Энергия жизни. От искры до фотосинтеза
Шрифт:
То же самое можно сказать и про человека. Никакой человеческий гений не в силах преодолеть законы термодинамики. Да, человек может повысить запасы продовольствия за счет включения тех видов живых существ, которых он ранее не ел. Он может вырубить леса и засеять высвобождающиеся площади съедобными злаками, уничтожив при этом все растения, пытающиеся конкурировать со злаками, и всех насекомых, пытающихся конкурировать с самим человеком в деле поедания этих злаков (ну, насколько получится, конечно). Он может выращивать животных специально на пищу, вытесняя дикие виды животных и истребляя хищников. Тем не менее никуда не деться от того факта, что запасы продовольствия человечества должны десятикратно превышать по массе массу самого человечества.
Обстоятельства могут вынудить человека и к сокращению пищевой цепочки. Если он питается травоядными животными, то на каждый килограмм массы человека должно приходиться сто килограммов массы растений. Если же человек питается непосредственно растительной пищей, то на каждый килограмм его массы достаточно будет и десяти килограммов массы растений. По мере роста плотности населения, как показывает диета азиатов уже сейчас, человеку, независимо от собственного желания, придется перейти на растительную пищу.
Если бы звенья пищевой цепочки были ограничены только живыми существами, то жизнь на Земле продлилась бы недолго. Невозможно было бы долго поддерживать огромный процент теряемой при каждом приеме пищи энергии. Тот факт, что жизнь никак не прекращается вот уже самое меньшее миллиард лет, свидетельствует только о том, что на каком-то этапе в пищевую цепочку должна поступать энергия извне, из источника, не имеющего отношения к живым организмам, причем в количестве достаточном для возмещения потерь.
Возможными источниками поступления большого количества энергии из неодушевленного пространства являются: 1) солнечное излучение; 2) ветер; 3) течение воды; 4) приливы; 5) внутреннее тепло Земли и 6) ядерная реакция.
Энергия приливов доступна лишь на небольшой территории, как, впрочем, и энергия течения воды. Энергия ветра, хоть и не ограничена пространственными рамками, зато крайне ненадежна. Внутреннее тепло Земли то не чувствуется почти совсем, то вдруг прорывается в виде бедствий — землетрясений и извержений вулканов. Что же касается ядерной энергии (в виде естественной радиоактивности, космического излучения и так далее), то она слишком тонко распределена. Ни один из этих источников нельзя рассматривать как достаточно (но не катастрофически) мощный, достаточно распространенный и достаточно надежный для того, чтобы положиться на него как на энергетическую основу всего живого.
Остается только солнечное излучение.
К этому выводу можно прийти не только методом исключения. Даже самый поверхностный взгляд на мир приводит нас к убеждению, что именно солнечное излучение является первичным источником энергии жизни. Пищевая цепочка, так или иначе, заканчивается зелеными растениями. Они являются «первичным производителем». И на суше, и в море, если проследить пищевую цепочку донизу, она закончится тем, что животные поедают растения. В море растения — это в первую очередь одноклеточные водоросли, общий вес которых, несмотря на то что каждая из них крошечна, во много раз больше, чем общий вес всех многоклеточных на планете.
Существуют растения, не являющиеся зелеными. Это грибы [10] . Они могут расти только на органических материалах и с точки зрения энергии относятся скорее к животным, чем к растениям. Так что и они получают энергию из когда-то живого источника, а не из неживой материи.
Очень достойно со стороны растений никого не есть в том смысле, в каком это делают животные и грибы. Растения могут жить и развиваться при полном отсутствии органических веществ. Однако между собой они конкурируют за свет точно так же, как животные — за пищу. Некоторые растения могут жить в тени, но ни одно не может существовать в полной темноте дольше, чем животное обходиться без пищи.
10
Ввиду вышеописанных соображений современная биология не считает грибы растениями, выделяя их в отдельное царство, наряду с растениями и животными. (Примеч. пер.)
Каждый, кто видел, как растения в тропических дождевых лесах тянутся к солнцу, вытягивая во все стороны широкие листья навстречу свету, наблюдал борьбу за выживание, не менее жестокую и бескомпромиссную, чем у животных. Не важно, что здесь все происходит медленно и молча, не важно, что бой идет за невесомые солнечные лучи, а не за живые организмы.
Да и не обязательно ехать в тропики, чтобы стать свидетелем такой борьбы. Ее можно наблюдать и на лужайке в деревне, где широкие листья одуванчика ловят солнечные лучи, безжалостно перехватывая их и обрекая хилую травку на смерть в тени.
Но солнечный свет — нематериален, пусть даже он и несет какую-то энергию, а растение ведь состоит из материи и должно хранить энергию в виде материальных химических веществ. Откуда же берется материя?
Все растения растут на какой-то почве, так что логичнее всего предположить, что материал для построения растения именно из нее и берется. В 60-х годах XVII века фламандский химик по имени Ян Баптист ван Гельмонт решил проверить это предположение. Он посадил иву и выращивал ее в горшке на протяжении пяти лет. Дерево росло и набрало 150 фунтов веса, а вес почвы, в которой оно росло, уменьшился при этом разве что на пару унций. Тогда ван Гельмонт решил, что растение строится не за счет почвы, а за счет воды, которой его поливают и без которой любое растение, сколь плодородной ни была бы почва, неизбежно погибает.
С современной точки зрения ван Гельмонт был прав. Почва состоит по большей части из глинозема и прочих веществ, не играющих большой роли в обмене веществ. По большей части почва выполняет чисто механическую функцию — служит твердым, но проницаемым основанием, на котором растение может располагаться и в котором удерживается необходимая растению вода.
Вода необходима растению, и не только потому, что она составляет большую часть самого растения (как и представителей прочих форм жизни), но и потому, что в ней растворяются небольшие количества неорганических веществ, необходимых растению, которые оно не может впитать иначе, кроме как в виде раствора. Удобрения используются как раз для того, чтобы восполнить запас этих необходимых растению веществ, истощенный предыдущими поколениями растений.
В принципе возможно выращивать растения и при отсутствии почвы, в одном лишь растворе необходимых неорганических веществ. Это называется «гидропоникой», и реальность гидропоники доказывает правоту ван Гельмонта в его утверждении о том, что вода нужнее, чем почва. Вот в чем ван Гельмонт был не прав — так это в том, что вода — это все, что нужно растению, поскольку одной лишь воды, и даже воды с добавлением неорганических веществ недостаточно, чтобы поддерживать жизнь. Химикам XVIII века, взявшимся за тщательное изучение органических веществ, это было уже ясно.