При описании реакций фотосинтеза, последний представляет собой в сущности процесс, обратный процессу катаболизма. В ходе фотосинтеза накапливается энергия и синтезируются питательные вещества из углекислого газа и воды, а в процессе катаболизма в результате окисления кислородом воздуха разрушаются готовые питательные вещества и освобождается заключенная в них энергия. В процессе фотосинтеза растения выделяют кислород, а процессы катаболизма приводят к освобождению углекислого газа. Эти две реакции взаимно дополняют друг друга и зависят друг от друга. Именно поэтому растения и животные необходимы друг другу.
Хотя клетки растения дышат, подобно клеткам животных, тем не менее обычное зеленое растение производит в 20 раз больше питательных веществ и кислорода, чем это необходимо для его дыхания. Взаимозависимость растений и животных впервые убедительно продемонстрировал 200 лет назад английский химик Пристли. Он поместил мышь под стеклянный колпак. Спустя несколько часов она задохнулась. Ученый поместил другую мышь под этот же колпак без доступа воздуха. Когда животное начало задыхаться, его извлекли на свежий воздух и оно быстро пришло в себя. Затем Пристли поместил под колпак горшок с зеленым растением и держал его в течение нескольких часов на солнце. Посаженная затем под этот же колпак мышь на протяжении всего опыта чувствовала себя прекрасно. Зеленое растение каким-то образом восстановило свойство воздуха поддерживать жизнь животного.
Пристли предположил…
Пристли предположил, что животное выделяет какой-то яд, а зеленое растение его удаляет. Вскоре французский химик Лавуазье показал, что на самом деле животное использует кислород воздуха и выделяет углекислый газ, тогда как растение, наоборот, поглощает углекислый газ и выделяет кислород. Владельцы аквариумов знают, что рыбы и другие водные животные растут значительно лучше, если в воде есть зеленые растения. Одновременно и растения чувствуют себя лучше в присутствии животных. При правильном соотношении растений и животных аквариум можно герметически закрыть, и жизнь в нем будет продолжаться неопределенно долгое время без какого-либо вмешательства извне. Конечно, при этом надо обеспечить доступ света — необходимого источника энергии. Вероятно, по такому принципу можно будет наладить круговорот веществ на космических кораблях; хлорелла и другие растения могли бы служить и пищей и источником кислорода для людей; в то же время растения смогли бы использовать углекислый газ и воду, выделяющиеся при дыхании человека.
Земля как космический корабль
По аналогии с космическим кораблем всю Землю можно рассматривать как гигантский контейнер, где установилось равновесие между растениями и животными. Подсчитано, что запас кислорода в воздухе иссяк бы за 2000 лет, если бы растения постоянно не пополняли его. Вместе с тем, если бы не было животных и бесхлорофилльных растений, таких, как грибы, содержание углекислого газа в воздухе постепенно падало бы. Правда, какое-то количество углекислого газа образуется при горении и других неорганических реакциях, но это количество очень мало по сравнению с тем, которое производится животными.
Однако взаимозависимость между растениями и животными не сводится только к поддержанию определенного соотношения газов в атмосфере. В этой главе мы узнали, что растениям необходимо небольшое количество минеральных веществ, которые поступают из почвы. Чтобы способствовать хорошему росту растений, в почву вносят различные удобрения. Удобрения иногда даже называют «пищей растений», хотя это неправильно: ведь растения не получают из них энергии. Тем не менее, при наличии соответствующих минеральных солей растения лучше развиваются и производят больше питательных веществ. Это-то и создает ложное впечатление, будто растение питается удобрениями. Когда животное поедает растение, многие из этих минеральных соединений выводятся с экскрементами и снова попадают в почву. Бактерии и грибы тоже участвуют в этом круговороте. Эти бесхлорофилльные растения разрушают остатки погибших животных и зеленых растений, вследствие чего минеральные вещества освобождаются и могут использоваться снова.
Таким образом, пока доступна солнечная энергия, живые организмы на Земле способны поддерживать непрерывный круговорот веществ в природе.
