Чому трава зелена

      Комментарии к записи Чому трава зелена отключены

«ЧОМУ трава зелена?» Таке, або подібне запитання ви, очевидно, ставили в дитинстві. Чи вам дали вичерпну відповідь? Такі дитячі запитання, як це, можуть бути досить глибокими. Вони спонукують нас заглиблюватися у буденне — у те, що ми сприймаємо як щось належне, і відкривати для себе приховані дива, про існування котрих ми навіть і не підозрювали.

Аби зрозуміти, чому трава зелена, уявімо собі щось таке, що, здавалося б, немає нічого спільного з травою. Постарайтеся уявити собі досконалу фабрику. Досконала фабрика повинна функціонувати безшумно й милувати око, чи не так? Така фабрика, замість того, щоб забруднювати довкілля, має робити його кращим і чистішим. Звісна річ, вона повинна виготовляти щось корисне й справді необхідне для всіх. Така фабрика повинна використовувати відновлювальну енергію, а краще сонячну, чи ж не правда? В такому випадку її не потрібно буде забезпечувати електрикою, вугіллям чи нафтою.

Поза всяким сумнівом, досконала фабрика працюватиме на сонячній енергії і використовуватиме сонячні батареї, значно ефективніші, ніж сучасні людські технічні винаходи. Вони мали б бути високоефективними, недорогими й не забруднювати довкілля як під час їх виробництва, так і під час експлуатації. Така фабрика матиме найсучаснішу і передову техніку, але разом з тим функціонуватиме непомітно, без непередбачених збоїв, поломок чи нескінченних налаштувань і підлаштувань, без котрих, здається, не можуть існувати сучасні передові технологічні процеси. Ми б сподівалися від досконалої фабрики, що вона функціонуватиме цілком автоматично, без будь-якого втручання людини. Безперечно, вона повинна ремонтуватися самостійно, функціонувати самостійно й навіть самостійно нарощувати свою потужність.

Чи така досконала фабрика існує лише в науковій фантастиці? Чи це звичайнісінька фаетазія і вигадка. яку не можна втілити у життя? Ні, це далеко не так. Вищеописана досконала фабрика така ж реальна, як зелена трава, що росте у нас під ногами. Фактично цією фабрикою є і трава під вашими ногами, і папороть у вашому кабінеті, і дерево за вашим вікном. Авжеж, кожна зелена рослина є такою досконалою фабрикою! Живлячись енергією сонячного світла, зелені рослини використовують вуглекислий газ, воду та мінеральні речовини для виготовлення їжі прямо чи опосередковано майже для всього живого на землі. У результаті їхньої життєдіяльності атмосфера поповнюється чистим киснем і очищається від вуглекислого газу.

Усі зелені рослини Землі щорічно виробляють близько 150—400 мільярдів тонн цукрів, а це перевищує вагу виплавленого людиною чавуну і сталі та продукцію автомобілебудування й авіаційно-космічної промисловості. Вони використовують сонячну енергію, щоб відщеплювати атоми водню від молекул води й приєднувати ці атоми до молекул вуглекислого газу з повітря, перетворюючи вуглекислий газ у вуглеводи, знані як цукри. Цей дивовижний процес називається фотосинтезом. Рослини використовують створені завдяки йому молекули цукрів для перетворення їх в енергію або з’єднують їх докупи, утворюючи крохмаль для накопичення їжі або ж клітковину — цупкий, ниткоподібний матеріал, з котрого складаються рослинні волокна. Лишень подумайте! Велетенська секвоя, дерево, що сягає 90 метрів заввишки, ростучи, формувалося здебільшого просто з повітря, використовуючи поперемінно по одній молекулі вуглекислого газу й молекулі води для процесу, що відбувається у хлоропластах — мікроскопічних «монтажних лініях», яких є незліченні мільйони. Але яким чином?

Розгляньмо «механізм» фотосинтезу

Виготовити секвою просто з повітря (додавши води й деяких мінеральних речовин) — річ дивовижна, але тут немає нічого надприродного. Цей процес — результат розумного задуму й технології, значно складнішої від тієї, що є в розпорядженні людини. Мало-помалу вчені відкривають кришку таємничості процесу фотосинтезу, аби з подивом і зачаруванням подивитися на надскладні біохімічні процеси, що відбуваються там, усередині. Отже, придивімося разом з ученими до «механізму» фотосинтезу, відповідального майже за все живе на Землі. Можливо, ми почнемо помалу отримувати відповідь на запитання: «Чому трава зелена?».

Візьмімо надійний мікроскоп і розгляньмо звичайний листочок. Неозброєне око сприймає листок зеленим, але це лише ілюзія. Бо, по суті, окремі клітини рослини, котрі ми розглядаємо у мікроскоп, не такі вже й зелені. Натомість вони здебільшого прозорі, але кожна з них містить від 50 до 100 крихітних зелених зернинок. У цих зернинках, що називаються хлоропластами, міститься світлочутливий зелений хлорофіл і відбувається процес фотосинтезу. А що робиться всередині хлоропластів?

Хлоропласти нагадують мішечки, наповнені ще меншими плоскими мішечками, котрі називаються тилакоїдами. Нарешті ми побачили, що надає траві зеленого кольору. Зелені молекули хлорофілу розміщені на поверхні тилакоїдів, але не хаотично: вони акуратно впорядковані у групи, що називаються фотосистемами. Більшість зелених рослин мають два типи фотосистем — ФС I (фотосистема I) і ФС II (фотосистема II). Ці фотосистеми діють подібно до бригад працівників на фабриці, кожна з яких виконує певну серію функцій у процесі фотосинтезу.

«Відходи», що не є відходами

Коли на поверхню тилакоїда вцілює сонячний промінчик, то шеренги молекул хлорофілу фотосистеми II, яких називають світлозбиральними системами, тільки й чекають, аби впіймати його. Ці молекули особливо зацікавлені у поглинанні червоного світла певної ділянки спектра. У різних місцях тилакоїда ФС I виставляє спостережні пункти, щоб вловити світло з трохи довшою довжиною хвилі. А тим часом як хлорофіл, так й інші молекули, скажімо каротиноїди, поглинають синє й фіолетове проміння.

Тож чому трава зелена? Зі всього спектра сонячного проміння, яке потрапляє на рослини, вони не потребують лише зеленого світла, тому воно просто віддзеркалюється у наші очі та фотоапарати. Лишень подумаймо! Ніжна зелень весни й насичена смарагдова зелень літа є результатом тих світлових хвиль, що їх рослини не полюбляють, але які цінуємо ми, люди! На відміну від забруднення та відходів збудованих людиною фабрик, ці «відходи» світла далеко не є відходами, коли ми милуємось чарівною лукою чи лісом, відсвіжуючи свої душі приємним кольором життя.

Але повернімося до хлоропластів. У ФС II енергія від червоної частини сонячного світла передається електронам молекул хлорофілу доти, доки один з електронів настільки активізується, або збуджується, що перескакує до рук молекули-переносника, що вже чекає його на мембрані тилакоїда. Подібно до танцюриста, що переходить від партнера до партнера, цей електрон переходить від одної молекули-переносника до іншої і поступово віддає свою енергію. Коли запас його енергії достатньо низький, то він може впевнено зайняти місце іншого електрона в першій фотосистемі — ФС I.

А тим часом фотосистемі II бракує електрона, через що вона стає позитивно зарядженою й готовою пожерти будь-який електрон на заміну втраченого. Подібно до людини, котра тільки-но виявила, що в неї поцупили гаманець, ділянка ФС II, що називається комплексом виділення кисню, просто шаленіє. Де знайти електрон? Ага! Ось поблизу тиняється сердешна молекула води. Тут її й спіткає неприємна несподіванка.

Розщеплення молекул води

Молекула води має порівняно великий атом кисню й два менших атоми водню. Комплекс виділення кисню ФС II містить чотири іони марганцю, що усувають електрони із атомів водню у молекулі води. Внаслідок цього молекула води розпадається на два позитивно заряджені іони водню (протони), один атом кисню й два електрони. У результаті розпаду молекул води атоми кисню з’єднуються у пари, утворюючи молекулярний кисень, котрий рослини повертають для нас у повітря. Усередині «мішечка» тилакоїда починають нагромаджуватися іони водню, котрі рослина використовуватиме потім, а електрони знову наповнюють вищезгаданий комплекс ФС II, котра готова повторювати цикл багато разів за секунду.

Усередині мішечка тилакоїда юрми іонів водню починають шукати вихід. Щоразу, коли розщеплюється молекула води, додаються не лише два іони водню, але й інші іони водню притягуються до мішечка тилакоїда електронами ФС II, котрі в цей час переходять до комплексу ФС I. Невдовзі іони водню починають кидатися, немов сердиті бджоли у переповненому вулику. Як їм вийти назовні?

Виявляється, що видатний Винахідник фотосинтезу також сконструював обертові двері (котрі обертаються лише в один бік) у вигляді особливого ферменту, що використовується при виготовленні вельми важливого клітинного пального, яке називається АТФ (аденозинтрифосфорна кислота). Коли іони водню прориваються крізь обертові двері, то вони постачають необхідною енергією використані молекули АТФ. Молекули АТФ діють мов манюсінькі клітинні акумулятори. Вони постачають безпосередньо у клітину маленькі порції енергії, необхідної для будь-яких реакцій, що проходять у ній. Відтак ці молекули АТФ стають у пригоді на фотосинтезному конвеєрі виготовлення цукрів.

Окрім АТФ, для виготовлення цукрів потрібна ще одна дуже важлива молекулка. Її називають НАДФ (скорочена форма нікотинамідаденіндинуклеотидфосфату). Молекули НАДФ подібні до маленьких вантажівок, кожна з яких везе атом водню до ферменту, котрому потрібний цей атом для формування молекул цукрів. Утворенням НАДФ займається система ФС I. Тимчасом як одна фотосистема (ФС II) зайнята разщепленням молекул води й використовуванням їх для створення АТФ, інша фотосистема (ФС I) поглинає світло й виганяє електрони, котрі зрештою застосовуються для створення НАДФ. Як молекули АТФ, так і молекули НАДФ зберігаються за межами тилакоїда для подальшого виготовлення цукрів.

Нічна зміна

У процесі фотосинтезу щороку утворюються мільярди тонн цукрів, хоча під час світлової фази фотосинтезу фактично не продукується жодних цукрів. Єдине, що продукується, так це АТФ («акумулятори») і НАДФ («вантажівки»). З цього моменту ферменти у стромі, тобто місці поза тилакоїдами, використовують АТФ і НАДФ для виготовлення цукрів. Фактично рослина може виготовляти цукри у повній темряві! Хлоропласт можна прирівняти до фабрики з двома бригадами робітників (ФС I і ФС II), що працюють у тилакоїдах і виготовляють акумулятори й вантажівки (АТФ і НАДФ), якими послуговується третя бригада (специфічні ферменти) із строми. (Дивіться діаграму 4). Ця третя бригада виготовляє цукри — складає атоми водню й молекули вуглекислого газу у точній послідовності хімічних реакцій, користуючись ферментами у стромі. Усі ці три бригади можуть працювати протягом дня, а бригада виготовників цукрів працює також і в нічну зміну, принаймні поти, поки не буде використаний увесь запас АТФ та НАДФ, нагромаджений під час денної зміни.

Строму можна прирівняти до клітинного бюро знайомств, повного атомів та молекул, які повинні «одружитися», але котрі ніколи не зроблять цього з власної ініціативи. Певні ферменти діють у ролі настирливих маленьких сватів*. Це молекули білків з особливою формою, котра дозволяє їм захоплювати якраз відповідні атоми чи молекули для тієї чи іншої реакції. А втім, вони не задовольняються лише знайомством майбутніх молекулярних подружжів. Ці ферменти заспокояться лише тоді, коли відбудеться шлюб, тому вони хапають майбутню пару й приводять пасивних партнерів у безпосередній контакт одне з одним, змушуючи до подружнього життя завдяки своєрідному біохімічному примусовому весіллю. Після цієї церемонії ферменти відпускають нову молекулу й знову повторюють процес. У стромі ферменти передають одне одному частково збудовані молекули цукрів з надзвичайною швидкістю: перебудовують їх, активізують за допомогою АТФ, додають вуглекислий газ, під’єднують водень і зрештою відсилають тріозу для подальших її перетворень у глюкозу та безліч інших речовин деінде в клітині.

Чому трава зелена?

Фотосинтез — це щось значно більше, ніж елементарна хімічна реакція. Це біохімічна симфонія дивовижної складності й витонченості. У книжці «Життєві процеси в рослинах» (англ.) про це говориться так: «Фотосинтез — це дивовижний, прецизійний процес впрягання енергії сонячних фотонів. Складну будову рослини й неймовірно хитромудрий біохімічний і генетичний контроль, що регулює процес фотосинтезу, можна розглядати як удосконалення елементарного процесу захоплення фотона й перетворення його енергії у хімічну форму».

Одним словом, аби збагнути, чому трава зелена, слід зачаровано придивитися до дива конструкції й технології, значно вищих від будь-яких вигаданих людиною,— до саморегулювальних, самопідтримуваних, субмікроскопічних «механізмів», які, перетворюючи сонячне світло у цукри, керують тисячами й навіть мільйонами циклів за секунду (без шуму, забруднення й без потворного вигляду). Для нас це дає можливість одержати хоча б приблизне уявлення про розум найкваліфікованішого конструктора й інженера, цебто про нашого Творця, Бога Єгову. Подумайте про це наступного разу, коли дивуватиметеся однією з чарівних, необхідних для життя «досконалих фабрик» Єгови або ж коли просто йтимете по приємній зеленій траві


[Примітка]

Інші типи ферментів діють подібно до настирливих маленьких правників, що займаються справами розлучення, бо їхня діяльність полягає у розщепленні молекул.

З журналу «Пробудись«