Глава I. Место зеленых растений в космосе и значение их для человека
Ежедневный опыт показывает, что человек в своем обиходе широко использует мир растений. Растения дают нам основную массу пищевых веществ, материал для выработки нашей одежды, строительные материалы и топливо. От растений мы получаем и вкусовые вещества и лекарственные. Растения дают нам дубильные экстракты, служат для окрашивания тканей, являются источником ароматических соединений для нашей парфюмерной и мыловаренной промышленности. Растительные масла, различные спирты, смолы и пр., добываемые из растений, широко используются в химической промышленности. Растения же, тлея в земле, образовали грандиозные запасы горючего: каменный уголь, нефть и торф, необходимые для тяжелой и легкой промышленности.
В пищу идут также вещества животного происхождения, но животные, которыми мы питаемся, вырабатывают эти вещества из растений. Значит, и в этом случае можно сказать, что мы питаемся растениями, переработанными животными. Без растений не было бы ни коров, ни овец, ни лошадей, ни других окружающих нас животных. Даже животные крайнего севера: киты, тюлени, моржи и различные породы рыб — погибли бы, если бы кроме них в море не было миллиардов микроскопических водорослей, образующих так называемый планктон.
В пищу вообще идут только вещества, могущие поддерживать в теле животного и человека свойственную им энергию. С механистической точки зрения животное, как и человек, является как бы искусно построенной машиной. Желудок измельчает и растворяет попавшую в него пищу, пищевые растворы через стенки тонких кишок поступают в кровь, где или идут на рост и восстановление тканей тела, или же сгорают под действием кислорода, поглощенного легкими при дыхании. Словом, желудок, легкие и кровь заменяют топку и паровой котел, нервная система заменяет собой систему направляющих клапанов, а мышцы соответствуют цилиндрам, поршням, зубчатым колесам и валам. Топливо в этой машине и есть пища. Поэтому в пищу годятся только определенные вещества, именно углеводы * , белки и жиры, и лишь немногие другие вещества растительного и животного происхождения. Остальными же находящимися на земле веществами мы питаться не можем.
* ( Углеводами называются в химии вещества, состоящие из углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород находятся здесь в том же количественном отношении один к другому, как и в воде. Сюда относятся: сахар, крахмал, клетчатка и другие подобные им по своему химическому составу соединения углерода, водорода и кислорода.)
Известно, что в некоторых странах Южной Америки и Африки в голодные годы люди пытались многократно есть жирную на вид и мягкую на ощупь глину. На берегах Охотского моря находят так называемую горную сметану, которую также иногда едят. Однако глинистые вещества дыхания и жизни не поддерживают, и питание ими приводит только к своеобразным заболеваниям, не предотвращая исхудания и смерти от голода.
Все пищевые вещества могут гореть, это их общее свойство. Мы даже нередко оцениваем сравнительное достоинство различных видов пищи по теплоте, выделяемой ими при сгорании. Так, обыкновенный, или тростниковый сахар дает от 3921 до 4001 единиц тепла, называемых калориями, на 1 г веса. Крахмал, составляющий основу всякой муки, — от 4146 до 4200 калорий. Мясо без жира 5640,9, а с 7% жира 5874,4, белок яйца 5711, а чистое коровье масло 9220. Средний человек тратит в сутки, по крайней мере, 2500 тысяч таких калорий и возмещает их пищей.
В то время как человек и животные на процессы горения тратят как углеродистые вещества, способные гореть, так и заключенные в них калории тепла, растения отличаются важнейшей особенностью накапливать их в себе. Происходит это оттого, что растения необходимую им пищу поглощают не в виде углеводов, жиров и белков, а в виде газов воздуха и воды. Из углекислоты воздуха они заимствуют углерод, из воды водород и кислород. Азот, необходимый для образования белков, берется из почвенных солей, растворенных в воде, всасываемой корнями растений. Короче, главная масса пищи, годной для поддержания жизни растений, заимствуется ими из воздуха и воды и лишь незначительная часть из почвы. Последняя доставляет не только азот, но и другие элементы. При сжигании растений остается зола, в которой можно обнаружить все те элементы, которые заимствуются растением из почвы.
Однако углекислота * воздуха заключает в себе такой углерод, который гореть не может. Углекислота — продукт полного сгорания углерода: ни при каких условиях она далее не соединяется с кислородом и не может выделить ни одной калории. Чтобы заключающийся в углекислоте углерод получил способность гореть, надо разложить углекислоту, диссоциировать ее, отделить углерод от кислорода, на что требуется огромная затрата тепла. Иначе можно сказать, что углерод углекислоты инертен, лишен энергии, гореть же и поддерживать явления жизни может только такой углерод, который заряжен известным запасом энергии. Потенциальная энергия, скрытая в углероде органических соединений в форме химической энергии, при горении и других окислительных процессах освобождается и переходит или в тепло, или в различные другие формы энергии, соответствующие явлениям жизни.
* ( Воздух не химическое соединение, а смесь газов; анализы его, производившиеся в различных местностях, дают сходные результаты. Объемный анализ воздуха дает 20,96% кислорода, 78,08% азота и 0,93% аргона. Воздух содержит еще от 0,03 до 0,04 углекислоты и менее 0,01% инертных газов гелия, неона, криптона и ксенона, взятых вместе. Весовой анализ дает 23,1% кислорода, 75,6% азота и 1,29% аргона. Сверх того воздух содержит значительное количество паров воды.)
Зеленое растение устроено так, что может выполнять работу разложения углекислоты, если оно освещено. Источником производимой растением работы являются обычно солнечные лучи. Им могут быть и всякие другие световые лучи, независимо от их источника. Так, растения прекрасно разлагают углекислоту при освещении электрическим светом и даже обыкновенной керосиновой лампой. Иначе говоря, растение является машиной, в которой лучистая энергия света расщепляет угольную кислоту и заряжает частицы углерода энергией, той самой энергией, которая при последующем окислении этого углерода освобождается и вызывает в процессе горения явления света и тепла. Из свободного, заряженного энергией углерода растение и строит необходимые составные части нашей пищи: углеводы, жиры и белки.
Кроме того, мы все время вдыхаем из воздуха кислород, и на каждый кубический сантиметр, поглощенный нашими легкими, выдыхаем равное количество углекислоты. То же происходит при всех процессах горения; наконец, масса углекислоты выделяется вулканами. Казалось бы, что состав воздуха все время должен непрестанно меняться в сторону обогащения его углекислотой и обеднения кислородом. Такая порча воздуха уже давно поставила бы нас в трудное положение. К счастью, состав; воздуха за исторические времена не изменился, ибо наряду с процессами образования углекислоты существует процесс восстановления углерода и освобождения кислорода. Процесс этот тесно связан с питанием зеленых растений.
Впервые этот факт обратил на себя внимание английского химика Пристли * еще в 1772 г. Открыв кислород, Пристли заинтересовался, естественно, и вопросом, откуда он берегся, и нашел, что зеленые растения исправляют воздух, испорченный дыханием животных или горением. В 1779 г. Ингенгуз выяснил, что в темноте опыт Пристли не удается и что для выделения растением свободного кислорода необходим свет достаточной напряженности. В 1782 г. Сенебье открыл, что при этом затрачивается углекислота и что выделяемый растением кислород — это тот самый кислород, который был предварительно поглощен растением в виде связанного кислорода углекислоты. **
* ( Впервые этот факт обратил на себя внимание М. В. Ломоносова.
Однако Ломоносов не успел экспериментально подтвердить справедливость своих предположений.- Прим. ред.)
** ( Дальнейшую разработку этот вопрос, особенно с энергетической стороны, получил уже во второй половине XIX в. в работах К. А. Тимирязева.
К. А. Тимирязев показал, что процесс построения органического вещества из неорганических протекает в зеленом хлорофилловом зерне. Хлорофилл поглощает солнечные лучи, энергия которых и производит работу по расщеплению углекислоты и соединению углерода с водой. При этом обнаружилось исключительное значение красных лучей солнечного спектра, наиболее активно поглощающихся хлорофиллом и вместе с тем наиболее богатых энергией.
К. А. Тимирязев показал также исключительную роль зеленого растения в жизни природы, подчеркнув, что оно является единственным аппаратом, непосредственно использующим и накапливающим солнечную энергию на Земле. Он говорил о космической роли растений, так как только с появлением зеленого растения в земной атмосфере возник свободный кислород, присутствие которого направило все дальнейшее развитие лика Земли и биосферы по определенному пути.- Прим. ред.)
Таким образом, наличие на Земле мира зеленых растений обеспечивает питание и дыхание животных и человека, а также накопление горючих материалов, представляющих собою частью также углеводы, частью углеводороды и даже почти чистый углерод.
Без зеленых растений жизнь на Земле была бы ограничена ничтожным кругом некоторых своеобразных по своему питанию бактерий. Все остальные живые существа поддерживают свое существование только благодаря способности растений накоплять углеводы, жиры и белки, а также вырабатывать свободный кислород в количествах во много раз больших, чем это необходимо для их собственных питания, дыхания и роста.
Таким образом, космическое значение растения состоит прежде всего в том, что оно поглощает солнечные лучи, заставляет их заряжать частицы диссоциируемого одновременно из углекислоты углерода потенциальной химической энергией. Оно создает на Земле мощные запасы солнечной энергии, обогащает атмосферу -кислородом и образует запасы пищи, обеспечивающие питание животных и человека. Далее мы увидим, что своим химизмом растение воздействует и на неорганическую природу. Для человека растения — неисчерпаемый источник питания и всякого рода индустриального сырья.
Отсюда понятен наш интерес к тому, как это случилось, что на Земле появились зеленые растения, откуда явились первые их зачатки, как они заселили Землю, как преобразовались в современные нам растительные формы и как образовались те леса, которыми мы окружены в настоящее время.
Источник
Космическая роль растений: в чем она заключается?
Космическая роль растений уже давно доказана многими учеными. Особую роль в исследовании этого процесса сыграл российский исследователь Климент Тимирязев. Именно он доказал, что данный процесс имеет жизненно важное значение. На каких же особенностях строения основано это уникальное свойство растительных организмов?
Космическая роль зеленых растений
Все живые организмы характеризуются определенными признаками. Однако все они нуждаются в кислороде для осуществления процесса дыхания. Космическая роль растений и заключается в обеспечении всех организмов этим жизненно важным веществом. Только растения способны производить его в ходе уникального процесса, который называется фотосинтез.
Представители растений: характерные черты строения
Почему же другие организмы не производят кислород в процессе своей жизнедеятельности? Потому что только растения имеют уникальные черты строения. Прежде всего это наличие в клетке зеленых пластид хлоропластов. На внутренней поверхности этих органелл происходит процесс фотосинтеза, которым определяется космическая роль растений. Характерными признаками представителей этого царства живой природы является также наличие углевода целлюлозы в клеточной стенке. Это вещество придает поверхностному аппарату прочность и жесткость. В качестве запасного питательного вещества в цитоплазме клеток откладываются гранулы крахмала. Этот полисахарид образуется из многочисленных молекул глюкозы, синтезирующейся в процессе фотосинтеза. Для растений также характерен неограниченный рост. Это значит, что процесс количественных изменений у них происходит в течение всей жизни.
Суть процесса фотосинтеза
Итак, космическая роль растений проявляется в ходе фотосинтеза. Само название этого процесса свидетельствует об участии солнечного излучения в нем. И действительно, фотосинтез заключается в образовании органических веществ из минеральных при условии наличия квантов света. Происходит он только в зеленых пластидах хлоропластах. На их внутренней поверхности углекислый газ взаимодействует с водой. Продуктами этой уникальной химической реакции является моносахарид глюкоза и кислород. Первое вещество растения используют в качестве источника энергии для осуществления процессов жизнедеятельности. А кислород участвует в процессах дыхания абсолютно всех живых организмов.
Условия протекания фотосинтеза
Синтез органических веществ и кислорода, в котором заключается космическая роль растений на земле, возможен только при наличии солнечного света. Учеными доказано, что от его количества зависит и интенсивность фотосинтеза. Она возрастает до освещенности в 15 тысяч люкс, а после идет на спад. Осенью происходит естественное уменьшение количества солнечного света. В результате листья меняют цвет и опадают. Суть этого процесса заключается в превращении зеленых пластид в желтые и багряные, которые называются хромопласты. При этом лист уже не может выполнять свои функции и прекращает жизнедеятельность. Листопад имеет защитное значение для растений в холодный период, поскольку этот процесс практически прекращает транспирацию. Ведь терять влагу в период ее недостатка очень неразумно.
Солнечное излучение необходимо только на первой фазе фотосинтеза. Она так и называется — световая. В течение этого периода происходит накопление энергии для запуска сложной химической реакции и активации хлорофилла. После этого свет уже не нужен. Наступает темновая фаза, в ходе которой происходит накопление углеводов. Также обязательными условиями протекания фотосинтеза является наличие воды и углекислого газа.
Фотосинтез: космическая роль растений
Растения осуществляют удивительный круговорот. Они выделяют кислород, все живые организмы используют это вещество для окисления органических веществ, в результате чего выделяют углекислый газ. Именно он является необходимым условием и реагентом в процессе фотосинтеза. Способны к этому только растения. По типу питания они являются автотрофами, способными самостоятельно производить органические вещества. Космическая роль зеленых растений заключается в обеспечении необходимых условий для жизни живых организмов. Причем, если традиционно считается, что именно леса являются «легкими планеты», то на самом деле огромная часть производимого на планете кислорода приходится на долю водных растений.
Итак, космическая роль растений заключается в осуществлении процесса фотосинтеза. В его ходе в пластидах хлоропластах при наличии воды и углекислого газа происходит волшебное появление глюкозы и кислорода, необходимого для дыхания всех живых организмов, обитающих в биосфере.
Источник