У порога великой тайны

Век света

Середина двадцать первого столетия. Ухоженный, чистый бор невдалеке от Москвы. В гущу оранжевых сосен, в центре бора, «вписан» комплекс гладких светлосерых многоэтажных зданий. Они возвышаются над деревьями, и на их плоские крыши, как птицы к гнездам, слетаются отовсюду бесшумные аэроэкипажи самой разнообразной формы. По узким желтым дорогам проносятся легкие открытые электромобили — такие же бесшумные, как и летательные аппараты. Лес наполнен зверями, которые безбоязненно выходят к дорогам.

Тишина царит и в светлых зданиях с распахнутыми окнами, где размещено межконтинентальное управление солнечной энергией (сокращенно — гелиоуправление). Из леса сюда доносится разноголосое пение птиц, не заглушаемое ни перестуком пишущих машинок, ни телефонными звонками. Чудится, что здания пусты, а между тем всюду трудятся люди — за столами, у приборов и схем, у счетных, справочно-библиографических и переводческих машин, в лабораториях, оранжереях.

Гелиоуправление — научный и административный центр. Но административными делами управление занимается мало — в этом нет нужды. Здесь ведут исследования, связанные с прямым использованием солнечных лучей в общественном хозяйстве и в быту; дают советы, как запасать лучи впрок, как пользоваться гелиотехникой при полетах в космос.

Телевизионный центр гелиоуправления. Президент управления выступает с очередной лекцией из «Солнечного цикла». Она транслируется по всей Евразии, которую гелиоуправление обслуживает. Но через Планетный телецентр лекцию могут слушать и смотреть на всех других континентах.

Лектор — высокий, немного сутулый, седой, видимо очень старый, человек — усаживается в кресло и заводит с миллиардной аудиторией неторопливый разговор. Рядом с ним молодая женщина-оператор. По кивку или короткому жесту ученого она показывает зрителям то города, то гелиостанции, то обитаемые искусственные спутники Земли, то какие-то сооружения на Луне.

— Мне припомнились сейчас, — в раздумье начинает лектор, — труды русского ботаника, жившего на рубеже девятнадцатого и двадцатого столетий, — Дмитрия Иосифовича Ивановского. Он был учеником Фаминцына, о котором я рассказывал вам в прошлый раз. В историю науки Ивановский вошел как первооткрыватель вирусов. Набрел же он на вирусы, изучая мозаичную болезнь табака, растения, ныне выращиваемого в очень малых количествах, лишь для научных и технических целей (медики все же сумели отучить род человеческий от курения)… Ивановский занимался также изучением хлорофилла и внес немаловажный вклад в познание природы и строения хлоропластов. Я недавно попросил одного нашего молодого, прекрасно подготовленного экспериментатора повторить некоторые опыты Ивановского и двух — трех его современников. Молодой человек, разумеется, не отказался, но посмотрел на меня с едва скрытой иронией, словно говоря: «Дед, милый, ведь это же древнекаменный век, для чего во всем этом копаться?» Но, повторив эксперименты начала двадцатого века, юноша сказал мне:

— Представьте, было интересно. Предки умели думать и умели изящно работать. Когда о них только читаешь, то это не так явственно…

Так вот, Ивановский в начале двадцатого столетия издал отличный учебник физиологии растений. Не в пример другим авторам, излагающим те или иные достижения науки вне связи с прошлым, Дмитрий Иосифович каждый раз прослеживает историю открытия. В предисловии к учебнику Ивановский объяснил, почему он так поступает: если преподносить только последние достижения, то факты и обобщения науки приобретают такую степень непреложности, какой они в действительности не обладают.

Прекрасные слова! Они остаются в силе и теперь, хотя с той поры, когда они были высказаны, наука сделала не один, а несколько поистине гигантских скачков вперед.

История учит нас скромности. Словами Дмитрия Иосифовича я напомнил вам, почему вот уже четвертую лекцию я посвящаю истории проникновения науки в тайну зеленого листа. Но все-таки, скажут мне, для чего копаться в делах столетней давности, если конечная цель достигнута, — человек уже владеет тайной зеленого листа? С малых лет каждый житель нашей планеты, каждый член свободной коммунистической ассоциации народов Земли запоминает имена тех, кто полностью разгадал и воспроизвел цепь удивительных реакций, совершающихся в зеленом листе под воздействием светового луча. Ту цепь реакций, за которыми сохранилось старое, привычное, хотя и неточное название — фотосинтез.

Да, великая тайна природы раскрыта. Но мне бы не хотелось, чтобы все приписывалось нашему веку. И мне бы не хотелось, чтобы вы думали, будто мы уже «переплюнули» природу, как говорили иногда в прошлом веке. Зеленый лист все еще делает свое дело лучше, чем наши фабрики, построенные по его образцу (но, конечно, не являющиеся копией листа). Да оно и понятно: природа создавала фотосинтетический аппарат растений миллионы и миллионы лет, мы же овладели секретами листа всего лишь полвека назад.

Будем скромны. Человек не вправе претендовать на то, что он добыл истину в последней ее инстанции. Непреложность гибельна для искательства — этого тревожного, мучительного, беспокойного спутника нашего рассудка…

Наш век часто называют веком света. Это не метафора. Мы широко пользуемся термоядерной энергией, воспроизводя солнечную реакцию — превращение водорода в гелий. Энергию, получаемую за счет этой реакции, идущей с выделением гигантского количества тепла, мы используем, во-первых, для преобразования лика планеты — устраиваем новые острова в океане и прорываем новые заливы на суше, пробиваем проходы в горных цепях, орошаем бывшие пустыни, теперь заселенные и обжитые; во-вторых, на растениеводство всех видов, особенно приполярное, требующее искусственного тепла и освещения; в-третьих, на нашу многообразную мощную индустрию и транспорт, давно уже не ведающие никакого топлива — уголь, нефть, газ, перестойный лес, который надо сводить, чтобы дать дорогу подросту, используются только в качестве сырья для органического синтеза.

Но наряду с этим получила широчайшее распространение гелиотехника, с помощью которой человек использует солнечный луч прямо, непосредственно.

Нас не удивляет, что большие города обогреваются гелиоустановками, мы не тратим на это даже электроэнергии, не говоря уже о топливе. Искусственный климат в жарких районах создается тоже с помощью приборов, действующих за счет энергии солнечных лучей.

Вы заряжаете дневным светом батарею своего вездехода и едете либо летите всю ночь, пользуясь запасенной энергией.

Наконец, что, быть может, важнее всего, по всей планете разбросаны тысячи и тысячи фабрик, где с помощью солнечного луча вырабатываются продукты питания, корм для животных и множество синтетических материалов. Это новая химия, химия нашего века, фотохимия. Мы смогли ее создать, прилежно поучившись у природы, раскрыв тайну фотосинтеза зеленых растений. В сущности, термин «производство продуктов питания» только в нашем веке приобрел истинный свой смысл. Ведь прежде люди просто перерабатывали растительное и животное сырье, а производить пищу из неорганических веществ не умели. И туговато пришлось бы человечеству, если бы оно не переняло этого искусства у растений: мы, подобно нашим предкам, были бы целиком во власти зеленого листа, который всегда служил монопольным поставщиком первопищи — органического вещества. А ведь ныне земной шар населяет впятеро больше людей, чем столетие назад. И всем хватает места. И всем хватает пищи. И человек сумел сохранить леса — красу планеты.

Мы намыли в Тихом океане новый материк и много островов. Мы обжили все пустыни и все приполярные районы.

Разумеется, главную, определяющую роль сыграло то, что человечество избавилось от капитализма и от его злого, кровавого двойника — войны. Коммунизм спас человечество.

Век расцвета коммунизма на земле стал вместе с тем и веком света в прямом смысле. Наука получила невиданные условия для развития и сумела впрячь солнечный луч в работу. Век света — это и век тишины, чистоты. Там, где работает луч, на фотохимических фабриках, нет ни дыма, ни грохота. Ведь в зеленом листе все реакции совершаются в полной тишине, с выделением чистого кислорода.

Зеленый лист указал нам дорогу к изобилию пищи. Он подсказал нам, как вообще заставить работать даровой луч. Помните тревожную, призывную тираду Тимирязева:

— Окончательно непоправимо только расточительное, неумелое пользование главным источником народного богатства — солнечным светом. Не утилизированный в данный момент, он утрачивается уже безвозвратно.

Предки наши, не умея пользоваться даровым лучом, ниспосылаемым солнцем, жгли в чудовищных топках уголь, нефть, газ, древесину, окутывая землю дымом и паром. Они с тревогой думали о том, что этих богатств, которые природа копила миллионы лет, хватит ненадолго. Но можем ли мы осуждать их? Ведь они прилагали невероятные усилия, чтобы вырвать у природы тайну работающего луча.

И вот тайна раскрыта. Человек оказался прилежным, одаренным учеником и научился у природы созидать первопищу, научился управлять лучом, запасать его.

Население планеты питается сейчас, конечно, не только за счет искусственного фотосинтеза. Были в далеком прошлом недальновидные люди, которые полагали, что когда человек научится созидать первопищу, то услуги растений ему уже не понадобятся, он перестанет сеять пшеницу и рис, разводить сады, выращивать овощи. Одним словом, пища будет доставаться людям как воздух и питьевая вода. Не стоило бы упоминать о столь наивных фантазиях, но закрадывается мысль: а не думает ли кто-либо из нас того же о людях грядущего, двадцать второго века?.. Человек без забот, без треволнений — да человек ли это вообще?!

Мы видим, что и в наше время, когда на нас вовсю работает световой луч, прокормить население планеты не так уж легко. Во всяком случае, для этого надо много трудиться.

Источников питания, кроме искусственного фотосинтеза, у нас несколько. Мы намного расширили, в сравнении с прошлым веком, посевы продовольственных культур и резко повысили урожайность. Овощи выращиваются теперь главным образом без почвы, на водных растворах. И преимущественно в приполярных районах. Крайний Север Евразии, например, занят плантациями овощей, укрытыми прозрачной, дешевой синтетической пленкой. Гораздо выгоднее тратить электроэнергию на обогрев и освещение этих гигантских теплиц, тянущихся на десятки и сотни километров, нежели занимать драгоценные площади в средних и южных широтах, где есть почва, тепло и где достаточно света.

Второй источник — одноклеточные водоросли. Их роль, как пищи будущего, определилась еще в прошлом, XX веке. Ну, а теперь это пища настоящего. Одноклеточные водоросли, в частности хлорелла, дают гигантский урожай пищевого материала, весьма богатого белками. Благодаря водорослям наши диетологи смогли построить питание на новой, вполне научной основе.

В сотни раз больше пищи, чем в прошлом веке, дает человечеству океан.

Да, мы впрягли в работу луч, мы владеем термоядерной энергией, мы разгадали многие другие тайны природы. Но я не устану повторять, что основы гигантской революции в науке и технике, плоды которой мы пожинаем, заложены нашими предками. Они думали и за себя и за нас. Мы же обязаны думать за себя и за людей двадцать второго столетия. Так всегда: лучшие умы работают с загадом, решая и задачи будущего и задачи текущего дня.

Так раскрывалась и тайна зеленого листа, интересующая нас.

В тридцатые годы прошлого века некоторым ученым казалось, что искусственное воспроизведение фотосинтеза — дело самого близкого будущего. И действительно, к тому времени были написаны тысячи работ, в которых на основе опытов освещалась с разных сторон эта солнечная биологическая проблема, ставшая, в конце концов, проблемой и для физиков, и для химиков. Несколько поколений ученых потрудились над изучением листа с его пластидами, с его устьичным аппаратом, с его способностью молниеносно реагировать на свет. Достаточно много было известно о строении хлорофилла и его свойствах.

Не представляли никакой загадки исходные вещества, из которых растение строит на свету органическое вещество, — углекислый газ и вода; химики возились с ними до того сотни лет.

И в эти годы Владимир Николаевич Любименко, с которым я вас уже знакомил, заявил, что наука его времени знает о фотосинтезе немногим более, чем во времена Джозефа Пристли и Ингенхауза.

Мы должны прежде всего оценить мужество ученого, высказавшего это после того, как он потратил жизнь на изучение хлорофиллового зерна.

Современникам Любименко могло показаться, что он высказал свои горькие слова под влиянием трудной минуты. Но вскоре выяснилось, что он был прав. Когда ученые сумели воспользоваться новыми методами исследования, в частности меченым атомом, то оказалось, что лаборатория зеленого листа устроена неизмеримо сложнее, чем предполагалось раньше. То, что считали твердо установленным, что подтвердили несколько поколений выдающихся исследователей, вдруг рушилось.

Начался новый этап в исследовании фотосинтеза, который мы можем считать последним — он привел к искусственному воспроизведению фотосинтеза. Длился этот этап десятки лет. Движение к цели замедлялось с каждым годом, ибо вставали все новые и новые загадки. Не надо еще забывать, что начало этого решающего этапа совпало со второй мировой войной — кровопролитнейшей большой войной в истории планеты. Ученые разных стран, и в ходе самой войны и долгие годы после ее окончания, были разобщены. Это замедляло исследования — науке всегда было тесно в национальных рамках; и, пожалуй, никто так не страдал от невозможности общаться с собратьями по профессии, как ученые…

Перенесемся в Москву конца 1941 года. Войска Гитлера ведут наступление на столицу Советского Союза. На окраинах города женщины, подростки, пожилые мужчины, не пригодные для ведения боя, строят укрепления. Люди измучены непосильной работой. Пища скудная. Чтобы купить хлеб, масло, мясо, сахар, крупу, молоко либо пообедать в столовой, недостаточно обладать какой-то суммой денег. Надо еще иметь особым образом разлинованный на клетки, испещренный цифрами печатный документ, именуемый продуктовой карточкой (в исторических музеях образцы таких документов есть). И вот в эту самую пору, когда фашистские летчики рвались бомбить Москву, в Старомонетном переулке, в Биогеохимической лаборатории Академии наук велись удивительные для того времени опыты.

Но сначала о самой лаборатории. Ее основал в 1928 году Владимир Иванович Вернадский, один из самых выдающихся, самых «впередсмотрящих» ученых XX столетия, создавший по меньшей мере три науки: геохимию, биогеохимию и радиогеологию. Вернадский умел мыслить в масштабах Вселенной еще тогда, когда запуск простенькой ракеты — спутника Земли — выглядел предерзостной мечтой. Три науки, основы которых заложил Вернадский, ныне развиваются стремительно, принося нам новые и новые открытия и на Земле и в космосе…

Так вот, в конце 1941 года в Старомонетном переулке талантливый ученик Вернадского Александр Павлович Виноградов (впоследствии академик) и сотрудница лаборатории Руфина Владимировна Тейс ставили опыты с целью выпытать у растения — чей, собственно, кислород оно выделяет в атмосферу в процессе фотосинтеза. Владимир Иванович Вернадский был еще жив и с большим вниманием следил за этими опытами.

Для чего же понадобилось задавать растению подобный вопрос? Ученые в разных странах, применяя все более точные приемы исследования, стали вдруг обнаруживать, что лаборатория зеленого листа ведет себя «не по правилам», отклоняясь от классических схем, установленных для растения наукой. В XIX и начале XX веков считали само собой разумеющимся, что кислород, выделяемый на свету зелеными растениями, происходит из углекислого газа. Такая схема тем более не вызывала сомнений, что количество выделяемого зеленым листом кислорода всегда примерно соответствует количеству поглощенного углекислого газа. Смотрите, как мудро и как просто устроила тут все природа: лист поглощает своими устьицами углекислый газ; попадая в живую зеленую клетку, газ под воздействием светового луча расщепляется на углерод и кислород; затем углерод вступает в дальнейшие реакции, результатом которых является образование углеводов, то есть сахара, а кислород выделяется в атмосферу.

Да, просто, даже слишком просто. Но на самом деле природа почему-то избрала другой путь: обнаружилось, что хлоропласты способны выделять кислород… не поглощая вовсе углекислого газа! Откуда же этот кислород берется? Все сразу спуталось.

Виноградов и Тейс своими опытами в Старомонетном переулке распутали этот узел. Использовав меченые атомы, они доказали, что кислород, выделяемый зеленым растением, происходит не из углекислоты, а из воды. В это же самое время в Соединенных Штатах Америки той же проблемой занимался и к тем же выводам пришел профессор Рубен со своими сотрудниками.

Стало ясно, что энергия луча, упавшего на хлорофилловое зерно, используется прежде всего на расщепление воды. Потом, уже водород воды, освобожденный от кислорода, присоединяется к углекислому газу. Без меченого атома выпытать все это у растения оказалось бы невозможным.

Открытие Виноградова и Рубена выдержало проверку временем. Благодаря этому открытию прояснилась тайна зеленого листа. И оно сыграло большую роль в выяснении круговорота кислорода на нашей планете. Уже в ту пору геохимики подсчитали, что растения Земли выделяют ежегодно 400 миллиардов тонн кислорода. Тогда же вычислили, что ежегодно растения связывают сто пятьдесят миллиардов тонн углерода с двадцатью пятью миллиардами тонн водорода. В результате и созидается та масса первопищи, которая служила до начала прошлого века единственным источником существования человечества и всего животного мира планеты. Больше всего поражало людей середины XX столетия то, что девять десятых продукции этого гигантского химического завода природы дают микроскопические водоросли — одноклеточные растения, которыми многие века по незнанию пренебрегали, называя их «зеленой материей», тиной.

Наш век внес существенные поправки в те подсчеты, которые я только что привел. Ведь наши многочисленные солнечные фабрики органического вещества перерабатывают те же основные вещества, что и растения: углекислый газ и воду. И, подобно растениям, они в качестве «отходов» выпускают в атмосферу не дым, как фабрики прошлых веков, а чистый кислород.

Меченый атом, выведавший у растений тайну круговорота кислорода, оказал физиологам растений в ту же пору еще одну услугу.

С конца XVIII века считали твердо установленным, что растения получают углекислый газ, который служит для них источником углерода, только из воздуха. И вот в пятидесятые годы прошлого столетия русский советский ученый академик Андрей Львович Курсанов опубликовал результаты опытов, которые он проводил со своими сотрудниками в институте физиологии растений имени Тимирязева. Ученые ввели в почву, в зону корней, углекислый газ, в котором атом углерода был меченым, радиоактивным. И растение на радиоавтографе, на светочувствительной пленке само расписалось в том, что часть этого углекислого газа попала через корни в листья.

С помощью другого метода, разработанного еще Михаилом Семеновичем Цветом, — хроматографии, это было подтверждено. До этого открытия считали, что корни подают в листья лишь воду с растворенными в ней минеральными солями. А тут дознались, что корневая система помогает листьям добывать и углекислый газ. Правда, листья берут себе львиную долю углекислого газа из атмосферы, но помощь корней все же существенна.

Когда мы знакомимся с исследованиями тех лет в области фотосинтеза, — да и в других областях, конечно, — то нас охватывают самые разнообразные чувства — восхищения, изумления, благодарности и даже, если хотите, некоторой зависти. Мы решаем более сложные проблемы, нежели наши предки. Это закономерно, и тут нечему удивляться. Но иногда нам кажется, что они проявляли больше пыла, больше горячности, больше непосредственности. Они жили в трудную, быть может, самую трудную для человечества пору. Но самые дальновидные из них, те, кто ушел вперед в области социальной, явственно видели очертания нашего века, очертания будущего. И во имя будущего они работали с таким упоением и размахом, что не могут не вызвать у нас чувства благоговения.

Вот штрих, который характеризует масштабы исследований в интересующей нас области. В 1957 году в Москве была созвана Вторая всесоюзная конференция по фотосинтезу. На ней были представлены сотрудники ста тридцати научно-исследовательских и учебных заведений: физиологи растений, биохимики, просто химики, физики, физикохимики, агрохимики, агрономы… Армия, — выражаясь языком того времени, — штурмующая твердыню, какой представлялся тогда легкий, трепещущий на ветерке, манящий к новым далям зеленый лист.

Во имя чего трудилась эта армия? Об этом сказал открывший конференцию академик Курсанов:

— Мы можем предвидеть грядущий век световой энергии, может быть, еще более могучий по своим энергетическим возможностям, чем век атомный…

Хочется тут отметить, что в те годы, когда исследования в области фотосинтеза развернулись в таких масштабах, широкая публика, как тогда выражались, мало о них знала. Просматривая обзоры литературы тех лет, отлично составленные библиографическими машинами, я вначале поражался: какой огромный поток — десятки тысяч названий — специальных научных работ, посвященных фотосинтезу, и как мало на эту тему популярных книг, доступных любому читателю.

Вдумавшись, нетрудно разгадать причину такого несоответствия. Ученые, занятые разгадкой сложнейших реакций, протекающих в зеленом листе, видимо, не очень стремились рассказывать непосвященным о своих делах. Трудно говорить об исканиях, которые еще не привели к цели. Ведь это драма или повесть, как хотите, с увлекательной завязкой и развитием, но без развязки, без конца. По той же причине, надо полагать, неохотно брались рассказывать об этих поистине драматических исканиях, длившихся несколько столетий, литераторы, интересующиеся движением научной мысли…

В шестидесятые годы положение изменилось: о фотосинтезе заговорили не только в кругах специалистов. Появились новые работы, которые давали уже вполне реальные надежды на скорую и полную разгадку тайны Зеленого листа.

Но об этом — в следующий раз…