Станислав Славин - Есть ли тайны у растений?
Москалянова сама провела более 16 тысяч опытов. Пробирки с растворами были разосланы ею для проверки во многие научные учреждения страны. И вот теперь, когда собран огромный фактический материал, стало ясно: действительно растворы, содержащие триптофан и краситель ксантгидрол, способны менять свою окраску с течением времени. Таким образом, в принципе, появилась возможность создания совершенно новых часов, которым не нужны ни стрелки, ни механизм...
Ботаники с гальванометром
Живые батареи. "Всем известно, как любят популяризаторы подчеркивать роль случая в истории великих открытий. Поплыл Колумб осваивать западный морской путь в Индию и, представьте, совершенно случайно... Сидит себе Ньютон в саду, и вдруг случайно падает яблоко..."
Так пишут в своей книге, название которой вынесено в заголовок этой главы, С.Г.Галактионов и В.М.Юрин. И далее утверждают, что история открытия электричества в живых организмах не является исключением. Во многих работах подчеркивается, что открыто оно было совершенно случайно: профессор анатомии Болонского университета Луиджи Гальвани прикоснулся отпрепарированной мышцей лягушки к холодным перилам балкона и обнаружил, что она дергается. Почему?
Любопытный профессор немало поломал себе голову, пытаясь ответить на этот вопрос, пока в конце концов не пришел к заключению: мышца сокращается потому, что в перилах самопроизвольно наводится небольшой электрический ток. Он-то, подобно нервному импульсу, и отдает команду мышце сократиться.
И это было воистину гениальное открытие. Ведь не забывайте: на дворе стоял всего лишь 1786 год, и прошла только пара десятилетий после того, как Гаузен высказал свою догадку о том, что действующее в нерве начало есть электричество. Да и само электричество оставалось для многих еще загадкой за семью печатями.
Между тем, начало было положено.
И со времен Гальвани электрофизиологам стали известны так называемые токи повреждения. Если, например, мышечный препарат разрезать поперек волокон и подвести электроды гальванометра - прибора для измерения слабых токов и напряжений - к срезу и к продольной неповрежденной поверхности, то он зафиксирует разность потенциалов величиной около 0,1 вольта. По аналогии стали измерять токи повреждения и в растениях. Срезы листьев, стеблей, плодов всегда оказывались заряженными отрицательно по отношению к нормальной ткани.
Интересный опыт по этой части был проведен в 1912 году Бейтнером и Лебом. Они разрезали пополам обыкновенное яблоко и вынули из него сердцевину. Когда же вместо сердцевины внутрь яблока поместили электрод, а второй приложили к кожуре, гальванометр опять-таки показал наличие напряжения - яблоко работало, словно живая батарейка.
Впоследствии выяснилось, что некоторая разность потенциалов обнаруживается и между различными частями неповрежденного растения. Так, скажем, центральная жилка листа каштана, табака, тыквы и некоторых других культур обладает положительным потенциалом по отношению к зеленой мякоти листа.
Затем вслед за токами поражения наступила очередь открытия токов действия. Классический способ их демонстрации был найден все тем же Гальвани.
Два нервно-мышечных препарата многострадальной лягушки укладываются так, чтобы на мышечной ткани одного лежал нерв другого. Раздражая первую мышцу холодом, электричеством или каким-либо химическим веществом, можно увидеть, как вторая мышца начинает отчетливо сокращаться.
Понятное дело, нечто подобное попытались обнаружить и у растений. И действительно, токи действия были обнаружены в опытах с черешками листьев мимозы - растения, которое, как известно, способно совершать механические движения под действием внешних раздражителей. Причем наиболее интересные результаты были получены Бердон-Сандерсом, исследовавшим токи действия в закрывающихся листьях насекомоядного растения - венериной мухоловки. Оказалось, что в момент сворачивания листа в его тканях образуются точно такие же токи действия, как в мышце.
И наконец выяснилось, что электрические потенциалы в растениях могут резко возрастать в определенные моменты времени, скажем, при гибели некоторых тканей. Когда индийский исследователь Бос соединил внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины и нагрел ее до 60°С, гальванометр зарегистрировал электрический потенциал в 0,5 вольта.
Сам Бос прокомментировал этот факт таким соображением: "Если 500 пар половинок горошин собрать в определенном порядке в серии, то конечное электрическое напряжение может составить 500 вольт, что вполне достаточно для гибели на электрическом стуле не подозревающей об этом жертвы. Хорошо, что повар не знает об опасности, которая ему угрожает, когда он готовит это особенное блюдо, и, к счастью для него, горошины не соединяются в упорядоченные серии".
Аккумулятор - клетка. Понятное дело, исследователей заинтересовал вопрос, какой же минимальной величины может быть живая батарейка. Одни для этого стали выскребать все большие полости внутри яблока, другие - крошить горошины на все более мелкие кусочки, пока не стало понятно: для того чтобы добраться до конца этой "лестницы дробления", придется вести исследования на клеточном уровне.
Клеточная оболочка напоминает некий панцирь, состоящий из целлюлозы.
Ее молекулы, представляющие собой длинные полимерные цепочки, сворачиваются в пучки, образуя нитевидные тяжи - мицеллы. Из мицелл, в свою очередь, складываются волокнистые структуры - фибриллы. А уж из их переплетения и составляется основа клеточной оболочки.
Свободные полости между фибриллами могут частично или полностью заполняться лигнином, амилопектином, гемицеллюлозой и некоторыми другими веществами. Иначе говоря, как выразился однажды немецкий химик Фрейдснберг, "клеточная оболочка напоминает железобетон", в котором мицеллярным тяжам отводится роль арматуры, а лигнин и другие наполнители представляют собой своеобразный бетон.
Однако есть тут и существенные отличия. "Бетон" заполняет лишь часть пустот между фибриллами. Остальное же пространство заполнено "живым веществом" клетки - протопластом. Его слизистая субстанция - протоплазма содержит в себе мелкие и сложно организованные включения, ответственные за важнейшие процессы жизнедеятельности. Скажем, хлоропласта отвечают за фотосинтез, митохондрии - за дыхание, а ядро - за деление и размножение. Причем обычно слой протоплазмы со всеми этими включениями прилегает к клеточной стенке, а внутри протопласта больший или меньший объем занимает вакуоль - капля водного раствора различных солей и органических веществ. Причем иногда в клетке может быть несколько вакуолей.
Различные части клетки разделены между собой тончайшими пленками мембранами. Толщина каждой мембраны всего лишь несколько молекул, однако нужно отметить, что молекулы эти довольно крупные, и потому толщина мембраны может достигать 75- 100 ангстрем. (Величина как будто действительно большая; впрочем, не будем забывать, что сам-то ангстрем составляет всего-навсего 10" см.)
Однако так или иначе в структуре мембраны можно выделить три молекулярных слоя: два наружных образуются молекулами белков и внутренний, состоящий из жироподобного вещества - липидов. Такая многослойность придает мембране избирательность; говоря совсем уж упрощенно, различные вещества просачиваются через мембрану с различной скоростью. И это дает возможность клетке выбирать из окружающей вреды наиболее нужные ей вещества, аккумулировать их внутри.
Да что там вещества! Как показали, например, эксперименты, проведенные в одной из лабораторий Московского физико-технического института под руководством профессора Э.М.Трухана, мембраны способны вести разделение даже электрических зарядов. Пропускают, скажем, на одну сторону электроны, в то время как протоны проникнуть сквозь мембрану не могут.
Насколько сложна и тонка работа, которую приходится вести ученым, можно судить по такому факту. Хоть мы и говорили, что мембрана состоит из довольно больших молекул, все равно толщина ее, как правило, нс превышает 10' см, одной миллионной доли сантиметра. И толще ее сделать нельзя иначе резко падает эффективность разделения зарядов.
И еще одна трудность. В обычном зеленом листе за перенос электрических зарядов отвечают также хлоропласты - фрагменты, содержащие в своем составе хлорофилл. А эти вещества нестойкие, быстро приходящие в негодность.
- Зеленые листья в природе живут от силы 3-4 месяца, - рассказывал мне один из сотрудников лаборатории кандидат физико-математических наук В.Б.Киреев. - Конечно, создавать на такой основе промышленную установку, которая бы вырабатывала электричество по патенту зеленого листа, бессмысленно. Поэтому нужно либо найти способы делать природные вещества более стойкими и долговечными, либо, что предпочтительнее, отыскать им синтетические заменители. Над этим мы сейчас как раз и работаем...
