Какую роль играет зеленый лист

Растения и животные

Какую роль играет зеленый лист

Почти двести лет назад шведский ученый Шееле открыл газ кислород, а затем, незави­симо от него, этот газ открыл английский химик Джозеф Пристли. Французский ученый Ла­вуазье установил, что этого газа в атмосфер­ном воздухе 21 %. Пристли заинтересовался, откуда же поступает кислород в атмосферу, если он постоянно тратится при дыхании живот­ных, человека и при горении? Ответ он нашел в зеленом листе.

В 1771 г. 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 от недо­статка кислорода. Но когда Пристли поместил под колпак вместе с мышью веточку мяты, мышь чувствовала себя как обычно и не испы­тывала недостатка в кислороде. Открытие При­стли произвело на современников громадное впечатление. Однако вскоре оказалось, что опыт удавался далеко не всегда даже у само­го Пристли.

В 1779 г. голландец Ян Ингенхуз уточнил опыт Пристли. Он выяснил, что зеленое расте­ние «очищает» воздух только на солнечном све­ту. Еще большую ясность внес в этот загадоч­ный опыт швейцарский ботаник Жан Сенебье. В 1782 г. он окончательно установил, что днем при солнечном свете зеленое растение выделяет 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 («образованием вещества на свету»). Фотосинтез может совершаться только на свету и только в зеленых частях растения.

Чтобы узнать подробнее, как происходит фотосинтез, надо заглянуть в зеленую лаборато­рию растения — в клет­ку. Зеленый цвет листа зависит от особых зе­леных хлорофил­ловых зернышек, или хлоропластов. Почти у всех рас­тений хлоропласты ша­ровидные или слегка вытянутые. Они такие же живые образования клетки, как протоплаз­ма и ядро. В каждой клетке несколько десят­ков, а иногда и свыше сотни хлоропластов. Они состоят из бесцветной протоплазматической основы и зеленого пигмента — хлорофилла. Кроме хлорофилла, в хлоропластах есть и желтые пигменты. Понижение температуры разру­шает хлорофилл, но не действует на желтый пигмент. Поэтому осенью, когда воздух стано­вится холоднее, листья начинают желтеть.

Как всякое окрашенное тело, хлорофилл поглощает световые лучи. Знаменитый русский ученый К. А. Тимирязев доказал, что зерна хлорофилла поглощают не все видимые лучи спектра, а лишь красные и сине-фиолетовые.

Водяные растения выделяют на свету пу­зырьки газа. В том, что этот газ кислород, можно убедиться на простом опыте. В банке с водой покрывают опрокинутой воронкой вет­ки водяного растения элодеи. На узкий конец воронки надевают пробирку, наполненную водой. Ветки элодеи начнут выделять пузырьки газа, которые пройдут в пробирку и вытеснят из нее воду. Если в этот газ внести тлеющую лучинку, она сразу же вспыхнет ярким пла­менем.

Из атмосферы проникает в растение угле­кислый газ. Он состоит из углерода и кислоро­да. В зеленом хлоропласте под влиянием сол­нечного света, поглощенного хлорофиллом, уг­лекислый газ соединяется с водой и из этого сое­динения образуются частицы крахмала или сахар. При такой химической реакции часть кислорода освобождается и выделяется в атмо­сферу.

Крахмал в хлоропластах легко обнаружить, так как он окрашивается йодом в синий цвет. Если на разрез картофельного клубня капнуть слабым раствором йода, белая поверхность раз­реза станет синей. Такой же опыт можно про­вести и с зеленым листом. Комнатное растение — герань или бальзамин — ставят на 2—3 дня в темноту. За это время весь крахмал в листьях раство­рится и перейдет в сахар. Что­бы убедиться в этом, один из листьев опускают в спирт, лист обесцвечивается, а затем его кладут в слабый раствор йода. Если лист не посинеет, значит, весь крахмал в нем уже раство­рился. С выдержанного в тем­ноте растения срезают несколь­ко листьев и ставят их череш­ками в стакан с водой. Часть каждого листа закрывают чер­ной бумагой или фольгой (ме­таллической оберткой конфет). Стакан с листьями помещают на несколько часов под непрерывный солнечный свет. Затем листья обесцве­чивают спиртом и проявляют в растворе йода. На места, которые при освещении были покры­ты бумагой, йод не действует; те же части листа, которые были освещены, посинеют, так как в них образовался крахмал.

Лист хорошо приспособлен для поглощения углекислого газа. С обеих сторон он одет по­кровной тканью, 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 есть отверстия — 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. Днем устьица под влиянием света обычно открыты, а на ночь за­крываются. Смыкаясь и размыкаясь, устьица регулируют вход в растение углекислого газа и выход парообразной воды.

Под эпидермисом в листе залегает ткань, со­держащая хлорофилловые зерна. Она названа столбчатой или палисадной па­ренхимой, потому что состоит из вытяну­тых столбиками клеток. 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 (ботаники называют их «сосудисто-волокнисты­ми пучками»). Каждая жилка состоит из нескольких трубчатых сосудов. 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 крахмала из углекислого газа и воды нужна световая энергия, и хлоропласты получают ее в виде энергии солнечного луча. Эта энергия переходит в крахмал.

Бросьте растение в костер — оно сгорит, выделяя тепловую и световую энергию.

Эта энергия используется растением на ды­хание, рост и другие процессы его жизнедея­тельности. Дыхание, т. е. окисление органиче­ского вещества, идет в зеленом листе круглые сутки, а фотосинтез — только днем на свету, но зато намного интенсивнее, чем дыхание. Окис­ляясь, органическое вещество выделяет ту энер­гию, которую оно получило в момент его обра­зования от солнечного луча. Энергия 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.

Зеленый лист — источник жизни на нашей планете. Он питает растения, а растениями питаются животные. Хлорофилловое зерно — это единственная в мире лаборатория, в кото­рой из простых неорганических веществ соз­даются с помощью энергии солнечного луча сложные органические вещества — крахмал и сахар. По этому поводу 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».

К. А. Тимирязев установил, что фото­синтез представляет собой процесс усвоения и консервирования солнечной энергии и что растение усваивает при фотосинтезе всего лишь от одного до двух процентов энергии солнеч­ных лучей, падающих на него. 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 — как можно полнее уловить солнечные лучи. Чем обширнее посевные площади, тем лучше распределены растения на полях, чем урожайнее сорта этих 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. В те далекие времена на Земле росли на обширных болотах гигантские древовидные папоротники, хвощи и плауны. Стволы отмерших древесных растений свали­вались в болота. Тысячелетиями они разла­гались бактериями без доступа кислорода, слои земли засыпали их, давили и прессовали своей тяжестью. Так в недрах Земли накапливались большие залежи каменного угля. Нефть тоже представляет собой, по-видимому, химически измененные остатки растений, живших на пла­нете в отдаленные времена. В более поздние периоды жизни Земли из сфагнового мха начал образовываться торф. Образуется он и в наше время.

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.