Яблони на Марсе
Шрифт:
Чтобы просветлить темные места в энергетике растений, Ксенжек взялся за термодинамические расчеты. И сразу возникло много недоуменных вопросов. Так, скажем, выяснилось, что если даже в процессе дыхания растение «сожжет» все накопленные им ранее продукты фотосинтеза, то и тогда оно будет не в состоянии энергетически обеспечить комплекс идущих в нем активных процессов жизнедеятельности. Накапливая в виде зерна одну тонну органических веществ, растения прокачивают сквозь свои структуры до тысячи и более тонн воды. Количество тепла, расходуемое на испарение этой воды, примерно в 100 раз превосходит количество энергии, запасаемой в урожае. Напрашивается предположение, что большая часть полезной работы совершается растением не через цикл связывания углекислоты и
Так же неясна судьба большей части энергии, поглощенной растительными пигментами. Обычное объяснение, что эта энергия, 50–60 процентов энергии, поглощенной растением, просто превращается в тепло, в сущности, ничего не объясняет. Оно только переводит проблему из сферы физики в сферу биологии: если высокоспециализированные светопоглощающие системы растения работают в значительной мере вхолостую и даже нагружают растение избыточным теплом, температура листьев растений в солнечный день может быть на 10, на 15–20 градусов выше температуры окружающего воздуха, то почему эти системы не были отбракованы эволюцией?
Напрашивается еще одна гипотеза: а правомерно ли рассматривать растение только как химическую машину? Не есть ли это еще одновременно и машина тепловая? Не действуют ли растения как тепловые насосы? Традиционно считается, что в процессе испарения воды листьями растение освобождается от избыточного тепла. Однако можно показать (вновь термодинамика), что при определенных условиях испарение влаги сопровождается охлаждением окружающего воздуха, а вовсе не растения!
Осознание подобных парадоксов имеет большое значение. Оно может изменить стратегию подхода к повышению продуктивности растений. Исторически получилось так, что больше всего ученые потратили сил на изучение энергетики фотосинтеза. Этот процесс создает все, что нам нужно от растений, за исключением разве тени и эстетического наслаждения! И даже сейчас все нацелено на это. А практики, следуя рекомендациям ученых, всячески стремятся облегчить растениям фотосинтез. Но, может быть, человек тут берется за дело не с того конца? Может быть, облегчив растению выполнение более трудоемких для него задач, удастся скорее добиться желаемого? И тогда мечта о КПД в 15 процентов станет реальностью?
Ксенжек полагает, что путь к решению проблемы широкомасштабного использования солнечной энергии лежит, по всей вероятности, через создание «энергетических плантаций», то есть через выращивание растений для энергетического использования биомассы. Растения, система самовоспроизводящаяся и размножающаяся и при том хорошо приспособленная для улавливания и фиксации потока солнечной энергии, позволяют создавать огромные светопоглощающие поверхности несопоставимо быстрее и дешевле, чем это возможно с помощью устройств технических.
Возможности нового, термодинамического подхода трудно переоценить. Ведь он позволит оценивать принципиальные пределы продуктивности различных видов растений в разных условиях, аналогично тому, как в технике рассчитывается предельный КПД тепловых машин. Дело будет поставлено на инженерную, технологическую основу. Конструкторы растений положат на стол «рабочие чертежи» нужных нам растений, выведут формулу их жизнедеятельности. Укажут оптимальную ширину капилляров, что облегчит испарение — этот, возможно, наиболее тяжелый для растений процесс. Жизнь возникла в воде! Растения «высадились» на сушу лишь недавно, и жить на ней им нелегко. Вычислят необходимую архитектонику листвы, позаботятся о надлежащей «фигуре» растений. Сейчас человек, заботясь лишь о плодах, делает ставку на «толстяков», а они, увы, страдают одышкой. И не только усовершенствуют конструкцию растительных машин, но и укажут правила их грамотной эксплуатации.
Пока все это только мечты. Но знание вечных законов природы, которые открывают ученые, прокладывает пути к тому, чтобы они стали реальностью.
Глава 6
И
Придет тот день, когда каждый будет брать на обед таблетку азота, чуть-чуть жиров, немного крахмала или сахара, бутылочку ароматического флейворинга и, смешав все это, получать кушанье по собственному вкусу. Производство всех необходимых ингредиентов на фабриках будет дешевым и неограниченным. Тем самым получение пищевых продуктов не будет зависеть от хороших или плохих сезонов, от дождей и засухи, от зноя, иссушающего растения, или мороза, губящего надежды тех, кто выращивает фрукты. И когда придет этот день, химия вызовет революционное изменение мира, результаты которого никто не может предсказать.
Мы живем в необычное время. Население Земли умножается невиданными темпами. В 1850 году на земном шаре жил 1 миллиард человек, к 1930 году землян стало 2 миллиарда, в 1960 году — 3, а к 1990-му, полагали статистики, — нас будет 5 миллиардов.
Эксперты просчитались. «Днем рождения пятимиллиардного человека» Организация Объединенных Наций объявила 11 июля 1987 года.
Где родилось пятимиллиардное дитя? На какой широте, какой долготе? В огромном городе, крохотной деревушке? В русской, китайской, американской, индийской семье? Стало представителем большого или маленького народа? Этих подробностей никто никогда не узнает. Зато демографы уверены в том, что если рост населения пойдет с прежней скоростью, то к 2000 году (нас привораживает этот срок: стык тысячелетий!) Землю будут населять уже более 6 миллиардов человек — огромное количество!
Грозный смысл этой цифры хорошо иллюстрирует то, что ежегодно, данные 1987 года, на планете появляется 80 миллионов новых жителей, ежедневно — 220 тысяч, ежесекундно примерно 2 человека, которых нужно кормить! Прежде Земля худо-бедно, но справлялась с этой задачей, а что будет в будущем? Что станет тогда привычной для обитателей Земли пищей? Какое меню предложат человеку наука и техника?
«…Люди занимают на земле не так уж много места. Если бы два миллиарда ее жителей сошлись и стали сплошной толпой, как на митинге, все они без труда уместились бы на пространстве размером двадцать миль в длину и двадцать в ширину. Все человечество можно было бы свалить в кучу на самом маленьком островке в Тихом океане» (Антуан Сент-Экзюпери. Маленький принц).
Много ли человеку земли нужно? Еще Лев Николаевич Толстой в известном рассказе-притче размышлял об этом. В философском плане. Нас будет интересовать статистика.
Первобытный человек был охотником и собирателем дикорастущих растений. Он употреблял в пищу их плоды, семена, нежные листья, побеги и корни — все, что было съедобным. При таком образе жизни требовались большие пространства, территория, равная примерно 25 квадратным километрам на одного человека. Неудивительно, что население Земли росло тогда крайне медленно.
Ну а сколько земли человеку нужно сейчас? Ответить на это попытался голландский физиолог растений Корнелиус де Вит. Он полагает, что максимум того, что могут дать растения в идеале, это 500 центнеров в год с гектара земли. Далее этот ученый перевел центнеры в калории и пришел к выводу: в Нидерландах на площади в один гектар могут, питаясь довольно умеренно, прокормиться 50 человек.
Еще немного арифметики — и, оказывается, что суша планеты способна прокормить 1000 миллиардов человек!