Самоорганизация и неравновесные
процессы в физике, химии и биологии
 Мысли | Доклады | Самоорганизация 
  на первую страницу НОВОСТИ | ССЫЛКИ   

К.А. Тимирязев. Растение как источник силы
от 05.07.07
  
Доклады


Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу, он рассек, разорвал связь между частицами углерода и кислорода, соединенными в углекислоте. Освобожденный углерод, соединяясь с водой, образовал крахмал. Этот крахмал, превратясь в растворимый сахар, после долгих странствований по растению отложился, наконец, в зерне в виде крахмала же или в виде клейковины. В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы. И вот теперь атомы углерода стремятся в наших организмах вновь соединиться с кислородом, который кровь разносит во все концы нашего тела. При этом луч солнца, таившийся в них в виде химического напряжения, вновь принимает форму явной силы. Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу

Изложенными соображениями сами собой разрушаются высказываемые иногда учения о том благосостоянии, которое ожидает человечество, когда химики откроют тайну синтеза сложных органических веществ, когда они откроют способ искусственного приготовления питательных веществ. Судя по тому, что уже осуществила синтетическая химия, едва ли можно сомневаться, что будущее, может быть, отдаленное будущее, осуществит эти ожидания. По крайней мере между тем, что уже сделано, и тем, что предстоит сделать, нет такого коренного различия, которое делало бы эту надежду невероятной. Но если пища будет получаться искусственно, то не падет ли земледелие? Не утратит ли земля всякую силу? Не изменится ли весь экономический строй? Посмотрим, справедлива ли такая догадка. Мы видели, что образование органического вещества требует затраты силы. Фунт хлеба, сгорая, освобождает около 890 единиц тепла; следовательно, на его образование, все равно естественным или искусственным путем, нужно затратить по крайней мере такое же количество тепла или вообще энергии. Откуда же взять ее? Единственным даровым источником энергии остается то же солнце. Следовательно, нашим отдаленным потомкам для получения их искусственных питательных веществ придется все же подражать растению, покрыв поверхность земли искусственными поглотителями солнечных лучей. И нельзя сказать, чтобы это подражание было бы очень легко, потому что растение, с этой точки зрения, представляет весьма совершенный прибор. Простой взгляд на густую луговую траву уже убеждает, что почти всякий клочок почвы идет в дело, но вычисление доставляет еще более красноречивые данные. Так, например, вся листовая поверхность клевера в 26 раз превосходит площадь земли, занимаемую этим растением, так что десятина, засеянная клевером, представляет для поглощения лучей солнца зеленую поверхность в 26 десятин. Другие растения дают более высокие цифры. Эспарцет имеет листовую поверхность в 38, а люцерна в 85 раз более занимаемой ими площади. Смешанные травы, по всей вероятности, дали бы еще более высокие цифры.
Здесь сам собой возникает другой любопытный теоретический вопрос: можем ли мы посредством растения беспредельно увеличивать количество органических веществ, собираемого с известной площади?
Можем ли мы надеяться, что при помощи новых улучшений будем беспредельно увеличивать производительность нашей почвы, или для нее существует предел? Это - вопрос о будущих судьбах человечества. Имеющиеся у нас данные дозволяют разрешать этот вопрос утвердительно; предел есть, и мы в состоянии даже приблизительно определить, насколько мы к нему близки. Вот каким путем достигаем мы этого вывода. Мы уже неоднократно повторяли, что при образовании органического вещества в растении необходимо поглощается столько же тепла, сколько выделяется при сжигании этого вещества. Так, например, если какое-нибудь растение выделяет при сгорании 1000 единиц тепла, то мы можем заключить, что при образовании затратилось по крайней мере это же количество солнечной теплоты, и как бы мы ни удобряли и ни возделывали землю, если солнце не доставит этих 1000 единиц тепла, мы не получим нашего растения.
Таким образом, зная, с одной стороны, сколько горючего вещества заключает урожай, полученный и известной площади (а это мы узнаем из анализа), зная, с другой стороны, какое количество тепла посылает солнце на эту площадь, мы имеем все необходимые данные для суждения о приходе и расходе солнечной энергии на нашем поле и, следовательно, можем заключить, какой ее частью мы пользуемся, какой еще предстоит воспользоваться. Произведя такие вычисления для культур, дающих наибольшее количество органического вещества, наиболее богатую жатву, приходим к тому заключению, что наибольший ежегодный прирост вещества леса заключает в себе около 1/700 всего количества тепла, посылаемого на соответствующую площадь земли за шестимесячный период растительности. При этом не принят во внимание прирост корней. Одна из наиболее интенсивных полевых культур - культура земляной груши - утилизирует, таким образом, 1/180 всей получаемой от солнца энергии. Органическое вещество сена (райграс) и корневых остатков при самом большом сборе представляет в виде запаса 1/135  получаемой солнечной энергии. Наконец, самые большие урожаи овса и ржи (зерно, солома и корневые остатки) представляют 1/80 всей получаемой энергии. Таким образом, при помощи растения мы в состоянии воспользоваться примерно от 1/1000 до 1/100 всего этого количества солнечных лучей, которые выпадают на поверхность наших лесов и полей за период деятельной растительности (само собой понятно, что приведенные цифры не могут считаться строго точными). Вправе ли мы заключить из этого, что, усовершенствовав культуру, мы будем в состоянии увеличить свои сборы в 100, в 1000 раз, прежде чем достигнем предела производительности? Конечно, нет. Мы знаем, что никакие машины и организмы не составляют исключения из этого правила, не превращают всей получаемой силы в полезную работу, и одного этого соображения достаточно, чтобы убедить нас, что физиологический предел производительности растения не совпадает с физическим. Против приведенных цифр, основанных на результатах различных культур, можно сделать то возражение, что хотя полевая растительность, как мы видели, и представляет очень развитую поверхность поглощения, но тем не менее нельзя считать, чтобы она улавливала весь падающий свет. Более надежные цифры может дать в этом отношении следующий опыт. Выставляя на солнце зеленые листья с точно измеренной поверхностью, определив посредством анализа, какое количество углекислоты будет разложено этим листом при самом выгодном освещении, положим - в один час, определив, наконец, какое количество тепла выпадает в этот час на взятую поверхность листа, мы получим все данные для вычисления соотношения между приходом силы и расходом ее на разложение углекислоты. Оказывается, что на разложение тратится средним числом 1/100 всей получаемой энергии, а в более благоприятном случае - 1/55. По некоторым новейшим исследованиям, эти цифры могут доходить до 1/30. Эту последнюю цифру мы, вероятно, должны считать близкой к пределу физиологической производительности, так как растения поставлены в наиболее благоприятные условия. Итак, мы видим, как близки самые интенсивные наши культуры к тому, что мы называем физиологическим пределом, т.е. к тому наибольшему количеству органического вещества, которое можно получить с данной площади земли при посредстве растения.
Но даже при этом пределе утилизируется всего 1/100 и в самом выгодном случае 1/30 получаемой энергии, и мы этому не будем удивляться, если обратим внимание, что, кроме этой единственной производительной, с точки зрения человека, работы, в растении совершаются и другие работы, для человека совершенно непроизводительные (еще важнее принять во внимание, что лист и не может поглощать всего солнечного света: иначе он был бы не зеленым, а черным. Новейшие исследования показывают, что лист поглощает средним числом 20% всей солнечной энергии, это - физический предел; в физиологических опытах утилизируется 3.3%, а в поле - 1%). Во-первых, в течение всей своей жизни растение испаряет воду, такие громадные количества воды, что, услыхав прямо итог, почти отказываешься верить. Для испарения этого количества воды требуется, повидимому, значительно более тепла, чем сколько затрачивается на разложение углекислоты. Следовательно, рядом с производительной работой образования органического вещества растение затрачивает еще более энергии на бесполезную для человека работу - испарение. Но это не единственная, хотя и самая значительная затрата энергии в растении. Эту воду растение берет из почвы, и, следовательно, должно поднять ее на известную высоту; эту работу можно выразить в пудофутах. В наших полевых растениях она, конечно, не велика, но в древесной растительности она составляет значительную величину (поднятие соков на значительную высоту можно считать непроизводительным только с точки зрения количества получаемого вещества. Зато оно важно с точки зрения качества, - оно дает нам, например, строевой и мачтовый лес). Можно себе представить, какую громадную работу представляет поднятие масс воды, испаряющейся в лесах каких-нибудь исполинов, вроде новоголландских евкалиптусов, макушки которых, по словам одного ботаника, могли бы бросить тень на вершину Хеопсовой пирамиды. Конечно, не вся энергия, потребная на испарение и поднятие, происходит на счет непосредственного нагревания солнечными лучами, но все же значительная ее часть доставляется ими. К этим источникам бесполезной траты солнечной энергии должно присоединить еще следующий. Мы не в состоянии воспользоваться всем запасом органического вещества, выработанного растением в течение его жизни, потому что оно само расходует, сжигает часть этого вещества. Можно считать, что таким путем тратится до 1/20 всего вещества, так что растение в отношении накопления органического вещества делает постоянно двадцать шагов вперед и один назад. Все перечисленные источники траты солнечной энергии представляют нам, так сказать, издержки производства органического вещества посредством растения. Мы видим, следовательно, что растение - хоть и очень совершенный аппарат для утилизирования солнечной силы, но все же остается много желать, так как при самых благоприятных условиях оно превращается в полезную для человека работу всего 1/100 или 1/200 всей получаемой от получаемой от солнца энергии. Человеку предстоит или усовершенствовать в этом отношении растение, или изобрести взамен его искусственный прибор, который утилизировал бы больший процент получаемой энергии и притом работал бы круглый год. Насколько успеет он на этом пути, - вопрос будущего; одно только достоверно, что когда при помощи своих искусственных приборов он получит со всей свободной площади земли раз в 100 более органического вещества, чем столько заключается в самой обильной жатве в настоящее время, тогда он может себе сказать, что дошел до предела; далее уже некуда идти. Тогда напрасно стал бы он просить у земли, у своего искусства, еще топлива, еще пищи, - он не получит их, потому что солнце не в состоянии ему более дать. Тогда-то закон Мальтуса обнаружится во всей своей зловещей очевидности: человечеству придется вести строгий бюджет жизни и смерти; производя себе подобных, человечество будет справляться с таблицами о смертности, как это уже так обязательно и предупредительно советуют заботливые экономисты. Тогда, в буквальном смысле, ни один лишний рот не найдет себе места за трапезой природы. Достигнет ли когда-нибудь человечество такого предела? Какими новыми процессами синтеза облагодетельствуют его будущие Бертло? Какими солнечными машинами снабдят его будущие Мушо и Эриксоны? Кто знает? Несомненно только одно, что земля представит тогда очень грустное зрелище. Когда человек будет утилизировать не часть, как теперь, а всю солнечную энергию, тогда вместо изумрудной зелени лугов и лесов наша планета покроется однообразной погребально-черной поверхностью искусственных поглотителей света. Томсон (лорд Кельвин) предвещает, что нашей вселенной грозит неминуемая холодная смерть, что наш мир окоченеет в ее ледяных обьятиях, и это предсказание, я полагаю, мало кого встревожило. Ведь это сбудется, когда нас уже не будет, а известно - apres moi le deluge (после меня хоть потоп). Но, каково будет жить, когда вся земля превратится в одну всеохватывающую фабрику, из которой никогда, даже в праздник, на часок, нельзя будет вырваться in's Grune (на лоно природы).
Отвернемся от этой мрачно-фантастической картины, по счастию еще очень отдаленного будущего и вернемся к поставленному нами в начале этой статьи вопросу, на которой можно теперь дать полный, категорический ответ. Мы можем всего лучше сделать в виде следующего примера. Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу, он рассек, разорвал связь между частицами углерода и кислорода, соединенными в углекислоте. Освобожденный углерод, соединяясь с водой, образовал крахмал. Этот крахмал, превратясь в растворимый сахар, после долгих странствований по растению отложился, наконец, в зерне в виде крахмала же или в виде клейковины. В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы. И вот теперь атомы углерода стремятся в наших организмах вновь соединиться с кислородом, который кровь разносит во все концы нашего тела. При этом луч солнца, таившийся в них в виде химического напряжения, вновь принимает форму явной силы. Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу.
Приведенный пример - самый подробный, самый обстоятельный ответ, который в состоянии дать наука на поставленный нами вопрос. Мы можем выразить его и короче, тремя словами. Пища служит источником силы в нашем организме потому только, что она - не что иное, как консерв солнечных лучей.
Глубокое научное значение этого результата говорит само за себя, но его, конечно, оценят и люди наиболее равнодушные к научным истинам. Поэт-мечтатель, с грустью взирающий на прозаический труд ученого, с удовольствием услышит от него, что он, сам поэт, - такое же эфирное существо, сотканное из воздуха и света, как и бесплотные создания его фантазии. Человек спесивый, гордящийся знатностью своего рода и не без презрения относящийся к скромной доле деятелей науки, получит, конечно, некоторое уважение к этой науке, услыхав, что благодаря ей - он вправе, наравне с самим китайским императором, величать себя сыном солнца

  


СТАТИСТИКА