Страница 10 из 67
Ученые говорят об индексе листовой поверхности, сокращенно ИЛП. Эта величина представляет собой отношения суммарной поверхности листьев растения к занимаемой им площади почвы. Например, если ИЛП равен 5, то на 1 квадратном метре находится 5 квадратных метров листовой поверхности.
Казалось бы, чем больше ИЛП, тем лучше для растения: больше солнца оно захватит! Однако каждая растительная культура имеет свой, видимо, оптимальный индивидуальный ИЛП. У клевера он равен 4, у пшеницы около 7. Так появился еще один параметр в сложных расчетах, которые вели физики, стремясь построить модель оптимального посева.
В тенистых, бедных солнцем местах листья редко мешают друг другу — они чуть ли не с математической точностью размещены на растении так, чтобы каждый имел доступ к лучам. Располагаются они на стебле по спирали, и если сосчитать число витков от верхнего листа до следующего, занимающего то же положение по вертикали, получим ровно три витка. А теперь сосчитаем число листьев на этих трех витках, исключив один из двух, находящихся на одной вертикальной оси: сумма будет равна восьми…
Математика проявляет себя в зеленом царстве на каждом шагу. На это обращали внимание многие исследователи, среди них был и замечательный советский ботаник Владимир Мартынович Арциховский.
Арциховский (1876–1931) родился в Житомире в семье почтового служащего. Закончив с медалью гимназию, поступил на физико-математический факультет Московского университета, в студенческом кружке изучал сочинения Карла Маркса, за что, как неблагонадежный элемент, в 1896 году был выслан из Москвы. Перешел учиться в Петербургский университет и вновь попал в опалу: за предоставление своей комнаты под нелегальное собрание рабочих был арестован и около года провел в доме предварительного заключения. Однако страсть к науке не позволила Арциховскому пополнить ряды революционеров. В 1906 году он с блеском защитил диссертацию «О карликовых формах Fucus vesiculosus в связи с вопросом дегенерации» и получил ученую степень магистра ботаники.
Круг научных интересов Арциховского был необычайно широк. Он открыл явление филонекроза. Первым проследил на примере водорослей (собирал их на островах Балтийского моря, работал в гербариях Стокгольма, Копенгагена, Киля, Неаполя и других городов Европы), как при изменении внешних условий, проявляющих себя, в частности, в загрязнении морской воды, происходит постепенное вырождение растений. Все это было сделано задолго до введения в науку слова «стресс», до экологических бед, обрушившихся на нашу планету.
Арциховский разработал метод культивации растений без почвы и воды, в воздушной среде. Аэропонику сейчас взяли на вооружение те, кто готовит космонавтов к длительным полетам. Опубликовал несколько исследований, посвященных поиску хлорофилла на Марсе и других планетах. Хорошо владея математическим аппаратом, Арциховский оставил потомкам и ряд оригинальных ботанико-математических работ. Вот как, к примеру, начинается его статья «Листорасположение, ряд Фибоначчи и сосудисто-волокнистые пучки»:
«Пифагорейцы учили, что число управляет миром. Числу в их мистическом мировоззрении приписывалась особая, тоже мистическая, роль. И в самом деле, во многих случаях и явлениях природы мы наблюдаем какую-то странную роль числа. Я остановлюсь на одном примере, наиболее близком ботаникам — на листорасположении. Формулы эти, как известно, образуют правильный математический ряд:
1/2, 1/3, 2/5, 3/8, 5/13, 8/21, 13/34, и т. д.
В этом ряду и числители и знаменатели дробей следуют определенному закону: сложив числители двух последовательных дробей между собою, мы получаем числитель следующей дроби. Сложив точно так же два последовательных знаменателя, мы получим знаменатель следующей дроби; числители и знаменатели этого ряда дробей образуют правильный ряд, именуемый рядом Фибоначчи…»
Эту любопытную работу Арциховский заканчивает неожиданным выводом. «Когда говорят о законах размножения, — пишет он, — обыкновенно приводят геометрическую прогрессию, о которой говорили, конечно, и до Мальтуса, но популярность которой дал именно Мальтус. На самом деле, только для такого случая, как размножение бактерий, закон геометрической прогрессии имеет непосредственное место. Для других случаев дело обстоит гораздо сложнее». И далее: «Геометрическая прогрессия должна быть одним из частных случаев этих рядов из семейства Фибоначчи».
Таким образом, Арциховский указывал на большую неопределенность взглядов и выводов Мальтуса.
Растение — это прежде всего лист, ибо в нем совершаются таинства наиважнейшего для растений процесса — фотосинтеза. Так считал Тимирязев. Ему вторили исследователи более поздних поколений. И делали практические выводы: полагали, что развитие площади листвы — главный козырь в борьбе за высокие урожаи. Хочешь, чтоб поле давало больше — увеличивай количество листьев в растении!
Эти лозунги бытовали в практике еще два-три десятка лет назад. И агрономы действительно боролись за посевы с площадью листвы 40–50 тысяч квадратных метров на гектар (индекс листовой поверхности 4–5) и брали обязательства в будущем добиться 50–60 тысяч. А ученые? Они разрабатывали всевозможные методики, позволяющие определять площадь листьев.
Очертания листовой пластинки, узоры краев листа — все это кажется созданием неистовой фантазии художника. Зачем природе такое богатство? Она не может ограничиться однообразными листовыми пластинками, скажем, преимущественно в форме садовой лопаты или ракетки для игры в пинг-понг по многим причинам. Одна из них та, что в лесу, например, особые фасоны листьев, колеблемых случайными ветерками, пролагают свету дорогу к нижним ярусам листвы сквозь мгновенно образующиеся и тут же исчезающие «световоды». Не для того ли дрожат листья осины?..
Как определить площадь отдельного листа? Как учесть все хитрости его графических построений?
…Распластанный на белой бумаге, зеленый лист как бы демонстрирует мне свою беззащитность и диковинные чары своих затейливых контуров, а кандидат биологических наук старший научный сотрудник Института биологии Казанского филиала АН СССР Юлия Евгеньевна Андрианова, взяв в руки карандаш, быстро фиксирует его силуэт, затем вырезает ножницами листовой «профиль» и кладет его на весы.
— Это один из способов обмера площади листьев, — поясняет Юлия Евгеньевна. — Прежде так пытались предугадывать урожай, но ныне взгляды круто меняются. Теперь важнейшим показателем продуктивности считается содержание в растении хлорофилла. И правильнее определять не площадь листвы, а хлорофилловый индекс, выражающийся в килограммах хлорофилла на гектар посева.
…В 50-х годах молодой исследователь, теперь академик, директор Института биологии Игорь Анатольевич Тарчевский, став аспирантом кафедры физиологии растений славного научными традициями Казанского университета, выбрал нелегкую тему «фотосинтез и засуха». Создавая растениям стрессовые условия (нехватка воды, высокие и низкие температуры, недостаточная освещенность) и используя впервые в Казани метод радиоактивных изотопов, ученый установил факт фундаментального значения. Растения в ответ на стресс давали стереотипный отклик, их реакция была неспецифической и не зависела от характера используемого стрессора. Наиболее чувствительным к стрессу оказался процесс фотосинтеза.
— Чем бы вы растительную клетку ни «стукнули по голове», — шутит в разговоре со мной Тарчевский, — у нее, вопреки распространенным житейским представлениям, не «искры начинают сыпаться из глаз», а наступает, так сказать, фаза «кромешной тьмы»: фотосинтез сворачивает с магистральной дороги, переходит на идущий без света процесс синтеза важнейших для биоэнергетики молекул аденозинтрифосфорной кислоты…