєм.

«Чародейки зимою зачарував, ліс стоїть ...»

Абсолютно неживим здається нам зимовий ліс. У цей час