Яблони на Марсе

(Странным образом собственная фамилия — Цвет — ученого совпала с существом его наивысшего научного достижения: по-гречески «хрома» значит «цвет»!)

На фоне тех усилий, которые уходили на эту процедуру прежде, манипуляции, проделываемые исследователем при хроматографии, похожи на фокус, волшебство. Вот исследователь в стеклянную трубку, плотно набитую хорошо измельченным мелом, через воронку льет темно-зеленый хлорофилловый экстракт. И происходит обыкновенное (научное) чудо: медленно спускаясь вниз, жидкость окрашивает порошок в разные тона. Пояски — желтый, зеленый, сине-зеленый, оранжевый…

Столбик мела извлекается из стеклянной рубашки и кладется на стол. И ножом (!) разрезается на отдельные цветные части. В каждой — чистейший пигмент. Осталось лишь с помощью растворителя вымыть, извлечь нужный исследователю пигмент из соответствующего кольца сорбента…

Хроматографический метод Цвета позволил ученым открыть для себя красочную и загадочную страну пигментов.

Пигменты желтые, красные, зеленые

Листва зелена — эту аксиому разрушает осень с ее желтой, красной и оранжевой листвой.

Хлорофилл хрупок и недолговечен: лучи солнца убивают его, но на смену погибшим молекулам лист синтезирует новые. Однако осенью образование хлорофилла прекращается: лист теряет зеленую окраску, обнажая до того скрытые под зеленью другие пигменты.

Так гибель и распад рождает красоту, столь восхищавшую поэтов!

Семья растительных пигментов, уже и сейчас довольно многочисленная, растет с каждым годом. Число одних только хлорофиллов подошло к десяти: есть хлорофиллы (словно витамины) a, b, c, d, e — у высших растений, у водорослей, у бактерий.

(Цвет первым показал, что кроме хлорофилла a — он главный! — в зелени растений присутствует еще и хлорофилл b. Ученый, правда, называл их иначе: хлорофилл альфа и хлорофилл бета. Увы! Латынь вытеснила греческий.)

Но особенно «плодовиты» каротиноиды.

Всем хорошо известна эта группа пигментов, окрашивающих морковь, апельсины, лимоны и другие плоды и овощи. И желтый цвет оперения канареек и желтка яйца также обусловлен каротиноидами. Они же образуют пигментный слой кожи у обитателей Юго-Восточной Азии.

Животные и человек сами не могут синтезировать каротиноиды, которые используют в качестве предшественника витамина А. Желтки яиц, снесенных курами, получавшими мало зеленого корма, еле окрашены, в то время как оперение канареек, в пище которых было много красных каротиноидов, приобретает яркую красноватую окраску.

Число различных каротиноидов — каротинов (они желты), ксантофиллов (красны) — быстро растет. Если в 1947 году каротиноидов насчитывалось около 70, то к 1970 году — более 200! Здесь все обстоит так же, как в ядерной физике.

Когда-то были только атомы (Демокрит), затем ученые стали говорить об электронах, протонах и нейтронах. Но вскоре, орудуя мощными ускорителями, физики-экспериментаторы начали обнаруживать все новые и новые ядерные частицы. Их стали обозначать просто буквами. Так появились -частицы, -частицы и многие другие.

Сейчас их уже набралось несколько сотен, эпитет «элементарные» был окончательно скомпрометирован. Чтобы наконец разобраться в этом хаосе, физики-теоретики ввели кварки — сверхэлементарные частицы, различными комбинациями которых вроде бы являются все остальные. Однако физики-экспериментаторы ну никак не могут их обнаружить!

И пигменты тоже: множатся и множатся, подобно элементарным частицам… И специалисты по фотосинтезу, как и ядерщики, недоуменно разводят руками, силясь объяснить подобную многоликость щедрой на выдумки природы.

К чему такое изобилие? Когда-нибудь это станет ясным. Пока же известно немного. Так, ученые установили, что каротин охраняет молекулы хлорофилла от окисления особым синглетным кислородом: он образуется как побочный продукт в процессе фотосинтеза и крайне агрессивен.

Другая функция желто-красных пигментов — видимо, расширить интервал эффективных для фотосинтеза длин волн света. Те лучи, которые хлорофилл не в состоянии ассимилировать, поглощают каротиноиды и «передают» на переработку молекулам хлорофилла.

Растительные пигменты преподнесут ученым еще немало сюрпризов. Но, как и прежде, наиболее интригующим среди них остается зеленый пигмент — хлорофилл. Вот уже полтора столетия ученые многих стран мира упорно исследуют это загадочное вещество. Если перебрать все химические соединения, то среди них хлорофилл по числу посвященных ему публикаций, вероятно, занимает первое место. И длинный список этих работ непрерывно пополняется.

Гейне спорит с Бюргером

Зеленый цвет вовсе не обязателен для каждого фотосинтезирующего организма. Водоросли, к примеру, в большинстве случаев бывают желтые, бурые, оливковые, красные или синие, но не зеленые. И на суше некоторые растения имеют желтые или красные, а не зеленые листья. Но в какие бы одежды они ни рядились, ключевую роль в них играет хлорофилл. Всякий раз, когда пигментная система «цветного» фотосинтетика подвергалась анализу, в ней обязательно находили и зеленые «кровяные тельца».

Тимирязев спрашивал: почему и зачем растение зелено? Уместно спросить: а почему растение не черно? Ведь если белые поверхности отражают почти все лучи, то черные, наоборот, поглощают весь солнечный спектр. Казалось бы, растения с черными листьями были бы в более выгодном положении!

Увы, черная листва быстро бы перегрелась. И, если бы температура листа поднялась выше 50 градусов, это означало бы смерть для растения. Белки — основная составляющая часть клетки — гибнут при температуре, лишь несколько превышающей 40 градусов.

Итак, ни белые, ни черные листья растениям не подходят. Но отчего природа выбрала из промежуточных зеленый цвет? Ведь мыслима еще и желтая или, скажем, синяя листва?

Зеленый цвет листьев настолько характерен для большинства растений, что невольно напрашивается мысль о его особом физиологическом значении, о том, что он чем-то полезен для флоры, имеет перед другими цветами какие-то явные преимущества.

Из всего огромного диапазона падающего на земную атмосферу излучения: -лучи, рентгеновские, ультрафиолет… — нижних слоев атмосферы и растений достигает лишь та радиация, которой удается проникнуть в так называемые «окна прозрачности»: сравнительно широкое «радиоокно» — волны от нескольких миллиметров до десятков метров — и узкое «оптическое окно» — излучения с длинами волн от 0,3 до десятков микрон; именно в этом «окне» находятся и все видимые человеческим глазом лучи.

Хлорофилл приспособлен к поглощению красной и синей полос спектра в «оптическом окне». Но удивительно, что этот пигмент не поглощает желтые и зеленые лучи, а ведь это самая насыщенная часть солнечного спектра! Оптикам известно, что максимум спектра прямого солнечного излучения лежит в желтой (художники недаром рисуют рыжее солнце) спектральной области.

Конечно, можно предположить, что приспособление растений к солнечной радиации как раз и проявляет себя в этом: хлорофилл и «создан» для того, чтобы поглощать в основном рассеянное солнечное излучение, имеющее максимум в сине-фиолетовой части при безоблачном небе и в красной области — при небе пасмурном.