В 1000 раз быстрее, чем в лаборатории
Смешав две части водорода и одну часть чистого кислорода, мы получим гремучий газ. Если теперь эту смесь поджечь, то начинается химическая реакция и произойдет, наконец, сильный взрыв. Но та же самая реакция может идти уже при комнатной температуре и протекать гораздо спокойнее, стоит лишь ввести в сосуд мелкораздробленную платину. Реакция сопровождается выделением значительного количества тепла, химическая же природа металла остается без изменений. Как видим, достаточно одного присутствия платины, чтобы произошло взаимодействие одних веществ с другими. Это напоминает ситуацию, когда водитель автомашины, заметив дорожного инспектора, в тот же миг начинает весьма аккуратно соблюдать правила ограничения скорости. Вещества, которые изменяют скорость химической реакции, называют катализаторами. Специалисты используют их, чтобы ускорить химические промышленные или лабораторные процессы либо чтобы вообще сделать возможным их протекание. Платина — лишь один из многих катализаторов, без которых в настоящее время не может обойтись техническая химия. В частности, катализирующим действием обладает и самый обыкновенный пепел от сигарет. Если, например, кусочек сахара-рафинада обвалять в пепле и поджечь, сахар будет гореть красивым голубым пламенем. Без пепла сделать это не удается.
Разложение перекиси водорода (Н2О2) при нагревании на кислород и водород происходит в течение определенного промежутка времени. Добавление губчатой платины тысячекратно убыстряет этот процесс. Очевидно, что благодаря применению катализаторов во много раз повышается эффективность химических превращений.
Каждое мгновенье в живом организме протекают химические реакции. Подобно людям, растения также пользуются «услугами» целого ряда высокоактивных посредников. Но в отличие от применяемых в технике большинство растительных катализаторов узко специализировано. К тому же подобная избирательность сопровождается исключительной эффективностью каталитических веществ. Если технический катализатор (платина) уменьшает время разложения перекиси водорода в 1000 раз, то каталаза, вещество, вырабатываемое растениями, ускоряет этот процесс еще в 1000 раз. Иными словами, продолжительность реакции сокращается в 1 000 000 раз!
Мы уже обращали внимание читателя на то, что своим умением растения во многом превосходят специалистов-химиков (напомним лишь о способности растений, используя воздух и воду, синтезировать виноградный сахар и крахмал). Но примеры с катализаторами свидетельствуют также и о том, что даже там, где растения, казалось бы, делают решительно все то, что делают специалисты-химики, их преимущество перед людьми остается бесспорным.
Все началось со скороспелых яблок
Как правило, яблоки поздних сортов снимают прежде, чем они поспеют. Собранный урожай затем тщательно упаковывают. При хранении и транспортировке яблоки, дозревают. Однако было замечено, что если поздние сорта хранить вместе со скороспелыми, то процесс дозревания намного ускорится, очевидно, благодаря столь благоприятному соседству. При этом яблокам вовсе не нужно соприкасаться между собой. Как же в таком случае один сорт яблок влияет на другой?
Многие любители комнатных растений знают, что растущие вместе разные экземпляры одного вида растений открывают свои бутоны в один и тот же день и что позднее сформировавшиеся бутоны одного цветка в своем росте догоняют более развитые бутоны другого, и поэтому те и другие раскрываются обычно одновременно. Такое развитие событий полезно растениям, поскольку синхронное распускание цветков обеспечивает их одновременное опыление насекомыми. Но каким же образом находящиеся в разных горшках растения передают друг другу необходимую информацию?
В сухих степях и полупустынях борьба растений за воду — вопрос жизни и смерти. Свободного пространства в таких местообитаниях достаточно для развития большого числа растений, однако влаги в почве хватает лишь немногим. Поэтому в условиях засушливого климата растительные организмы постоянно ведут между собой настоящую войну. Своему соседу, который мог бы пользоваться водой с участка земли, расположенного рядом, они «осложняют жизнь», тормозят его рост, замедляют или вовсе прекращают прорастание его семян в непосредственной близости от себя. Какие невидимые нашему глазу средства используются в этой борьбе?
Во всех трех случаях (дозревание яблок поздних сортов, синхронное распускание бутонов, конкурентная борьба обитателей степей и полупустынь за воду) полностью исключается воздействие путем прямых контактов. Не может быть речи и о каких-либо оптических, акустических, электрических или подобных им методах «оповещения». Следовательно, его природа должна быть химической. Однако в первых двух случаях, когда отсутствует связующий субстрат (почва), нет и никаких оснований говорить о возможном содействии веществ, находящихся в почвенной влаге, в почве. Вероятно, в роли посредников, «виновников» столь удивительных явлений тут должны выступать газы. И действительно, опытным путем удалось обнаружить, что поспевающие яблоки выделяют в атмосферу этилен, который ускоряет созревание плодов. В его присутствии, например, яблоки поздних сортов дозревают много быстрее. А вот рост бобовых в «яблочной атмосфере» замедляется, хотя сами растения становятся более крепкими. В настоящее время известен целый ряд растений-конкурентов, оказывающих влияние друг на друга. Определенную роль в этих процессах наряду с этиленом (его следы, кстати, можно обнаружить в светильном газе, Который сгорает в наших газовых кухонных печах) играют и многие другие биоактивные соединения. К сожалению, пока изучена лишь малая часть их.
Растения степей и полупустынь, оспаривающие друг у друга почвенную влагу и питание, выделяют в почву через корневую систему биологически активные вещества в жидком состоянии. В данном случае жидкие выделения по сравнению с газообразными имеют то преимущество, что их не могут развеять частые в пустынной местности ветры. Более того, корни степных растений необычайно длинны, что, вне всякого сомнения, увеличивает радиус действия «химического оружия». Растения, высота которых едва достигает 50 сантиметров, нередко имеют корни длиной более 15 метров.
Человек также изобрел химическое оружие: к сожалению, военное искусство в своем развитии нередко опережало развитие других сфер деятельности человека. Искусство же использования мизерных доз безвредных химических веществ для мирных целей взаимного обмена информацией остается для человека пока что утопией. Тем не менее, исключительно важно и в дальнейшем продолжать тщательно изучать механизмы управляемого химического воздействия растений друг на друга. Здесь прежде всего имеются в виду, помимо процессов роста, процессы опадения листвы, изменения внешнего облика растения, контакты между высшими растениями и микроорганизмами, а также другие еще не известные нам явления. Человек здесь может многому научиться.
В поисках пищи
Наиболее примитивными растительными организмами являются одноклеточные: бактерии, жгутиковые споры водорослей и грибов, половые клетки мхов и папоротников.
Понятие «примитивный», употребленное здесь, весьма спорно, если принять во внимание исключительные способности этих крохотных созданий. По своему к.п.д. механизм их передвижения (если взять только этот показатель) оставляет далеко позади все технические средства, созданные человеком (об этом рассказывается в разделе «Через реки, озера, моря»). Но куда и зачем движутся одноклеточные? Перемещаются ли они в определенном направлении, к определенной цели? Или их движение в воде более или менее хаотично? Один английский исследователь, занимающийся изучением проблем поведения, не без иронии заметил, что любое действие в природе тем или иным образом служит одной из двух целей: питанию или размножению. В отношении одноклеточных это высказывание особенно справедливо. Перемещаясь, они ориентируются на химическое либо световое раздражение. Так, определенные вещества помогают мужским половым клеткам найти клетки противоположного пола. Споры водорослей и водных грибов с максимальной для них скоростью спешат туда, где согласно полученной химической «информации» имеются благоприятные условия обитания. С высокой степенью надежности бактерии находят места наивысшей концентрации питательных веществ. О том, насколько совершенен механизм химической ориентации этих мельчайших организмов, которых в одном грамме влажной почвы насчитывается около 25 миллиардов особей, говорит сам за себя такой пример. Обладающая самостоятельным движением половая клетка одного из видов папоротников, обнаружив присутствие яблочной кислоты, тотчас начинает двигаться в нужном направлении. Для того чтобы она могла «взять след», в почве должно находиться всего лишь 0,000 000 028 миллиграмма искомого элемента, то есть такое количество, которое с трудом обнаруживает специалист-химик, располагающий самой современной и дорогостоящей аппаратурой. Но если прибор, сконструированный человеком, способен выявить присутствие только яблочной кислоты, то наши «примитивные» одноклеточные различают множество веществ. Они в состоянии, например, безошибочно распознавать кислород, сероводород, белковые и аммиачные соединения. Более того, они различают изомеры — вещества, одинаковые по составу, но различающиеся по строению и по химическим и физическим свойствам.
Некоторые виды аэробных бактерий по своим «аналитическим» способностям заметно превосходят промышленные анализаторы, с помощью которых фиксируется наличие кислорода. Это обстоятельство используется в тех случаях, когда необходимо обнаружить присутствие этого газа: можно быть полностью уверенным, что в местах скопления этих бактерий непременно имеется кислород.
Впрочем, не только одноклеточные сумели выработать в себе умение отыскивать места сосредоточения питательных веществ. Клетки корневого чехлика у всех высших растений обладают свойством реагировать на полезные для растения элементы. Наблюдая за развитием комнатных растений, высаженных в глиняные и синтетические горшочки, можно видеть, что их корни растут в направлении наибольшей концентрации питательных солей в почве. В посуде из синтетических материалов земля равномерно пронизана корешками растений. Напротив, в гончарном горшке корни сосредоточиваются по краям земляного кома, а мельчайшие из них проникают даже в поры стенок сосуда. Именно по этой причине при пересадке растений, росших в глиняных горшках, многие корешки рвутся: в таких горшках часть влаги, содержащейся в почве, просачивается через стенки наружу и медленно испаряется, в порах же накапливаются растворенные в воде соли, за которыми и «устремляются» корни. Поэтому комнатные растения целесообразнее разводить в синтетической посуде, но поливать их надо менее обильно, так как потери воды здесь будут намного меньше. В противном случае корни начнут гнить.
Совершенно другой механизм химического поиска питательных веществ существует у семян некоторых паразитирующих растений. Они трогаются в рост лишь тогда, когда в непосредственной близости от себя обнаружат присутствие растения-хозяина или же когда, подобно семенам омелы, тем или другим способом окажутся на ветвях деревьев, где приклеиваются и прорастают.
По-иному оценивает питательные вещества, сообразуясь с их химическими свойствами, «плотоядная» росянка. Ее округлые листья сплошь усеяны железистыми волосками с капельками клейкого вещества на концах. Коснувшись листа, насекомое прилипает к волоскам. Механическое раздражение, вызванное попаданием живого существа на лист, передается остальным волоскам, расположенным по периметру листа. Они наклоняются к насекомому и прижимают его. В то же время волоски, расположенные по центру листа, остаются недвижимыми. Они начнут приближаться к добыче только тогда, когда станет известно, что попавший на лист предмет может быть переварен. Иными словами, растение в мгновенье ока определяет химический состав своей жертвы. Если будет обнаружен белок или ценные соединения азота, волоски немедленно примутся за работу. Создавая дополнительное раздражение, они побудят и остальные железистые волоски, прямо не контактировавшие с добычей, изогнуться в направлении к жертве. Выделяемая растением особая жидкость быстро переваривает пойманное насекомое.