Страница 7 из 67
Энгельман сконструировал особый микроскоп: он позволял освещать небольшими пучками света различные части зеленых клеток. Так можно было начать поиск областей, где совершается процесс фотосинтеза. Для этого исследователь подобрал бактерии, жадно поглощающие кислород, продукт фотосинтеза. И вот эти бактерии начали концентрироваться только в тех участках, где находились освещенные хлоропласты…
Хлоропласты полны загадок. Есть гипотеза, что эти органеллы — потомки древних организмов, которые на заре истории жизни на Земле случайно внедрились в незеленые клетки и тем самым сделали их автотрофами, способными создавать органические вещества путем фотосинтеза. Союз этот оказался очень выгодным для обеих сторон.
Любопытно, что зеленые клетки можно «избавить» от хлоропластов, нагревая их. Поколения клеток, живущих при высоких температурах, все более и более бледнеют и в конце концов становятся бесцветными, лишенными хлоропластов. Того же удается достичь и химическими средствами, воздействуя на зеленые клетки стрептомицином и другими веществами.
Хлоропласты давно стали объектом пристального внимания ученых. В этот коллективный труд вносит весомую лепту и сильный отряд фотобиологов Белоруссии. Долгие годы его возглавлял академик Тихон Николаевич Годнев.
Годнев (1893–1982) — физиолог растений, академик АН БССР (1940), родился в городе Задонске Липецкой области в семье учителя, окончил Московский университет, работал в Москве, Астрахани, Иванове, с 1927 года в Белоруссии; но где бы ни жил ученый, он всегда оставался верен своей первой, возникшей еще в студенческие годы научной страсти: его волновала тайна важнейшего растительного пигмента — хлорофилла. Годнева постоянно занимала мысль, как такая большая и сложная молекула может строиться в живом организме. Труд жизни ученого был подытожен в монографии «Хлорофилл. Его строение и образование в растении», в 1967 году эта работа была удостоена премии имени Тимирязева АН СССР. Годнев по праву считается создателем советской школы исследователей биосинтеза хлорофилла, основателем и учителем школы белорусских физиологов и биохимиков растений, среди его учеников — член-корреспондент АН СССР Александр Аркадьевич Шлык и другие известные советские ученые.
Под фотонным, световым дождем многие из молекул хлорофилла, находящихся в зеленом листе, разрушаются. Отчего же тем не менее листва до осени сохраняет свой цвет и свойства? Природа снабдила растения особыми фотонными зонтиками? Нет, все гораздо проще и одновременно сложнее. Объяснение стабильности свойств зеленой материи в том, что в недрах листа идет непрерывный синтез все новых и новых молекул хлорофилла.
Здесь дело обстоит, как и во всех других живых тканях. Прошло время, когда считалось, что клетки живого и составляющие их молекулы неизменны. Теперь никого не удивляет мысль о том, что, например, у человека в течение 80 дней половина всех тканевых белков распадается и строится заново. И что с химической точки зрения сегодня мы с вами уже совсем не то, чем были вчера!
Биосинтез хлорофилла — интереснейшая тема! Ученые показали, что по утрам листья «более зеленые», чем вечерами, на закате солнца. Причина? Обновление хлорофилла в основном идет по ночам, в темноте.
Где же расположены центры биосинтеза? В каких частях зеленого листа готовится хлорофилл? Что это за цехи такие? Как они устроены? Что собой представляют? По каким принципам работают? Автора книги все это очень интересовало. Он знал, что этой темой занимаются доктор биологических наук Владилен Лазаревич Калер и его сотрудники. В Библиотеке имени В. И. Ленина в Москве были разысканы работы этого ученого. Вот так фотосинтетическая дорожка и привела автора в Минск.
Сентябрь в тот год выдался на редкость теплым и солнечным. Деревья еще сохраняли зелень крон, а кусты цветущих роз источали аромат, когда я дорожками Ботанического сада шел к увитому плющом серому четырехэтажному зданию Института экспериментальной ботаники имени Василия Феофиловича Купревича — родоначальника многих биологических учреждений Академии наук Белоруссии. Вот и комната 214. Лаборатория фотосинтеза…
Многие поколения ученых пытались разгадать структуру хлорофилла — самой, пожалуй, популярной молекулы жизни. И теперь в любом учебнике по физиологии растений можно найти «портрет» этой молекулы. Она похожа… на головастика. Имеет плоскую квадратную «головку» (хлорофиллин) и длиннющий «хвост» (фитол).
— В пруду головастик, лишаясь хвоста, превращается во взрослую лягушку, — помню, рассказывал Владилен Лазаревич. — В листве последовательность обратная: тут можно сказать, что «лягушка» — молекула протохлорофиллида, предшественника хлорофилла, обзаведясь фитольным «хвостом», становится «головастиком» — хлорофиллом. Но это лишь краткий эпизод в долгой и до сих пор во многом таинственной мистерии биосинтеза хлорофилла…
В большую науку Калер пришел в 1957 году с… авторемонтного завода, где заведовал после окончания университета химической лабораторией. Ему было 32 года, когда тайны фотосинтеза всецело покорили и увлекли его. И ныне он автор известной и в Союзе и далеко за его пределами монографии «Авторегуляция в системе биосинтеза хлорофилла в высших растениях».
В зеленом листе возникновение новых молекул хлорофилла происходит на фоне большого количества уже имеющегося пигмента. Поэтому биосинтез «невидим», он как бы одет в маскхалат, и его нелегко исследовать.
Можно, конечно, начать разделять зеленую материю на все более мелкие части в надежде дойти до «первоисточников». Средств для этого придумано немало. Листья дробят в ступке под слоем жидкого азота или быстро пропускают зеленую ткань растений через крохотные отверстия из камер с высоким давлением: оно разрывает хлоропласты на мельчайшие фрагменты. Можно разрушать мембраны зеленых клеток с помощью детергентов или, проще говоря, ПАВов — поверхностноактивных веществ, типа моющих средств. «Резать» их ультразвуком… Однако всюду исследователь как бы оказывается перед выбором: все или ничего, ибо он, отвлекаясь от изучения живой клетки в целом, осуществляющей нормальный фотосинтез, получает в руки груду безжизненных «деталей», отдельных химических компонентов, о роли которых можно только гадать.
Эта довольно безрадостная ситуация изменилась к лучшему с приходом в науку радиоактивных изотопов… Ведь они, эти ядерные детективы, позволяют, не разрушая зеленой ткани, следить за происходящими в ней тонкими процессами. И все же трудности остались немалые. Ведь при биосинтезе хлорофилла одновременно происходят многие десятки превращений. И можно себе представить, как непросто при этом установить истину.
Что же делать? Как одолеть преграды, расставленные хитроумной природой? Долго ломал себе над этим голову Калер. И решил призвать на помощь ЭВМ. Заняться математическим моделированием явлений. Хотя в те годы многим такой подход к биологическим объектам казался несерьезным, игрой в бирюльки. (Теперь-то уже так не думают.)
Что же дало математическое моделирование? Можно ли сейчас представить себе, как устроена и действует «фабрика» биосинтеза хлорофилла? Вместо ответа на мои настойчивые расспросы Калер, помню, просто открыл ящик стола и достал оттуда диковинное устройство, внешне напоминающее восемь груш, соединенных вместе теми местами, где у плодов обычно торчат хвостики — плодоножки.
— Вот вам… — сказал он. — Можете подержать в руках модель того, что природа отлаживала многие миллионы лет. Это полиферментная система, каталитический центр. Место, откуда, словно детали с конвейера, сходят только что изготовленные молекулы хлорофилла…
Владилен Лазаревич (беседа наша была долгой) ввел меня в тонкости биосинтеза хлорофилла. Его рассказ впечатлял. В самом деле, попробуйте представить себе завод, который бы выпускал не только какую-то продукцию, но изготавливал еще и станки, и все необходимое оборудование для этого производства. И обходился бы при этом без рабочих и вообще без обслуживающего персонала!