(1) Мм. гг.!
Ни один вопрос из всей области физиологии растений не представляется с такою настоятельностью уму и воображению ботаника под этим чудным небом, среди этой роскошной растительности, как именно вопрос о природе той связи, которая существует между солнечным светом и растительностью.
Наилучше изученной стороной этого вопроса должно считать раскрытие значения света в процессе разложения углекислоты и образования органического вещества.
Благодаря успехам современной физики, выразившимся в блестящем обобщении, носящем название закона сохранения энергии, мы в состоянии понимать роль света в этом процессе.
--------------------------------
1. Речь, читанная на международном конгрессе ботаников во Флоренции в 1874 г. [Sur l'action de la lumiere dans la decomposition del'acide carbonique par la granule de chlorophylle. Ред.] «Atti delCongresso internazionale botanico tenuto in Pirenze nel mese di Maggio». 1874. Pag.108.
--------------------------------
Мы внаем теперь, что солнечный свет поглощается растением, что живая сила световых волн, так сказать, слагается в запас в растении и что этим запасом солнечной энергии человек пользуется в очаге своих машин, в организме своих домашних животных, в своём собственном теле.
Но если мы постигли настоящий смысл этого явления, мы ещё далеки от понимания его подробностей. «Если кто-нибудь спросит нас», говорит патер Секки в своей замечательной книге о Единстве физических сил, «если кто-нибудь спросит нас, как совершаются эти различные процессы, мы ответим, что нам не дано их понять во всех их подробностях.
Именно с целью сделать шаг по пути к пониманию этих подробностей я и попрошу вас уделить мне на несколько минут ваше внимание.
Проследить судьбу солнечного луча, упавшего на зелёный лист, видеть, как он исчезает, превращаясь в химическую энергию, изучить ближайший механизм этого превращения, - не правда ли, мм. гг., что это одно из самых важных, самых любопытных исследований, которым может посвятить себя физиолог! Именно этими исследованиями я занимаюсь более шести лет. В 1869 году я поместил в Botanische Zeilnng краткую ваметку по этому вопросу; в настоящем сообщении я желал бы представить самый краткий очерк результатов, полученных с тех пор.
Разложение углекислоты происходит исключительно в зелёных частях растения. Исходя из этого факта, должно допустить, что лучи, поглощаемые этими частями, то-есть хлорофиллом, и должны быть наиболее деятельны, так как очевидно, что лучи, прошедшие через лист без поглощения, не могут оказать действия. При помощи спектроскопа мы получаем представление о поглощении света хлорофиллом. С этой целью я употребляю помещаемый между спектроскопом и источником света следующий маленький аппарат (1). Он состоит
----------------------------------
1. Описанный и изображённый в моём исследовании «Спектральный анализ хлорофилла», СПБ, 1871. [См. в настоящем томе стр. 387, а также Соч., т. II. Ред.]
----------------------------------
из двух концентрических трубок, закрытых с переднего конца параллельными между собою зеркальными пластинками. Раствор хлорофилла наливается в промежуток между двумя пластинками. Вдвигая или выдвигая внутреннюю трубку, можно по произволу изменять толщину рассматриваемого слоя раствора от одного до пятидесяти миллиметров. Наблюдая сначала слой в один миллиметр, замечаем появление первой характеристической абсорбционной полосы в красной части спектра. С увеличением толщины слоя наблюдается появление и следующих менее резких полос, равно как и сплошное поглощение наиболее преломлённой ю части спектра, так что, наконец, не поглощается только узкая полоса наименее преломляющегося красного света.
Нанося получаемые результаты на разграфлённую бумагу, соединяя все последующие спектры в один общий чертёж, получаем прилагаемый рисунок (рис. 1, нижняя часть. Ред.), дающий нам наглядное представление о законе поглощения света хлорофиллом.
Но можно сделать возражение, и оно действительно было недавно сделано: закон поглощения света зелёными частями живых растений будет ли тот же, как и для раствора? Было даже высказано мнение, что спектр листьев совсем иной, что абсорбционные полосы не те, что они занимают иное место, чем в спектре растворов.
Разрешить этот вопрос возможно только, комбинируя спектроскоп с микроскопом. Вот к какому приёму я прибег. Изображение спектра, полученное при помощи любого спектроскопа, отражается посредством призмы с полным внутренним отражением по оси микроскопа. При помощи линзы (микроскопного объектива), закреплённой под столиком микроскопа и снабжённой винтом для установки, получаем изображение спектра мельче булавочной головки, которое легко можно заставить совпадать с рассматриваемым в микроскоп предметом, в настоящем случае с хлорофилловым зерном.
Заслонив половину щели спектроскопа сосудом с раствором хлорофилла, получаем в поле микроскопа один над другим два спектра - один сплошной, другой с характеристическими абсорбционными линиями хлорофиллового раствора. Помещая в различные части сплошного спектра хлорофилловое зерно, убеждаемся, что только в средних частях спектра оно представляется совсем прозрачным, так как эти лучи оно не задерживает. Но как только это зерно попадает в часть сплошного спектра, соответствующую главной абсорбционной полосе хлорофиллового раствора, оно становится непрозрачным, совершенно чёрным. То же замечается и в части спектра наиболее преломлённой.
Доказав, таким образом, тождество спектров живого хлорофилла и его растворов, мы можем результаты, полученные по отношению к последним, отнести и к первому.
Этим исчерпывается первая половина нашей задачи; мы знаем, какие лучи поглощаются растением (1).
------------------------------
1. Прежде чем перейти к другому предмету, позволю себе остановить ваше внимание на моём приборе. Он представляет большое преимущество перед спектроскопом Сорби - Браунинга; их инструмент - спектроскоп окулярный, пригодный только для аналитических целей, между тем как мой аппарат даёт объективный спектр. Он может служить для физиологических исследований; при его помощи можно изучать действие различных частей спектра на различные отправления растительной клеточки, как-то: движение протоплазмы, образование крахмала, хлорофилла и пр. Я предполагаю этим заняться.
-------------------------------
Переходим ко второй части; попытаемся определить последующую участь этих лучей, поглощённых хлорофиллом, этой энергии, принявшей иную форму.
Какие лучи солнечного спектра вызывают в зелёных частях растения разложение углекислоты?
Это один из спорных вопросов, по которым мнения ботаников резко расходятся. Я не имею в виду предложить вам разбор позднейших исследований по этому вопросу, ещё менее желаю я отвечать на чисто личные нападки на меня некоторых немецких ботаников; приведу только результаты последних моих опытов, более убедительных, чем предыдущие, и согласных с результатами, полученными недавно моим учёным другом, Н. К. Мюллером.
Но предварительно я укажу на трудности, с которыми приходится бороться в подобного рода исследованиях.
Для того чтобы получить результаты, заслуживающие доверия, необходимо производить опыт в чистом спектре. Но чистый спектр получается только в том случае, если щель, через которую проходит луч света, разлагаемый призмой, не шире одного или полутора миллиметра.
Но уменьшая ширину щели, мы в то же время уменьшаем световое напряжение спектра. Вследствие недостаточного напряжения света количества разлагаемой углекислоты и выделяемого кислорода становятся так малы, что ускользают от имеющихся в нашем распоряжении, приёмов анализа газов.
Таким образом, мы наталкиваемся на дилемму: или нужно увеличить яркость спектра в ущерб его чистоте, или нужно найти новый приём анализа газов. Я предпочёл второй исход. При помощи очень простого прибора, описывать который я здесь не стану, так как для этого потребовалось бы много времени и к тому же я его описал в сообщении, сделанном в Петербургском химическом обществе, - при помощи этого прибора я в состоянии теперь определять 0,0001 кубического сантиметра с такою же точностью, с какой имеющимися до сих пор приборами определялись едва 0,01 доли кубического сантиметра.
Вооружившись приёмами, допускающими такую степень чувствительности, я впервые мог приступить к точному разрешению вопроса - какие лучи солнечного спектра наиболее деятельны в этом процессе разложения углекислоты растением. Вот подробности опыта. В чистом спектре, полученном при помощи призмы, наполненной сероуглеродом, помещается ряд глухих с одного конца стеклянных трубок, погружённых открытым концом в ртутную ванну. Каждая трубка получает известный объём определённой смеси воздуха и углекислоты и кусок велёного листа одинаковой поверхности и вырезанный из того же листа. Трубочки располагаются так, что вторая с краю приходится как раз в той части спектра, которая соответствует главной абсорбционной полосе, так что, если смотреть на неё через слой хлорофилла, она представляется уже не красной, а чёрной.
После 6- или 10-часового действия спектра газ в трубках анализируется. Вот получаемые результаты (рис. 1, верхняя часть. Ред.).
Известно, что в темноте или при недостаточном освещении растения выделяют углекислоту, вместо того, чтобы разлагать её. Очевидно, что при известном напряжении света оба явления будут уравновешиваться, взаимно уничтожаться. Эта точка, мы можем назвать её нулевой, обозначена на рисунке чертой тп. Количества разложенной углекислоты представлены положительными ординатами (над чертой mn), количества выделенной углекислоты ординатами отрицательными (под чертой mn). Линия abcde представляет среднюю из трёх опытов.
Мы видим, что в крайнем красном замечается выделение углекислоты; в красном между линиями Фрауенгофера В и С, соответствующем характеристической абсорбционной полосе хлорофилла, наблюдается maximum разложения; в оранжевом и жёлтом количества разложенной углекислоты убывают, и, наконец, в зелёном получаются опять отрицательные величины, то-есть углекислота не разлагается, а только образуется.
Одного взгляда на эти две сопоставленные фигуры достаточно, чтобы убедиться в полном совпадении между поглощением
света хлорофиллом и разложением углекислоты, между затраченной анергией и произведённой работой. Оба максимума совпадают; там, где нет поглощения, нет и разложения; где поглощение слабее, и разложение менее значительно. Если отвлечься от второстепенных maxima {II, III, IV), то совпадение должно признать полным.
Таким образом можно считать доказанным, что наиболее деятельными оказываются именно те лучи, которые поглощаются наиболее энергично.
Но здесь невольно возникает следующее возражение. Лучи, наиболее преломляющиеся, поглощаются почти так же энергично, как и красные лучи, а разложения там не происходит. На это возражение можно ответить, что энергия, живая сила этих лучей, значительно слабее энергии лучей красных и оранжевых. Мы имеем только один способ измерения энергии, живой силы данного луча; он заключается в определении их теплового напряжения, а известно, что в видимой части спектра maximum теплового действия лежит с красного конца, minimum - с фиолетового. Таким образом, в конечной форме результат опытов может быть формулирован так:
Углекислота разлагается лучами, поглощёнными хлорофиллом, а из этих лучей наиболее деятельными оказываются те, которые обладают наибольшей тепловой анергией.
Сделаем ещё шаг, попытаемся узнать, каков будет конечный результат этой диссоциации углекислоты. Мы знаем, что он выражается в образовании, в синтезе органического вещества. Можно надеяться, что новейшие синтетические исследования П. Тенара и Броди разъяснят нам вскоре промежуточные фазы этого процесса, но пока нам известен только конечный продукт этого превращения, то-есть образование углевода - крахмала.
Благодаря исследованиям Сакса, Фаминцына, Крауза и Годлевского мы знаем, что под влиянием света в хлорофилловых вёрнах образуется крахмал. На этой таблице я изобразил первоначальное появление и последующее развитие крахмала в хлорофилловых зёрнах ложных луковиц Phajus (1).
Подведём итог всему сказанному. Солнечный луч, пролетевший без видимого поглощения громадное пространство, отделяющее нас от центрального светила, ударяясь о хлорофилловое зерно, поглощается, потухает, то-есть превращается; живая сила его колебаний затрачивается на диссоциацию частиц углекислоты и воды, и это превращение обнаруживается одновременно в освобождении кислорода и в образовании органического вещества.
Это органическое вещество, древесина, крахмал, сахар, сгорая в наших очагах, в нашем теле, является источником механической силы. Мы, следовательно, должны признать в хлорофилловом зерне исходную точку, как бы фокус, из которого истекает вся энергия, приводящая в движение наши машины, наше собственное тело. Но эта энергия не что иное, как солнечная теплота, сначала поглощённая, затем освобождённая органическим веществом растения. Не вправе ли мы видеть в изложенном исследовании только подтверждение, как бы экспериментальное доказательство, справедливости основной мысли, выраженной в этих строках великого флорентийского поэта:
Guarda'l calor del sol che si fa vino Giunto all'umor che dalla vite cola.
Dante, Purgat, с XXV*
------------------------------
1. Представлена была раскрашенная таблица, иллюстрирующая этот процесс образования крахмала, обративший на себя внимание только много лет спустя, когда он был описан Шимпером. [К сожалению, редакции не удалось разыскать эту таблицу. Ред.]
* Посмотри, как шар солнца превращается в вино, Соединившись с соком, притекающим из лозы. Данте, Чистилище, п. XXV. Ред.
------------------------------
