ЭНЦИКЛОПЕДИЯ ПРИРОДЫ

Какую роль играет зеленый лист

В 1771 г. английский химик Дж. Пристли доказал с помощью простого опыта, что животные делают воздух непригодным для дыхания, а растения его «очищают». На окне, освещенном солнцем, ученый накрыл стеклянным колпаком живую мышь. Через несколько часов мышь сдохла. Когда Пристли поместил под колпак вместе с мышью веточку мяты, мышь вела себя как обычно. Открытие Пристли произвело на современников громадное впечатление. Однако вскоре оказалось, что опыт удавался далеко не всегда, даже у самого Пристли.

Хлоропласты в клетке листа мха мниума.

В 1779 г. голландец Я. Ингенгауз уточнил опыт Пристли. Он выяснил, что зеленое растение «очищает» воздух только на солнечном свету. Швейцарский ботаник Ж. Сенебье в 1782 г. окончательно установил, что днем при солнечном свете зеленые растения выделяют кислород. Сенебье доказал, что зеленое растение «очищает» воздух не потому, что оно дышит, а в связи с его углеродным питанием. Впоследствии этот процесс был назван фотосинтезом (образование вещества на свету). Фотосинтез может совершаться только на свету и только в зеленых частях растения.

Заглянем в зеленую лабораторию растения — в клетку. Зеленый цвет листа зависит от особых зеленых пластид — хлоропластов, находящихся в его клетках. Почти у всех растений хлоропласты округлы или слегка вытянуты. В каждой клетке несколько десятков, а иногда и свыше сотни хлоропластов. Они состоят из бесцветной цитоплазматической основы и зеленого пигмента — хлорофилла. Кроме хлорофилла в хлоропластах есть и желтые пигменты. Понижение температуры разрушает хлорофилл, но не действует на желтые пигменты. Поэтому осенью, когда воздух становится холоднее, листья начинают желтеть. Как всякое окрашенное тело, хлорофилл поглощает световые лучи, но не все видимые лучи спектра, а лишь красные и сине-фиолетовые.

Из атмосферы проникает в клетки растения углекислый газ. Он состоит из углерода и кислорода. В зеленом хлоропласте под влиянием солнечного света, поглощенного хлорофиллом, молекулы воды разлагаются и водород соединяется с углекислотой, из этого соединения в дальнейшем образуется сахар или частицы крахмала. При такой химической реакции кислород освобождается и выделяется в атмосферу.

Лист хорошо приспособлен для поглощения углекислого газа. С обеих сторон он одет кожицей, или эпидермисом. Клетки этой ткани плотно прилегают друг к другу. Сверху эпидермис защищен слоем жирового вещества — кутикулой, которая почти не пропускает в растение паров воды и газов. В эпидермисе имеются особые образования — устьица, состоящие из двух замыкающих клеток. Клетки эти могут отходить друг от друга, открывая находящуюся между ними щель, сквозь которую и проникает в растение углекислый газ (концентрация его в воздухе по объему составляет обычно 0,03 %). Днем устьица под влиянием света обычно открыты, а на ночь закрываются. Смыкаясь и размыкаясь, устьица регулируют поступление в растение углекислого газа и выделение парообразной воды.

Поперечный разрез листа.

Под эпидермисом в листе залегает ткань, содержащая хлорофилловые зерна. Она названа столбчатой (или палисадной) паренхимой. Паренхимой называются тонкостенные клетки, ширина и длина которых примерно одинаковы; столбчатая паренхима состоит из клеток, вытянутых столбиками. Под ней находится ткань с более рыхло расположенными клетками — губчатая паренхима. В хлоропластах столбчатой и губчатой паренхимы и осуществляется фотосинтез.

Кроме того, весь лист пронизывают жилки, их называют сосудисто-волокнистыми пучками. Каждая жилка состоит из нескольких трубчатых сосудов и механических волокон. По одним трубкам — сосудам, которые лишены живого содержимого, от корней через стебель поступает к листьям вода, по другим — живым клеткам (ситовидным трубкам) — передвигаются от листьев к стеблю и корням растворы сахара и других органических веществ, образовавшихся при фотосинтезе. Ситовидными трубками они названы потому, что поперечные перегородки у них напоминают сито.

Для образования органических веществ (сахара и крахмала) из углекислого газа и воды нужна энергия, и хлоропласты получают ее в виде энергии солнечного луча. В зеленом листе происходит и процесс дыхания, т. е. окисление органического вещества, образовавшегося при фотосинтезе. Он совершается круглые сутки, фотосинтез же — только днем на свету, но намного интенсивнее, чем дыхание. Окисляясь, органическое вещество выделяет ту энергию, которую оно получило от солнечного луча в момент своего образования. Эта энергия используется растением для роста, развития и других процессов жизнедеятельности. Таким образом, энергия, поглощенная растением при фотосинтезе, не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую: световая — в химическую, химическая — в механическую или тепловую. Так осуществляется в жизни растения один из основных законов природы — закон сохранения энергии.

Поперечный разрез Сосудисто-волокнистого пучка.

Зеленый лист — источник жизни на нашей планете. Хлоропласты листа — это единственная в мире лаборатория, в которой из простых неорганических веществ — воды и углекислого газа — создаются с помощью энергии солнечного луча сложные органические вещества — сахар и крахмал. К. А. Тимирязев говорил: «Дайте самому лучшему повару сколько угодно солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно, — он решит, что вы над ним смеетесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрестанно совершается в зеленых листьях растений». При фотосинтезе усваивается всего лишь 1—2% энергии солнечных лучей, падающих на растение. Однако и этого вполне достаточно, чтобы растения могли прокормить весь животный мир.

Чем больше солнечных лучей усвоят растения, тем полнее энергия Солнца будет использована для жизни на Земле. Поэтому важнейшая задача земледельца — как можно полнее уловить солнечные лучи. Чем обширнее посевные площади, чем лучше распределены растения на полях, чем урожайнее сорта растений, тем больше уловлено солнечной энергии.

Человек использует не только тот солнечный луч, который падает на Землю сейчас, но и тот, который упал на нее десятки и сотни миллионов лет назад. Ведь пласты каменного угля в недрах Земли образовались в течение геологических эпох из некогда существовавших растений. Многие ученые считают, что нефть и горючий газ, подобно углю, возникли из органической массы. В более поздние периоды жизни Земли из сфагнового мха начал образовываться торф.

Изобретатель паровоза Стефенсон спросил однажды своего приятеля:
— Знаешь ли ты, что двигает этот поезд?
— Конечно. Твое изобретение, — ответил его собеседник.
— Нет. Его двигает солнечный луч, поглощенный зеленым растением сотни миллионов лет назад.