— Солнце?! Раз уж и оно причастно к экологии, то, стало быть, возможно и 103-е определение.
— Что ж, и в нем можно будет найти рациональное зерно. Только тогда придется считать «солнечными» все науки о Земле, ибо без Солнца на ней не было бы и жизни.
Слова «солнце — источник всего живого» привычны. Их знают все, они правильны. И отрывочные представления о чудесном механизме фотосинтеза, оставшиеся после десятилетки, они также верны. Но почему мы перестали испытывать неугасающее удивление перед этим уникальным явлением природы? Не хватает эмоциональной энергии? Привычные штампы заслонили сущность?
А ведь было, было время восторгов и удивлений! Каким простым и ясным казалось все лет 300–400 назад. Растения живут, плодоносят, получая все нужное им из почвы. Иначе и быть не может: для чего же тогда у них корни? Ведь не только удерживаться в грунте, но и снабжать растения жизненными соками. И влияние удобрений на урожай подтверждало эту, казалось бы, незыблемую истину. Солнцу тогда в жизни растений отводили вполне почетную роль источника тепла. В самом деле, зимой, когда оно «холодное», рост растений прекращается: однолетние умирают, а многолетние погружаются в глубокий сон. На помощь естествоиспытателям приходила тогдашняя философия, объяснявшая все проявления жизни с точки-зрения витализма — присутствия «жизненной силы».
Первая заметная трещина в этих представлениях возникла в 1630 году. Фламандец ван Гельмонт взял горшок, насыпал в него землю, которую предварительно взвесил, и посадил саженец ивы. Через 5 лет он вновь определил вес земли и растения. Дерево за это время стало тяжелее на 74 килограмма, а вес почвы уменьшился только на 57 граммов. Чудо? Ван Гельмонт решил, что ива получала питание с водой, которой поливали землю.
Почти через полтора века после этого опыта английский химик Джозеф Пристли доказал, что растения «исправляют» воздух, который был «испорчен» горящей свечой. А затем он провел оригинальный и смелый эксперимент: посадил на подоконник двух мышек и плотно прикрыл их стеклянными колпаками. Через некоторое время одна из мышек погибла от удушья. А вторая продолжала жить. И мышки были одинаковыми, и колпаки. Но только вместе со счастливицей под колпак была помещена ветка мяты. Растение дышало и выделяло «чистый воздух», необходимый для дыхания зверька. Опыт был поставлен в 1771 году, когда химия еще не располагала точными методами анализа содержания газов в атмосфере, да и вообще имела смутное понятие об этих газах (отсюда — «испорченный воздух», «чистый воздух»).
Опыты естествоиспытателя привлекли огромное внимание. Ученые, добивавшиеся в ту пору успеха, быстро становились любимцами и баловнями публики. Однако к восхищению опытами Д. Пристли вскоре стало примешиваться и недовольство. Эксперименты не всегда оказывались удачными, иногда гибли зверьки под обоими колпаками. Трава переставала очищать воздух. Но почему? Потребовалось еще десять лет для того, чтобы швейцарец Ж. Семебье выяснил причины неудачи. Следы привели… к Солнцу. Оказалось, что лишь днем под воздействием солнечных лучей кустик мяты выделяет кислород.
Продолжая опыты, ученый сделал вывод, что растения забирают некоторое вещество из «испорченного воздуха» и усваивают его, выделяя «чистый воздух». А это и есть питание растений.
К. Тимирязев в книге «Солнце, жизнь и хлорофилл» рассказал историю, услышанную им от своего учителя Ж. Буссенго. Она о том недоверии, которое вызывали у некоторых ученых открытия в области фотосинтеза.
Ж. Буссенго и его коллега Ж. Дюма изучали в лаборатории питание растений. Опыты шли нормально, растение на свету, как это и полагалось, разлагало углекислоту и выделяло кислород. Но вдруг оно «закапризничало»: несмотря на солнечную погоду, стало выделять углекислоту. Это противоречило всему, что было до сих пор известно. Уж не повторяются ли неудачи Д. Пристли? Быть может, они не были беспричинными?..
Нет, ученые находились на правильном пути. Их подвел знаменитый физик А. Реньо. У него были сомнения в том, что Ж. Буссенго и Ж. Дюма способны при помощи химических методов определять присутствие под колпаком прибора ничтожных количеств углекислоты. Поэтому он «перепроверял» исследователей: в их отсутствие прокрадывался в лабораторию и немного дышал в трубку. История, ставшая научным анекдотом, завершилась благополучно — ко всеобщему удовлетворению…
Фотосинтез. Этот великий процесс до сих пор продолжают все глубже и глубже познавать ученые многих специальностей. Мы не будем углубляться в его детали, «браконьерствовать», забираться во владения других биологических, химических и физических наук. Для экологии важны конечные результаты фотосинтеза. Напомним только схему этого процесса.
В большинстве растений имеется хлорофилл — пигмент, придающий им зеленую окраску. На свету, под воздействием солнечных лучей, в недрах хлорофилла происходит реакция, в результате которой образуется органическое вещество растений и выделяется углекислота. Из шести молекул углекислого газа и шести молекул воды в растении возникает одна молекула углеводорода — глюкозы. Рождается живое вещество планеты.
Говоря о фотосинтезе, обычно обращают внимание на химическую сторону процесса. Но чрезвычайно интересна и физическая сторона этого явления. Из атомной физики известно, что чем дальше электрон от ядра, тем большей энергией он обладает. Если сравнить между собой по запасам энергии различные химические элементы, то, очевидно, что «богаче» те из них, которые имеют больший атомный вес.
Что же происходит, когда порции лучистой энергии, фотоны, проникают в хлорофилл? Они воздействуют на атомы молекул, участвующих в химической реакции, переводя их электроны на более высокие орбиты. Из сравнительно простых соединений, воды и углекислоты, получаются более сложные углеводороды. Затем в биохимических микролабораториях растений с участием поступающих через корневую систему минеральных веществ синтезируются высокомолекулярные соединения, вплоть до белков.
Если взглянуть на весь этот процесс со стороны, то всю Землю можно представить в виде огромного аккумулятора, подключенного к мощнейшему источнику энергии — Солнцу. Созидаемое при фотосинтезе органическое вещество растений как бы концентрирует энергию. Все последующие процессы на нашей планете сводятся уже к ее расходованию. Корова ест траву на пастбище. В ее организме высокомолекулярные вещества отчасти превращаются в животные (также высокомолекулярные) ткани, а отчасти расходуются на поддержание, жизнедеятельности коровы, распадаясь на более простые вещества и выделяя энергию.
Мы сжигаем каменный уголь, образовавшийся миллионы лет назад. Происходит то же самое: превращение сложных элементов в простые, сопровождающееся выделением энергии.
Разумеется, в повседневной жизни невозможно сводить все происходящее вокруг к физико-химической сущности и пребывать в состоянии непрерывного удивления перед совершающимися повсеместно таинствами. Но иногда поразмыслить обо всем этом полезно и даже необходимо.
В 1968 году была переведена на русский язык книга известного бельгийского эколога П. Дювиньо «Биосфера и место человека в ней». Иллюстрации к ней создал художник М. Танг. Они настолько органично слились с содержанием книги, были такими значительными и емкими, что их создатель стал соавтором ученого. Неожиданности поджидают читателя этой книги, даже достаточно подготовленного экологически, когда авторы начинают рассуждать как о чем-то само собой разумеющемся о… постепенном переходе человечества со смешанного рациона на растительный. Вегетарианство становится экологически обоснованным. Домашние животные, поедающие растительный корм, — расточители энергии! Ее потери при переходе с уровня производителей органического вещества растений на уровень потребителей растительноядных животных превышают 90 процентов! Для образования одного килограмма говядины требуется 70–90 килограммов травы. Если человек найдет пути и способы использования в пищу только растительного органического вещества, эти 90 процентов будут сэкономлены, они перейдут в нашу плоть, послужат для нас источником энергии.
Дальше — больше. Доказывается, что нужно отказаться от выращивания фруктов, изготовления вин, потребления чая и т. д. Это также энергетическое расточительство. Все плодородные земли должны быть заняты основными, наиболее производительными сельскохозяйственными культурами, преимущественно зерновыми.
«Но так ли уж легко откажутся цивилизованные люди от сокровищ, предлагаемых им садоводством, от всевозможных плодов и овощей? Отвернутся ли они по доброй воле от своих гастрономических утех, изобилия мяса, рыбы или различных ракообразных? Если, как часто говорят, бифштекс определяет высоту нашей цивилизации, то приветливый прием менее утонченных и даже синтетических продуктов весьма сомнителен».
Абсолютная объективность невозможна. Я с большим удовольствием и, казалось бы, полным пониманием читал начальные главы этой книги, в которых, правда, в очень концентрированном виде, содержались в целом уже знакомые данные — об энергии Солнца, о количестве органического вещества, образующегося на нашей планете. Но когда мне и моим ближайшим потомкам, пригрозили заменой превосходного сочного мяса сухой, но очень питательной галетой, я, право, встревожился. Пробежал еще раз всю аргументацию ученых.
И впервые по-настоящему понял, вернее, ощутил, почувствовал одну простую и суровую истину: ограниченность пищевых ресурсов нашей планеты.
Энергия Солнца огромна, хотя земной поверхности достигает сравнительно малая ее часть. Но все же на каждый гектар суши и моря в средних широтах приходится за год 9 миллиардов калорий. К сожалению, эффективность фотосинтеза невелика, растения аккумулируют в среднем 0,1–0,3 процента солнечной энергии. По расчетам П. Дювиньо и М. Танга, это обеспечивает ежегодное продуцирование примерно 83 миллиардов тонн органического вещества — биомассы растений. Около 53 миллиардов создается на материках, остальное — в морях и океанах.
83 миллиарда тонн. Это почти все, чем мы располагаем. Основной капитал человечества. Можно культивировать растения, наиболее эффективно использующие энергию Солнца. Увеличивать занятые ими площади. Предпринимать другие шаги. Прирост органического вещества увеличится. Но не безгранично. У него есть пределы, определяемые энергией Солнца, попадающей на нашу планету, поглощающей ее поверхностью растений и эффективностью их фотосинтеза.
Прежде в уповании на «беспредельность», «неисчерпаемость» природных ресурсов никто не задумывался о том, каков прирост биомассы растений и в какой мере он может удовлетворить потребность человечества. Теперь все изменилось. У органического вещества планеты нашлась рачительная хозяйка — экология. Она села за стол, вооружилась счетами и карандашом. Подсчитала все. И предупредила: кладовая Земли не скатерть-самобранка. Необходима осторожность!