Джордж Зейдан – Ингредиенты. Странные химические свойства того, что мы едим, пьем и наносим на кожу (страница 6)

Думаю, вы понимаете, о чем я.

Растения удивительны. Они строят сами себя из воздуха и почвы и берут энергию от солнца. Они питают всю планету как напрямую, так и косвенно. В чем их секрет?

Вы уже слышали ответ на этот вопрос, ведь в старших классах наверняка изучали фотосинтез. Возможно, вы видели эту химическую реакцию:

Если вам больше нравятся схемы, то:

(Кстати, если вы когда-либо гуглили какое-то химическое вещество, то вы, возможно, видели подобные структуры. Это химическая стенография. Каждая буква соответствует атому. С = углерод, Н = водород. Линии отражают химические связи: в данном случае электроны, распределенные между атомами. Везде, где пересекаются две или более линии, присутствует атом углерода. Он не нарисован, но он там есть. Почему химики не изображают каждый подобный атом? В случае больших молекул это заняло бы целую вечность.)

Вот объяснение, которое вы слышали в школе:

Растения используют солнечную энергию, чтобы преобразовать шесть молекул углекислого газа и шесть молекул воды в молекулу глюкозы и шесть молекул кислорода.

Я заснул так быстро, что ударился лбом о стол и снова проснулся. Но мы все же попробуем разобраться.

Растения используют солнечную энергию…

Люди изобрели солнечные батареи только в 1950-х годах, а растения сделали это 500 миллионов лет назад. Дело в том, что листья[24] работают как маленькие солнечные батареи. Растения нашли способ конструировать крошечные молекулярные аппараты, которые меняют их форму и поведение в ответ на всего один протон света, а также направляют энергию на производство глюкозы.

Итак, далее: …преобразовать шесть молекул углекислого газа…

С нашей точки зрения, в атмосфере слишком много углекислого газа (привет, климатические изменения!), но растениям кажется, что его слишком мало. На уровне моря воздух состоит из углекислого газа примерно на 0,04 %. Это значит, что если бы вы случайным образом взяли десять тысяч молекул воздуха, то всего четыре из них оказались бы молекулами углекислого газа, а 9,996 не были бы… им и не представляли бы никакой ценности для фотосинтеза. Получается, растения каким-то образом научились выискивать всего четыре необходимые молекулы из десяти тысяч.

Мы продолжаем: …и шесть молекул воды…

Нам нужна лишь сладкая-пресладкая вода.

Двигаемся дальше: …в молекулу глюкозы…

Глюкоза, которую производят растения, используется ими разными способами: она сжигается ради получения энергии точно так же, как это происходит у людей; превращается в сахарозу (это то же самое, что сахар в вашем кухонном шкафчике); трансформируется в крахмал и запасается на зиму[25]; превращается в целлюлозу и используется для построения растения… Этот список можно продолжать. В некотором смысле глюкоза – это многофункциональный швейцарский нож в растительном мире.

Последнее, но не менее важное: …и шесть молекул кислорода.

На каждую молекулу глюкозы, произведенную растением, формируется шесть молекул кислорода. Затем растение выбрасывает их в атмосферу, где на каждые 10 тысяч молекул и так приходится 2096 молекул кислорода. Немного уходит на то, чтобы получить энергию из глюкозы, но основная часть оказывается в атмосфере. Кислород в буквальном смысле является выхлопным газом фотосинтеза.

Люди изобрели солнечные батареи только в 1950-х годах, а растения сделали это 500 миллионов лет назад.

Растения используют солнечную энергию и воду, чтобы разбивать молекулы диоксида углерода и связывать атомы углерода вместе, благодаря чему образуются химически стабильные водорастворимые кольцеобразные молекулы хранения энергии. Вы знаете их как глюкозу. Она может сгорать ради получения энергии сразу же, применяясь в качестве строительного материала, или связываться в цепи из тысяч элементов, чтобы использоваться позднее.

Глюкоза производится в листьях, но, поскольку она очень важна, другие части растения тоже в ней нуждаются. Таким образом, ей необходимо переместиться из листьев в другие составляющие растения. В случае специй в горшочках у вас на кухне протяженность пути, который она должна преодолеть, составляет всего несколько сантиметров, но у самых высоких деревьев этот маршрут может достигать нескольких десятков метров. Так как же глюкоза попадает из одного конца растения в другой?

Прежде чем разобраться с вопросом «как», нам нужно поговорить о том, сколько глюкозы попадает из одного конца растения в другой. Если отвечать просто, то много. Дуб производит 25 килограммов этого вещества каждый день. Это вес семилетнего ребенка или золотистого ретривера женского пола. Значительная часть глюкозы транспортируется в цветки, плоды, ствол, ветви и корни.

У людей весьма интересная циркуляторная система. У нас есть один мощный насос (сердце), который толкает густую жидкость, наполненную живыми клетками (кровь), по большим и средним артериям и крошечным капиллярам. У растений этого нет, однако даже самое высокое дерево в мире, Гиперион в Калифорнии[26], умудряется перемещать глюкозу от листа, расположенного на высоте 116 метров, до самого глубокого корня, который может находиться в 30 метрах от ствола. Как это возможно? Благодаря флоэме. Вероятно, в школе вам рассказывали о ней:

Ксилема транспортирует воду из корней к остальным частям растения, а флоэма перемещает глюкозу из листьев в другие места.

Флоэма – это сложная ткань, и ее ключевые компоненты называются ситовидными трубками. Они напоминают водопровод, однако сделаны не из меди, как трубы на красивых фото ванных комнат на Pinterest[27], а из живых клеток. Одиночных живых клеток, прилегающих друг к другу, словно участки нефтепровода. Места их стыков имеют отверстия, как сито в кухонной раковине. Длина каждой секции, называемой ситовидным элементом, равна всего нескольким сотням миллионных долей метра. Ширина ситовидных элементов в листьях составляет около десяти миллионных долей метра[28]. Представьте, какой должна быть сила всасывания (или выдувания), необходимая, чтобы проталкивать сахарный раствор через соломинку шириной всего 10 миллионных долей метра и длиной десятки метров. Тем не менее растения делают это ежедневно. Как?

Благодаря фотосинтезу. В отличие от меня и вас, фотосинтез невероятно продуктивен. При оптимальных условиях некоторые растения могут вырабатывать молекулу глюкозы, используя всего 60 фотонов света (для сравнения: около 300 000 000 000 000 фотонов попадают в ваши глаза каждую секунду, когда вы смотрите на синее небо в солнечный день). Даже при умеренно благоприятных условиях растение может произвести около 800 миллиграммов глюкозы на лист среднего размера в день. Она постоянно поступает в ситовидные трубки в листьях, и, как вам известно, чем больше вы пытаетесь впихнуть в ограниченное пространство, тем выше давление внутри него. К счастью, глюкозе есть куда переместиться, чтобы снизить давление: в остальные части растения. Однако на самом деле оно никогда по-настоящему не падает, потому что фотосинтез продолжает происходить в листьях, где производится все больше глюкозы, которая поступает в ситовидные трубки и распространяется по другим частям растения[29].

Вы можете представить себе фотосинтез в виде насоса, но не механического, который работает благодаря компрессии, а химического, который производит все больше и больше глюкозы до тех пор, пока не появляется необходимость переместить ее куда-то.

Но не позволяйте тому факту, что этот насос немеханический, ввести вас в заблуждение. Если вы здоровы (и в каком-то смысле везучи), ваше артериальное давление составляет около 120 мм ртутного столба.

Давление внутри автомобильной шины равно 1800 мм ртутного столба, то есть оно в 15 раз выше артериального. Растения, не имеющие центробежного насоса, способны повышать давление в ситовидных трубках до 7500 мм ртутного столба! Чтобы ощутить такое давление, вам придется надеть снаряжение для подводного плавания и нырнуть на глубину 100 м. Сила, оказываемая на 6,5 см² вашей кожи и возникающая из-за того, что 100 м воды давят на вас сверху, равна силе, оказываемой на 6,5 см² крошечных трубочек толщиной 0,1 человеческого волоса, которые расположены глубоко внутри растений, окружающих вас ежедневно.

Поэтому в следующий раз, посмотрев на дерево или хотя бы специи на кухне, которые вы забыли полить, вспомните, что перед вами самый совершенный трубопровод на планете.

Около 300 000 000 000 000 фотонов попадают в ваши глаза каждую секунду, когда вы смотрите на небо в солнечный день.

А теперь давайте поговорим о том, что течет по этим трубочкам. Вспомните, что в ходе фотосинтеза в листьях образуется много глюкозы. Растение, однако, производит ее не в твердой форме. Практически все процессы внутри него, включая фотосинтез, происходят в воде. Таким образом, когда растения производят глюкозу, они делают это в воде. Перемещают ее по флоэме они тоже в воде.

Если растворить две чайных ложки сахара в чашке чая или кофе, то у вас получится приблизительно 3,3-процентный сахарный раствор. Для большинства из нас он будет на вкус довольно сладким. Баночка колы – это примерно 10-процентный сахарный раствор[30]. В соке растений содержание сахара варьируется от 10 до 50 %. Таким образом, в жидкости, которая течет по трубопроводной системе некоторых растений, концентрация глюкозы в три раза выше, чем в банке колы. Растения – это первые и самые старые производители сиропов в мире.