Владимир Комаров - Происхождение растений
В тех случаях, когда кислорода недостаточно для полного окисления сахара на углекислоту и воду, возникают обычно процессы брожения, дающие при распаде сахара выход спирта и углекислоты. Значительная часть поглощенного растением углерода утилизируется им на постройку его тканей и отдается обратно только после его гибели, когда процессы гниения и брожения разложат и древесину и другие части растения с конечным образованием тюх же углекислоты и воды, метана и пр.
В самом растении углевод претерпевает весьма сложные превращения, входя в состав живого вещества, а также в образуемые растением запасы.
С превращениями углерода тесно связаны превращения солнечной энергии, поглощаемой зелеными растениями одновременно с углекислотой. При усвоении углерода и образования углеводов поглощается масса энергии и вся она переходит в потенциальную химическую энергию углеводов. Если вместо углеводов образуются жирные масла, или за счет углеводов и жирных масел путем присоединения к ним азотистых соединений образуются белки или протеины, то и в них вводится потенциальная химическая энергия, заимствованная от Солнца.
При дыхании, брожении, гниении потенциальная химическая энергия углеводов, жиров и белков, составляющих тело растения, освобождается, превращается в динамическую и так или иначе расходуется. Мы лучше всего это видим, когда сжигаем в наших печах дрова или уголь и пользуемся освобождающимся при этом теплом.
Сжигаемое ежегодно количество каменного угля, не считая других видов топлива, выбрасывает в атмосферу около 1400 000 млн. кг углекислоты, которая снова утилизируется растениями. Таким образом, общий круговорот углекислоты в природе таков:
1. Углерод углекислоты воздуха.
2. Углерод углеводов, жиров и белков в растениях.
3. Углерод тела животных, полученный ими вместе с растительной пищей.
4. Углекислота, полученная благодаря дыханию.
5. Остатки животных и растений, постепенно отдающие свой углерод углекислоте, благодаря процессам брожения, или обугливающиеся, или иным путем переходящие в запасы минерального топлива.
6. Углекислота, как продукт горения различных видов топлива.
Часть углекислоты выходит из круга при образовании известняков и других углекислых минералов или солей, но пополняется той углекислотой, которую выбрасывают вулканы.
Уже из этого краткого очерка можно видеть, что общий запас углекислоты в атмосфере мог в различные эпохи, пережитые нашей Землей, изменяться значительно, а вместе с этим изменились и прозрачность атмосферы, а также и условия дыхания живых существ.
2. КИСЛОРОД
Кислород — один из наиболее деятельных элементов земной поверхности и один из наиболее распространенных. Свободный кислород — одна из важнейших составных частей атмосферы. Много его растворено в воде, соленой и пресной, в снегах и льдах северных стран. Кроме того, мы имеем большой запас связанного кислорода в воде и в других окислах. Процессы окисления — одни из важнейших на земной поверхности.
Откуда взялся свободный кислород? Он существует только на поверхности Земли. Его нет ни в воде источников, берущих свое начало в глубоких слоях Земли, ни в выделениях вулканов. Газы, выделяемые вулканами, многократно уже подвергались анализу, особенно американцами на Сандвичевых островах, где для этого особенно удобные условия, благодаря постоянству действующих вулканов Мауна-Лоа и Мауна-Кеа. В Японии, в южной Европе, на Камчатке, всюду газы вулканов — это углекислота, хлористый водород, сернистый водород и другие, но никогда не кислород.
Рассматривая другие мыслимые источники выделения свободного кислорода на поверхности Земли, мы понемногу убеждаемся, что минеральный мир не дает нам ни одного процесса, связанного с выделением свободного кислорода. При высоких температурах первых периодов существования Земли он был
всецело захвачен окислительными реакциями и выделялся в атмосфере связанным, в виде углекислоты и воды, не считая менее распространенных окислов. Даже в воде глубоких источников, как это доказал уже в конце XVII в. Пирсон в Англии, его в растворе нет, тогда как поверхностные воды Земли обычно содержат в растворе свободный кислород, заимствуемый ими из атмосферы.
Свободный кислород — один из наиболее деятельных, наиболее активных элементов. Процессы соединения с кислородом, процессы окисления дают громадное количество химических соединений, исчисляемых тысячами. Сюда входят окислы углерода и серы, железа и марганца, как особенно обильные. Благодаря этому громадное количество кислорода постоянно связывается, и процентное его содержание в атмосфере должно было бы постоянно уменьшаться, если бы не единственная в своем роде реакция освобождения кислорода в хлорофильных зернах зеленых растений.
Биохимическая реакция освобождения кислорода — единственная реакция, дающая атмосфере значительные количества этого важнейшего газа. Не надо забывать той роли, которую играют в данном процессе солнечные лучи, как источник энергии.
Дерево, содержащее в своей древесине 2500 м3 углерода, для того, чтобы ее построить, должно было освободить от углекислоты 12 млн. м3 воздуха. Урожай зерна, который мы снимаем с наших полей, дает до 14 400 млн. кг углерода, причем наши пшеничные поля, для того, чтобы сконцентрировать в своем зерне всю эту массу углерода, должны ежегодно освобождать от углекислоты не менее 24 000 000 000 000 м3 воздуха, заменяя всю имеющуюся в них углекислоту равным объемом свободного кислорода.
Исходя из этого, мы можем легко установить общий круговорот кислорода:
1. Свободный кислород воздуха.
2. Процессы дыхания, горения, коррозии металлов (ржавление) и прочие реакции окисления связывают свободный кислород воздуха, уменьшают запас его в атмосфере, обогащая последнюю углекислотой.
3. Кислород углекислоты освобождается при усвоении растениями углерода угольной кислоты и возвращается атмосфере.
4. Кислород участвует в образовании растениями углеводов, жиров и белков, а также и многих других соединений, вовлекаясь при этом в круговорот жизненных явлений.
5. При дыхании кислород органических соединений превращается в кислород углекислоты и воды или же остается связанным, входя в состав продуктов, вырабатываемых растениями.
6. Связанный кислород органических соединений или углекислоты становится материалом для питания растений, животных и человека.
Если мы признаем, что весь свободный кислород атмосферы выделен зелеными растениями, то ясно, что до появления этих растений его не было. Следовательно, в атмосфере было больше углекислоты, чем теперь, и общий состав ее не мог поддерживать дыхания животных, которых в то время и не могло быть на Земле.
Задача растений — не только в том, чтобы использовать в явлениях жизни энергию солнечных лучей, чтобы непрестанно вводить в ее круговорот частицы углерода, обогащенного этой энергией, но и в том, чтобы создать атмосферу, которая поддерживала бы нормальную жизнь.
3. ВОДОРОД
Водород в свободном виде редок на Земле и не принимает участия в процессах жизни. Его главное значение — это его участие в образовании того окисла, который мы называем водой. Без воды нет жизни, она одно из главнейших условий осуществления жизни. В процессах обмена, свойственных живым существам, вода то диссоциируется, то снова образуется. Запас воды на Земле пока настолько велик, что мы не придаем значения участию живых организмов в ее круговороте. Недостаток воды в пустынях создает сейчас же соответствующее изреживание растительного покрова, уменьшение массы растительного вещества и общее обеднение жизни.
Так как при реакции фотосинтеза, т. е. при усвоении растением световой энергии и углерода, весь кислород углекислоты возвращается атмосфере, тогда как весь кислород воды втягивается в образование углеводов, то в сумме элементы воды превалируют в составе организма даже над углеродом (48,5 % против 45 % сухого веса). Вода, как показали работы акад. В. И. Палладина, играет выдающуюся роль в реакциях диссимиляции при дыхании, она является растворителем при всех перемещениях вещества в организме, а также двигателем при подаче зольных составных частей, всосанных корнями из почвы, из корней в листья, а также при подаче пластических веществ, выработанных листьями, к растущим частям стебля и корня.
Общий круговорот воды, захватываемой в круговорот растительной жизни, таков:
1. Вода океанов, морей, озер, рек и пр., а также вода поверхностного слоя почвы и часть воды, циркулирующей в растениях, как материал для непрестанного испарения.
2. Результат испарения: вода в атмосфере, вода облаков и туманов. Вода разражающихся дождей, снегов и пр.
