Он очень молод для большого ученого. И наука его тоже еще молода, хоть и родилась она давно. В изучении механизма фотосинтеза растений, уникального процесса, происходящего в природе, учеными за последние пятнадцать лет сделано больше, чем за предшествующие двести. Пятнадцать лет — это значит с 1951 года. Адольф Трофимович Мокроносов в пятьдесят первом как раз окончил Уральский университет.
У этой проблемы захватывающие перспективы. Познание фотосинтеза обещает переворот в энергетике, возможность моделирования фотосинтеза означает возможность получения органических веществ из солнца, воздуха и воды. Сейчас этот процесс доступен только зеленым растениям. Об этом даже стихи есть:
Вы проходите мимо цветка?
Наклонитесь,
Поглядите на чудо,
Которое видеть вы раньше нигде не могли.
Он умеет такое, что никто на земле не умеет.
Например… Он берет крупинку мягкой черной земли,
Затем он берет дождя дождинку,
И воздуха голубой лоскуток,
И лучик, солнышком пролитой.
Все смешает потом (но где?!)
(Где пробирок, и колб, и спиртовок ряды?),
И вот из одной и той же черного цвета земли
Он то красный, то синий, то сиреневый, то золотой!
В ряду ученых-биохимиков — имя Мокроносова. Лаборатория фотосинтеза растений в университете работает под его руководством. И кафедра физиологии растений работает тоже под его руководством. А сам он будет в этом году защищать докторскую диссертацию.
О науке, которой не занимаешься, трудно писать хорошо. И потому, наверное, вспоминаешь просто, как в человеке «светит» его наука. А вот как. Несколько лет назад Мокроносова пригласили работать в Ленинград,
единственный город, кроме Свердловска, где он хотел бы жить . Но он отказался, потому что проблема, для решения которой его приглашали, требовала год-полтора и не была прямо связана с фотосинтезом, которому надо отдать еще бог знает сколько лет, возможно всю жизнь.
А в другой раз была весна. Студенты сдавали сессию, и лаборатория несколько дней стояла пустая и заброшенная. И нарцисс в колбе на голом столе казался одиноким. Это были какие-то тревожные дни. Мокроносов улетел в Казань: пришла телеграмма — у двух сотрудников казанской лаборатории что-то не очень ладится. А они тоже работали с радиоактивными изотопами в условиях, сходных с условиями в лаборатории Уральского университета. Ученые для изучения механизма фотосинтеза применяют радиоактивный изотоп углерода.
Мокроносов приехал бодрый и жизнерадостный. Мимоходом сказал, что они «кое-что придумали» (видно, для защиты) и долго рассказывал, как славно было ночевать у костра за Волгой с друзьями.
От казанских биологов врачи потребовали прекращения работы на несколько месяцев. И это весной и летом, когда «страда» и когда звучат традиционные, одним им понятные, только для них значимые пожелания: «Успехов вам в летней работе».
Прекратить работы? Мокроносов, как о решенном, весело сказал: «Ведь это невозможно!» Это они про себя сказал.
И еще — про фотосинтез. Мокроносов — блестящий его пропагандист. Он объездил всю область с лекциями, он читает их и студентам, и преподавателям, и партийным работникам, и просто людям разных профессий. После
его лекций как-то жалко делается, что сам не стал вовремя биологом, что сам не убедился долгими годами адской работы, что «фотосинтез — совсем не сухая цифирь, а творящий из солнечных лучей земную жизнь, он прекрасен, как раскованный Прометей!»
Мокроносов хочет еще побыть археологом. Обязательно. Чтоб самому копать землю лопатой. Прошлым летом он был сортировщиком рыбы в Тихом океане. И, оказывается, это отчаянно трудно — мгновенно узнавать, какая
рыба, и бросать ее, куда надо. А позапрошлым летом он был в Таджикистане, в сказочной стране, где «тот, кто не умеет писать, слагает стихи, кто не умеет слагать стихи, поет песни, кто не умеет петь песни, режет по камню». А еще раньше привез коллекцию, подаренную ему геологами Чукотки, рассказы о путешествиях с бесшабашными колымскими шоферами и рассказы о джунглях Приморского края. И все за одно лето.
Было Михайловское, были Кижи, был а Средняя Русь с ее величественной и нежной стариной. Была мальчишеская, не для ученых мужей, авантюра, когда Мокроносов с другом, собравшись всего лишь на Денежкин камень, оказались на Приполярном Урале и штурмовали легендарную вершину Сабля.
Сначала это были отдельные представления: Мокроносов-ученый, Мокроносов-путешественник, Мокроносов-фотограф. Да, даже фотографии воспринимались как-то отдельно от все го другого. Это не были снимки ученого, холодного и скрупулезного. Это был взгляд на мир художника. Он ведь ничего не говорил сам про себя — все сказали фотографии. Мохнатый подснежник распустил свои бесстрашные листочки и стоит среди больших деревьев спокойный, как ребенок. Над черным силу этом церковных куполов — две белые полоски
следов от реактивных самолетов. Двадцатый век. Наше вчера и наше сегодня.
Наука «светит» в человеке. И в фотографиях его — тоже. Был день, когда мир, потрясенный полетом Гагарина, начинал новую эпоху. Эпоху владения человека космосом. И все журналисты больших и маленьких газет были
в дороге, чтобы написать о радости людей. А Мокроносов Адольф Трофимович, ученый-биолог, взял фотоаппарат, сел в электричку и уехал за город. Земля, с осени вспаханная, чуть припорошенная уже весной выпавшим снегом, вдыхала солнце и влагу, готовясь принять хлебные зерна. Мокроносов снял эту землю, чтобы запомнить, какой она была 12 апреля 1961 года, когда ждала из к осмоса своего сына и хлебные зерна.
Землю,
Послужившую опорой,
Чтобы сделать
Следующий
Шаг!
С. КУЗНЕЦОВА
— 3 февраля на поверхность Луны совершила мягкую посадку советская автоматическая станция «Луна-9», через две недели станция «Венера-3» доставила на ближайшую нашу «соседку» советский вымпел, а вслед з а этим событием — полет искусственного спутника «Космос-110», пробившего слои околоземной радиации, с собаками Уголек и Ветерок на борту. Три события только в одном месяце, еще три шага на пути человека к другим мирам…
Вполне естественно, что среди проблем, связанных с освоением космоса, все большее место занимают вопросы космической биологии. Обеспечение существования космонавтов в полете, возможность жизни на других планетах — эти проблемы стали актуальными темами научных исследований…
Итак, слово ученому-биологу А. Т. Мокроносову.
— Да, решение этих проблем сейчас очень важно. Но главным вопросом, вопросом «номер один» в Современной биологии, мне кажется, является не проблема возникновения жизни, а сам ее механизм. Когда мы в совершенстве будем знать его, мы сможем не только ответить на вопрос о формах существования жизни на других планетах, но, что самое главное, мы сможем овладеть искусственным синтезом органических веществ. И это будет величайшей победой в истории человечества, потому что искусственный синтез позволит раз и навсегда на земном шаре покончить с голодом.
СОЗДАНО СОЛНЦЕМ
Все, что живет или жило на земле,— все создано солнцем. Нефть, уголь, растения и животные, включая и нас с вами, людей,— все это когда-то было солнечным светом. А начало превращения солнечного света в органические вещества кроется в одном из удивительнейших явлений природы — в фотосинтезе зеленого листа.
Можно себе представить такую фантастическую картину: в один «прекрасный» момент на земле вдруг исчезли все растения. Наша планета стала бы мертвой, так как в атмосфере исчез бы свободный кислород, а весь животный мир оказался бы без пищи и погиб.
Наука о фотосинтезе, как известно, родилась еще в конце XVIII века. Но буквально до последнего десятилетия эта наука ограничивалась лишь общим представлением о механизме превращения углекислоты в органические вещества. Биологи лишь предполагали, что из одной и той же молекулы углекислого га за может получиться что угодно: белки, сахара или жиры. Предполагали, что между моментом поглощения зеленым листом молекулы углекислоты и образованием тех самых белков, жиров и сахаров, из которых и состоят все живые существа, лежит не 2—3 реакции, а десятки их и, может быть, сотни. Было очевидно, что тайна фотосинтеза, а если хотите — тайна образования жизни, кроется в этой цепи химических преобразований, которые происходят под влиянием солнечного света.
Наша лаборатория как раз и занимается расшифровкой механизма фотосинтеза.
АТОМ-ЛАЗУТЧИК
Как же можно расшифровать механизм превращения углекислоты в белки, сахара и жиры? Для этого нужно совершенно точно знать, в какие продукты попадает в зеленом листе молекула углекислого газа. Другими словами говоря, нужно выхватить из воздуха вполне определенную молекулу углекислого газа, как-то ее отметить,. дать возможность зеленому листу ее поглотить, а затем, изменяя время прохождения отмеченной частицы в листе, можно постепенно расшифровать всю цепь химических превращений.
Но можно ли узнать, в какое именно вещество (а их в зеленом листе сотни) попал меченый атом углерода? Более того, можно ли узнать, какое именно место в молекуле, допустим, сахара занял атом-лазутчик? Если бы такую задачу поставили перед биохимиком еще 20 лет назад, он бы по меньшей мере развел руками. Для того, чтобы решить ее, потребовались две вещи: радиоактивный изотоп углерода С14 и открытие хромотографии. Для чего нужен радиоактивный углерод, объяснять не нужно,— это меченые атомы. Он — это «лазутчик» в лабиринте зеленого листа. При помощи же хромотографии биохимики совершенно точно сумели определить, в какое именно вещество зеленого листа проник наш «лазутчик».
Хромотограмма представляет собой большой лист абсолютно чистой фильтровальной бумаги. Зеленый лист, в который попали меченые атомы углерода, растирают, растворяют и каплю раствора наносят на лист бумаги. Эта капля содержит в себе практически все органические вещества. Лист бумаги обрабатывают растворителями, которые растаскивают пятно зелени по всему листу так, что все вещества, содержавшиеся в пробе, разделяются и каждое занимает на хромотограмме свое определенное место. Дальше на помощь приходит рентгеновская пленка, которую накладывают на хромотограмму. Когда пленку проявляют, радиоактивные изотопы углерода оставляют на ней следы. «Лазутчик» опознан.
ПРОСТО?
Пять лет назад, когда наша лаборатория только-только начинала расшифровку механизма фотосинтеза, мы буквально тонули в ворохах хромо- и рентгенограмм. Мы и сейчас обрабатываем за зиму до двух тысяч образцов — для нашей маленькой лаборатории цифра немалая, но теперь мы по крайней мере не похожи на школьников, которые букву «р » отгадывают по рисунку рамы. Пять лет исследований научили нас читать хромотограммы если не бегло, то во всяком случае достаточно грамотно.
Результаты? Биологи долгое время были убеждены, что превращение углекислого газа в органические вещества происходит только на свету. Недаром фотосинтез происходит от греческого слова «свет». Но, оказывается, зеленый лист превращает углекислоту в органические вещества и в темноте! Это открытие ботаника А. Ф. Лебедева долгое время было предметом дискуссий, казалось противоречием общепринятой теории фотосинтеза.
Мы решили проверить открытие А. Ф. Лебедева, а если оно подтвердится, то расшифровать его механизм. Результаты превзошли ожидания: выяснилось, что зеленый лист в темноте вырабатывает довольно много сложных органических веществ. Более того, нам удалось доказать, что процесс ночного поглощения углекислоты и фотосинтеза один!
Нельзя сказать, чтобы наше сообщение было встречено с энтузиазмом, Синтез без света?! Невероятно! Ведь все живое — продукт солнечного света!
Пришлось нам повторить опыты по более широкой программе. Еще один год исследований, еще несколько тысяч хромотограмм убедили и наших противников: растение усваивает углекислый газ как на свету, так и в полной темноте. Вся разница в том, что на свету поглощение углекислоты идет за счет энергии солнечного света, а в темноте — за счет… того же солнечного света, но уже в аккумулированном виде.
Вполне естественно возник вопрос: а так ли уж много надо растению солнечного света? Провели опыты: время облучения сократили с семи часов до двух, потом до часу, наконец до нескольких минут, причем свет давался небольшими порциями-импульсами. Все идет как прежде! Растения реагируют не столько на время облучения, сколько на паузы между вспышками света.
А что это значит практически? Практически это означает, что мы уже сейчас можем в два, три, в десять ра з сократить расходы на электроэнергию в теплицах и оранжереях. А следовательно, огурцы, лук и другие овощи, выращенные в них, уже сейчас могут стать дешевле в два-три раза !
К. П. Д. ФОТОСИНТЕЗА
Но и это еще не все. Всем известно, что наименее экономичной современной транспортной машиной является паровоз. Его коэффициент полезного действия (к.п.д.) исчисляется всего 5—8 процентами. Из каждой тонны сожженного угля только 50—80 килограммов превращаются в полезную работу. К.п.д. же зеленого листа еще меньше: всего 2—3 процента!
Возникает вопрос: а что, если этот к.п.д. фотосинтеза увеличить с 2 до 30 процентов? Мы безо всяких лишних затрат на том же участке сможем тогда снимать урожай в 20—30 раз больше, чем делаем сейчас! Заманчиво? Да. Но для этого потребуется еще немало открытий и наблюдений, на первый взгляд может быть даже и странных.
Совсем недавно наша лаборатория открыла еще один подобный «парадокс»: анализ результатов целой серии опытов убедил нас в том, что растению усваивать из воздуха углекислый газ помогает… сам углекислый газ, являясь катализатором процесса.
Пока еще трудно говорить о том, к чему может привести открытие этого явления. Возможно, что это лишь незначительный эпизод, а возможно, что автокатализ углекислоты в листе — один из важных элементов механизма фотосинтеза.
СЛАДКИЙ ЦВЕТ
Очень многие вопросы космической биологии на самом деле являются важнейшими проблемами науки о нашем, земном, растительном и животном мире. Вот, к примеру, один из самых насущных вопросов космической биологии: как обеспечить нормальное существование экипажа космического корабля в полете хотя была тот же самый Марс. Как известно, мнение биологов здесь почти единодушное: проблему жизнеобеспечения космонавтов надо искать в хлорелле. Хлорелла — это водоросль, обладающая, если можно так выразиться, двойственной натурой: при одних условиях она ведет себя как растение, т. е. поглощает углекислый газ, а при других — как животное, т. е. питается органическими веществами. Следовательно, хлорелла может внутри космического корабля обеспечить биологический круговорот, превращая отходы жизнедеятельности человека в продукты питания; Но что можно приготовить из хлореллы?
И все же, оказывается, из одной и той же хлореллы можно получить или белки, или сахар. Причем это «или» достигается довольно просто: изменением цвета света. Под красным светом хлорелла вырабатывает преимущественно сахар, а стоит красный свет сменить на синий, как та же водоросль немедленно переключается на производство белков, уменьшая при этом в себе содержание сахаров. Но эта сугубо космическая проблема питания межпланетных путешественников оказывается на самом деле и сугубо земной: разве не заманчивая перспектива — гигантские фабрики фотосинтеза, где, изменяя окраску света, получают огурцы со сладкой ботвой? Или обыкновенный прозаический клен превращается в сахарное дерево… Мечты? Пока мечты. Но вот последние работы профессора Н. П. Воскресенской о влиянии спектрального состава света, то есть его цвета на механизм фотосинтеза, говорят о том, что рано или поздно биология справится и с этой задачей.
Так почти во всем: какую бы мы ни взяли проблему космической биологии, у нее обязательно найдется ее земное и не менее важное применение. И наоборот: ответ на вопрос «в каких формах могут встретить космонавты жизнь на Марсе?» кроется в самом обычном зеленом листе наших земных растений.
Фотографии А. Мокроносова.
