В погоне за Солнцем (другой перевод)
Шрифт:
Перед этим Пристли работал в Лидсе, где его дом примыкал к пивоварне. Там он принялся экспериментировать с парами, выделяющимися в процессе брожения пива. Пары оставались в чанах на глубине фута или около того и не смешивались с воздухом, находящимся выше. Это был углекислый газ (или “неподвижный воздух”, как его назвал Пристли), и эксперименты Пристли показали, что зажженные свечи при помещении в этот газ тут же гаснут. Он понимал, что воздух, которым мы дышим, отличается от углекислого газа, но не понимал, какие еще формы воздуха существуют. Вскоре после своего назначения к Шелберну ученому удалось показать, что воздух является смесью газов, а не единым элементом (как предполагали греки). Пристли соглашался с принятой тогда теорией флогистона, почти невесомой субстанции, необходимой для возникновения огня. С несколько большим основанием он выделил девять отдельных газов, считая их загрязненными вариантами “нормального” воздуха. Эти газы позднее получили названия оксид азота (веселящий газ), аммиак, оксид серы, сероводород, оксид углерода (угарный газ), хлор, тетрафторид кремния, хлороводород и нечто, названное “дефлогистированный воздух” – неуклюжий термин для того, что потом будет названо кислородом (калька с греч. – кислый и – рождаю).
Пристли показал, что в этом газе свеча горит ярче и даже мыши в нем выживают (предыдущие эксперименты привели к скорому концу нескольких мышей, наглотавшихся пивных паров) [506] . Газ был “в четыре-пять раз лучше [для
506
В 1773 году писательница Анна Барбо сочинила поэму, которая описывала этот эксперимент с точки зрения мыши – The Mouse’s Petition to Dr. Priestley, Found in the Trap where he had been Confined all Night (“Прошение мыши к доктору Пристли…”), – вероятно, первый в истории манифест о правах животных. Комментаторы Пристли предполагали, что его интерес к асфиксии стимулировала история о Калькуттской черной яме (1756) – камере заключения, где от жары и удушья погибли сорок три из шестидесяти девяти человек. В пещерах и подобных замкнутых пространствах по всему миру оксид углерода собирается естественным образом, приводя к летальным исходам. В 12 милях от Неаполя на горном склоне вблизи озера Аньяно располагается Grotta del Cane (Собачий грот). Оксид углерода, будучи тяжелее воздуха, собирается в самом низу пещеры, поэтому высокие животные, в том числе люди, могут легко дышать, а существа невысокого роста гибнут или начинают биться в конвульсиях. В XIX веке на этой почве возникла отвратительная местная индустрия – собак вталкивали в грот, чтобы позабавить туристов зрелищем воздействия газа на животных (см.: Georg Hartwig, The Subterranean World. N. Y.: Scribner, 1871. Р. 88; Mark Twain, The Innocents Abroad, or The New Pilgrim’s Progress. London: Hotten, 1870): “Мы добрались до пещеры около трех часов и немедленно принялись за опыты. Но тут же столкнулись с непредвиденным препятствием: у нас не было собаки”).
Пристли продвинулся еще дальше – он показал, что кислород подхватывается кровью в легких, а также что вода состоит из водорода и кислорода в соотношении два к одному, если измерять по объему газа. Но на этом его достижения закончились. Хотя он и смог продемонстрировать, как растения обновляют воздух, истраченный животными, он не сделал вывода о необходимости солнечного света для процесса. Это представляется странным, поскольку Пристли был неплохо знаком с работами Стивена Гейлса (1677–1761), который предполагал, что листья являются “легкими” растений, и задавался вопросом: “Не может ли свет, свободно проникая в широкие поверхности листьев и цветов, способствовать также облагораживанию элементов растения; ведь сформулировал же Ньютон в характерной испытующей манере: “Не могут ли массивные тела и свет переходить друг в друга?” [507] ”.
507
Stephen Hales, Vegetable Staticks (1727).
К сожалению, вскоре Пристли потерял интерес к науке и посвятил себя проповедям против божественной природы Христа и кампаниям против рабства. В 1791 году толпа сторонников “церкви и короля” до основания разрушила молитвенный дом и дом Пристли, превратив в угли лабораторию и все остальное. Восемь бунтовщиков и один констебль погибли. Великий ученый отправился в Америку, а эстафетная палочка перешла к голландскому ботанику Яну Ингенхаузу (1730–1799), чьи исследования показали и то, что выдохшийся воздух может быть восстановлен только зеленой частью растения, и то, что для этого требуется участие солнечного света [508] .
508
Столетиями не угасал спор о том, в какой степени Пристли заслуживает признания. Томас Кун в работе The Structure of Scientific Revolutions приписывает открытие кислорода Антуану Лавуазье (1743–1794) или Карлу Вильгельму Шееле (1742–1786), а открытие фотосинтеза – Яну Ингенхаузу; но его главная идея заключается в том, что такие важные открытия никогда не оказываются такими простыми, как это преподносится в легенде или истории (Thomas S. Kuhn, The Structure of Scientific Revolutions. Chicago: University of Chicago Press, 1962. Р. 53–56. Сам Пристли в письме к другу по поводу работы Ингенхауза упоминает значительную разницу между дневным и ночным поведением растений и добавляет, что это то, до чего “он догадался, а я – нет”. Лавуазье же исследовал другую форму воздуха, называемую просто “газ” (теперешнее значение тогда еще не вошло в английский язык и означало “призрак, дух”), и переименовал ее в водород.
Ингенхауз также открыл, что именно энергия Солнца в световой форме, а не его тепло было важно для дыхания растений. Он продемонстрировал, что под воздействием света растения впитывают углекислый газ через крохотные поры на поверхности своих зеленых частей, выделяя микроскопические пузырьки кислорода. В темноте пузырьки постепенно прекращили выделение. “Представляется более чем вероятным, – писал ученый, – что у листьев более одного предназначения”.
Вероятно, дерево получает некоторую пользу от листьев, которые собирают влагу из воздуха, дождя и росы, потому что была найдена значительная польза для роста деревьев в поливании ствола и листьев время от времени… Возможно, окажется вполне вероятным, что одна из величайших лабораторий природы по очистке воздуха в нашей атмосфере располагается в веществе листьев и приводится в действие под влиянием света [509] .
509
Jan Ingenhousz, Experiments upon Vegetables, Discovering Their Great Power of Purifying the Common Air in the Sunshine, and of Injuring It in the Shade and at Night. London, 1779).
Научная революция набирала скорость, распутывание загадки фотосинтеза от нее не отставало. В 1845 году Юлиус Роберт фон Майер (1814–1878) объяснил, что растения преобразовывали свет в химическую энергию. Вопрос, как именно это происходило, будет занимать умы ученых еще более ста лет. В 1920-е было подтверждено, что фотосинтез состоит из ряда последовательных этапов, куда входят два отдельных и противоположных использования света – фотоокисление воды и фоторедукция (то есть дезоксидация) углекислого газа.
В 1950–1960-е американский биохимик Мелвин Калвин установил, что световые реакции, генерирующие хлорофилл, не растянуты во времени, а преобразуют солнечную энергию мгновенно [510] . Работая с клетками зеленых водорослей, он смог идентифицировать как минимум десять промежуточных продуктов, образующихся в течение нескольких
секунд. За последние десятилетия исследователи сложили по частям историю о том, как фотосинтез, необходимый для процветания биосферы, впервые появился на Земле [511] . Другие исследователи пытаются воспроизвести химические процессы фотосинтеза в поиске новых источников энергии. Общеевропейский проект Solar– H нацелен на поиски способов выделения водорода с помощью солнечного света, это должно помочь решить проблему хранения энергии. Один шведский консорциум изучает искусственные аналоги фотосинтеза. Другие группы разрабатывают водоросли с маленькими антеннами для генерации местной низкотехнологичной энергии биомассы. И так далее.510
Биохимик Джордж Уолд утверждал: хлорофилл настолько хорошо подходит для фотосинтеза, что это единственный пигмент, который мог бы так функционировать, а жизнь на других планетах должна будет непременно выработать хлорофилл для фотосинтеза. Но в апреле 2008 года журнал Scientific American выдвинул гипотезу того, как могла бы выглядеть растительная жизнь в другом мире, и предположил, что фотосинтез без использования хлорофилла вполне возможен на других планетах, цитируя “Войну миров” Г. Уэллса: “Растительное царство Марса, в отличие от земного, где преобладает зеленый цвет, имеет кроваво-красную окраску”. Марс, утверждал журнал, не имеет растительности на поверхности; но свет любого цвета, от фиолетового края спектра до инфракрасного, может запускать процесс фотосинтеза, который адаптируется к спектральной характеристике света, достигающего организма, которая в свою очередь является результатом спектра излучения материнской звезды (Nancy Y. Kiang, The Color of Plants on Other Planets, Scientific American. 2008. Апрель. Р. 48–55). Когда фотосинтезирующие организмы впервые появились на Земле, в ее атмосфере еще недоставало кислорода, так что они не могли использовать хлорофилл. Даже Земля не всегда была зеленой (см.: John Maddox, What Remains to Be Discovered. N. Y.: Free Press, 1998. Р. 147).
511
Morton, Eating the Sun. Р. 168–75.
Фотосинтез может быть вполне понятен на одном из уровней восприятия, но (как в итоге решили мы с Биллом Алберсом) он совсем не прост. В самом деле, исследования фотосинтеза – это растущая индустрия, голова идет кругом от некоторых вопросов, занимающих ученых последние годы: как растения реагируют на слишком большой объем света? Что делают фотосинтезирующие бактерии внутри кристалликов песка в пустыне? Если запустить процесс фотосинтеза в обратном порядке, могут ли вновь образоваться молекулы воды? Как северная и южная части виноградника различаются по уровню производства сахара? По крайней мере часть этих вопросов теперь получили ответы.
Реакции естественного мира на солнце совершенно удивительны. Некоторые виды моллюсков, которые регистрируют дневной свет, откладывают определенный слой клеток, ширина которого – сэндвич дневных отпечатков – прямо соотносится с количеством часов дневного освещения, под которым лежал моллюск, что позволяет вычислить возраст моллюска по количеству слоев. Коралловые окаменелости, найденные в Девоне на юге Англии, обнаруживают поразительную периодичность в кольцах роста – около четырехсот в каждом годовом наборе. Эта улика позволяет нам вычислить, что около 370 млн лет назад в году насчитывалось около четырехсот дней, каждый из которых длился около 22 ч [512] .
512
См.: Mikolaj Sawicki, Myths About Gravity and Tides, Physics Teacher 37. 1999. Октябрь. Р. 438–41.
Многие мифы повествуют о силе солнца в воздействии на природу. “…Такое божество, как солнце, плодит червей, лаская лучами падаль” [513] , – говорит Гамлет, отражая одно суеверие. В “Антонии и Клеопатре” находит отражение другое: солнечные лучи, которые способствуют спонтанному размножению змей, – старая байка, опровергнутая лишь в XVII веке. Столетие спустя французский изобретатель Жозеф Нисефор Ньепс (1765-1833) ввел термин “актинизм” для обозначения способности Солнца производить химический эффект в объектах неорганического происхождения. Некоторые минералы, например белый мрамор, начинают фосфоресцировать – испускать свет – после долгой выдержки в лучах солнца. Ньепс заметил, что “гранитные скалы, каменные структуры и металлические статуи – “все проявляют признаки наступающего разрушения после нескольких часов солнечного облучения” [514] . Более того, от солнца вспыхивают пожары, тонут корабли, у которых искривляется обшивка, а в самых жарких районах планеты даже “ [камни] сжариваются дотла” [515] . В 1814 году британский ученый Хэмфри Дэви подверг алмаз интенсивному нагреванию с использованием большого увеличительного стекла: в конечном счете драгоценный камень вспыхнул и сгорел дотла, оставив тонкую угольную крошку в доказательство того, что был всего лишь кусочком угля.
513
Пер. Б. Пастернака.
514
Excursions: The Writings of Henry David Thoreau. Vol. 9 (Boston: Houghton Mifflin, 1893. Р. 292.
515
David Attenborough, The Private Life of Plants. Princeton: Princeton University Press, 1995. Р. 45ff.
Юлиус фон Сакс (1832-1897), один из величайших немецких ученых XIX века, систематизировал явление, названное им фототропизмом (от греч. – свет, – поворот), – отслеживание солнца организмом. Я наблюдал это явление в действии, когда в июле 2006 года побывал на крайне современной томатной ферме в южной Испании – саженцы поворачивались дважды в день, сперва одной стороной, потом другой, их стебли всегда наклонялись в сторону солнца, чтобы вырасти быстрее и сильнее [516] .
516
В конце дня саженцы выносят на открытый воздух и причесывают маленькими щетками, вырабатывая сопротивляемость стеблей, чтобы сделать их еще крепче. Побочным эффектом поглощения большого объема солнечного излучения является значительное нагревание: листья большинства растений чувствительны к нагреванию – в случае слишком долгого воздействия ультрафиолета они вянут и умирают. Поэтому крыши теплиц сейчас делают из рассеивающего свет пластика, а не из стекла, которое приводило к ожогам растений. Во всем этом есть ирония, потому что недавние исследования показали, что употребление в пищу томатов может защитить человека от солнечных ожогов и преждевременного старения кожи. Эксперты из английских университетов Манчестера и Ньюкасла обнаружили, что томат повышает способность кожи к самозащите от ультрафиолетового излучения: предполагается, что эффект достигается за счет пигмента, который окрашивает плоды в красный цвет.