Феликс Патури Растения - гениальные инженеры природы

Введение

Нехватка энергетических и сырьевых ресурсов — это та серьезная проблема, с которой обществу придется столкнуться уже в ближайшем будущем. Жизнь — это, в конечном счете, не только обмен веществ и энергии. Вполне естественно, что мы потребляем энергию, расходуем сырье и материалы, причем тем больше, чем «активнее» мы живем. Но суть вопроса в том, почему именно человек разумный, и только он, за свою столь короткую историю, насчитывающую всего 40 тысяч лет, сумел создать энергетическую и сырьевую проблемы. Жизнь на нашей планете зародилась около 2,5 миллиарда лет назад. Высшие растения существуют уже почти 450 миллионов, а позвоночные животные — около 400 миллионов лет. Почему же эти живые организмы на протяжении своего несравненно более длительного времени существования ни разу не оказались в кризисной ситуации? ^[1] Ведь и они преобразуют энергию и вещество, причем в гораздо больших масштабах, чем это делал и делает человек. Однако перед ними не возникало дилемм. Почему? Можем и должны ли мы учиться у животных и растений, если хотим выжить? Я думаю: можем и должны. И я постараюсь доказать это на ряде примеров.

Цель этой книги не только показать, что растения более «сознательно», чем человек, относятся к своей окружающей среде и поэтому никогда не попадают в критическое положение.^[2] Я постараюсь разъяснить, почему и где человек, выступающий в роли конструктора, допустил и все еще допускает серьезные ошибки. Я покажу также, каким образом можно узнать, в самом ли деле хороша созданная человеком та или иная конструкция, то есть соответствует ли она тому мерилу ценностей, которое я считаю главным: оправдывает ли она себя экологически.

Я введу вас с помощью этой книги в мир флоры, и вы увидите, что окружающая среда ставит перед растениями проблемы, которые удивительно схожи с проблемами взаимоотношения среды и людей. Вам станет ясно, что растения более умелые инженеры, чем мы. Знакомство с их «изобретениями» будет полезно читателям. Но мир флоры представляет интерес не только для ботаников и инженеров. Он в состоянии увлечь и восхитить каждого из нас, общение с ним способствует восстановлению тех контактов с природой, которые мы в последнее время во многом утратили.

После того как в 1859 году Чарлз Дарвин опубликовал свой всемирно известный труд «Происхождение видов путем естественного отбора», в корне изменились существовавшие до того традиционные представления о целесообразности в живой природе. Прежде ученые полагали, что все растения и животные — это в высшей степени рациональные «конструкции», в которых каждая деталь изначально хорошо приспособлена к условиям окружающей среды. Эволюционная теория Дарвина доказала, что о такой незыблемой конструкции не может быть и речи. Согласно его теории естественного отбора, природа без какого-либо плана и разумения создает великое разнообразие видов и форм, но выживают из них только те, которые случайно, но наилучшим образом сумели противостоять условиям внешнего мира. Следовательно, можно говорить не о приспособляемости как таковой, а об отборе хорошо приспособившихся видов.

Со времен Дарвина биологи твердо убеждены в том, что природа работает беспланово и неосмысленно, поскольку она не преследует никакой цели на пути создания той или иной конструкции. Но не оказывается ли в наши дни подобное убеждение неким заблуждением? ^[3] Почему эволюция в том виде, в каком ее открыл и описал Чарлз Дарвин, должна протекать вслепую и бесплановой? Разве авиаконструкторы не работают по тому же принципу эволюционного развития, когда с целью найти наиболее приемлемую форму самолета они испытывают в аэродинамической трубе большое число моделей, конструкция которых определена опытно-статистическим путем? Разве нельзя назвать процессом «естественного отбора» те десятки тысяч вычислительных операций, которые физик-ядерщик производит на быстродействующих ЭВМ только для того, чтобы выяснить, какие конструкционные материалы, или какая их комбинация, или, наконец, какая их внутренняя структура наиболее пригодна для строительства атомного реактора? Иными словами, и инженеры не стремятся к созданию раз навсегда застывших конструкций, то есть не следуют по пути конструктивной приспособляемости, а придерживаются принципа отбора. Но никто при этом не приходит к мысли, что работает неосмысленно и беспланово. Целесообразность конечного результата здесь вполне очевидна, однако путь, ведущий к нему, есть не что иное, как развитие, а не однозначное конструирование.

Примечательно, что биологи и инженеры со словом «эволюция» связывают два разных понятия. Для первых эволюция — это отсутствие планового начала и одновременно наличие возможностей выжить; для других — это правомерное, можно сказать даже, наилучшее средство для достижения цели, поскольку конструкции должны еще пройти проверку практикой, в то время как продукт эволюции доказывает свою жизнеспособность уже в процессе возникновения. Та или иная инженерная конструкция может оказаться ложной. Эволюция же ошибок не допускает. ^[4]

Следует упомянуть еще об одном важном различии между эволюцией в природе и конструкторской деятельностью человека. Эволюция происходит в полном соответствии с условиями окружающей среды. Она не может идти быстрее, чем изменяются эти условия. Ее продукты всегда приспособлены к объективной реальности. Они не опережают развитие внешнего мира и не заставляют его приспосабливаться к ним. Иные временные масштабы характерны для технического конструирования. Ход этого процесса может быть ускорен практически произвольно. В этом корень зла. Роковые ошибки становятся очевидными тогда, когда технический прогресс намного обгоняет развитие окружающей среды и не оставляет ей времени для адаптации. Так, естественное самоочищение рек происходит намного медленнее, чем их загрязнение промышленными сточными водами. В этом смысле не конструкция, не машина оказывается элементом среды, окружающей человека, а, наоборот, сам человек подчиняется искусственной среде, создаваемой машиной. Теперь человек должен приспосабливаться к машине, возможности усовершенствования которой опережают возможности совершенствования человека. При таком положении вещей прогресс машинной техники может оказаться для человека смертоносным. ^[5]

Человек был и остается живым организмом, Его конструкцию не изменишь в один миг. И это хорошо, поскольку этим исключается опасность создания дефектной конструкции. В то же время при разработке исключительно смелых технических проектов человек вынужден следить за тем, чтобы «не опередить самого себя». В противном случае он может вступить в конфликт с результатами своего труда.

Итак, эволюция в природе приводит к появлению приспособившихся форм. Этого не происходит при техническом конструировании. Поэтому в будущем нашим инженерам надо больше заниматься «эволюционированием» технических идей, нежели простым конструированием. Им следует всегда помнить о достижении обязательной совместимости творений их рук и природной среды. Это, однако, не означает, что специфический путь технического прогресса — конструирование — необходимо предать полному и окончательному забвению. Но когда мы будем создавать те или иные конструкции, нам следует учитывать два ограничения, присущие эволюционному пути развития: конструирование должно осуществляться при наличии обратных связей с окружающей средой, и оно не должно опережать темпов взаимоприспособляемости природы и человека.

Использовать солнечный свет

Жизнь из воздуха, воды и света

Солнечный свет — наиболее мощный и наименее освоенный человеком источник энергии. За исключением энергии ядра практически вся энергия, прямо или косвенно использовавшаяся когда-либо человеком, представляет собой энергию световых лучей. Гидравлические электростанции преобразуют энергию рек в электрическую. Однако возможность работы ГЭС обусловлена круговоротом воды в природе: нагревание атмосферы солнечными лучами вызывает испарение воды, которая затем выпадает в виде осадков. Тепловые электростанции вырабатывают энергию, используя каменный уголь, нефть, природный газ, то есть органические вещества, которые были созданы зелеными растениями с помощью солнечной энергии миллионы лет назад. Органическое происхождение имеют также бензин, керосин, мазут и прочие виды минерального топлива, получаемые из нефти и каменного угля. Продукты питания, обеспечивающие человеческий организм необходимой энергией (зачастую в больших, чем это требуется, количествах), в конечном счете поставляются растениями, поскольку животные, мясо которых мы едим, питаются либо зелеными растениями, либо травоядными животными. Что касается самих растений, то они вырабатывают органические вещества, непосредственно улавливая и связывая лучистую энергию. Без этого первичного использования света жизнь на Земле была бы невозможна.

Но если растения издавна «умеют» утилизовать энергию солнечного луча без каких-либо промежуточных, посредствующих звеньев, то человек смог это сделать с помощью техники лишь в последние десятилетия, правда, пока в очень незначительных масштабах, которые с точки зрения существующих объемов производства энергии можно вообще не принимать во внимание. Сегодня только одним зеленым растениям природой дано искусство создавать органические вещества из воды и воздуха, используя энергию света. В процессе ассимиляции, или фотосинтеза, в листьях и стеблях растений, при участии хлорофилла, из углекислого газа и воды образуются виноградный сахар (глюкоза), а затем крахмал и другие более сложные органические соединения. Заключенная в этих веществах анергия обязана своим происхождением солнечному свету. Эти факторы широко известны. Но то, что сегодня знает каждый школьник, оказывается пока недоступным для повторения в лабораториях без участия зеленого растения. Если частично прикрыть ассимилирующий лист небольшим кружочком из непрозрачного материала, то можно убедиться в том, что только в освещенной части листа из воды и воздуха будут синтезироваться глюкоза, а затем крахмал. Если в конце дня обработать этот лист раствором йодистого калия, то участки листа, содержащие крахмал, потемнеют и перед вами, словно на фотоотпечатке, сделаном с негатива, окажется точное изображение прикрытой части листа. На фото 1 показан лист тополя, с которым был проделан такой опыт. На снимке отчетливо видны темная зона (здесь на лист падал солнечный свет и образовался крахмал) и круглое светлое пятно (эта часть листа была прикрыта).

Фото 1. Часть листа тополя на протяжении целого дня была укрыта от солнечных лучей (светлое пятно). Проведенный вечером тест с применением йода показал, что лист в темноте не способен к фотосинтезу.

Процесс фотосинтеза стал для нас явлением настолько само собой разумеющимся, что мы уже более не удивляемся всему совершенству подобного способа использования энергии. Я приведу несколько цифр, которые позволят наглядно показать читателю, что в действительности скрывается за понятием «фотосинтез».

Начнем с малого. Один квадратный сантиметр листа сахарной свеклы в течение дня образует из воздуха и воды с помощью солнечного света всего одну тысячную долю грамма глюкозы. Картофель и ячмень продуцируют еще меньше. Однако общее количество углеводов, выработанных всеми листьями растения, уже нельзя недооценивать. Сколько органического вещества может синтезировать Растение из воздуха и воды в течение года, довольно убедительно показывает урожай зерновых, снимаемый с полей. С точки зрения энергетического баланса подобное производство в высшей степени рационально и экономично. Для синтеза 1 килограмма глюкозы растению достаточно затратить около 4,4 киловатт-часа энергии. Примерно такое количество энергии потребляет цветной телевизор, если в течение пяти дней он работает по три часа каждый вечер. Один килограмм виноградного сахара связывает 400 граммов чистого углерода, синтезированного из 0,75 кубического метра углекислого газа. Так как содержание углекислого газа в воздухе составляет всего 0,033 процента, то для того, чтобы получить такое количество углерода, растение должно «обработать» 2250 кубических метров воздуха. Одновременно с этим происходит химическое разложение 0,6 литра воды и выделение 0,75 кубического метра чистого кислорода.

Рассмотрим теперь фотосинтез в глобальном масштабе. Ежегодно наземные растения связывают 17,2 миллиарда тонн углерода, растения морей — 25 миллиардов тонн этого элемента, содержащегося в углекислом газе атмосферы и Мирового океана. В сумме эти 42,2 миллиарда тонн углерода расходуются на образование 105,5 миллиарда тонн виноградного сахара. Для перевозки такого количества сахара потребовался бы железнодорожный состав длиной более чем в 50 миллионов километров, что в 40 раз превышает общую длину всех железнодорожных линий Земли, равно одной трети расстояния от Земли до Солнца и в 130 раз больше расстояния от Земли до Луны. А содержание состава — всего-навсего годовое производство виноградного сахара всей растительностью Земли.

В процессе фотосинтеза растения за год усваивают 467 триллионов киловатт-часов солнечной энергии. Это почти в 170 раз превышает мировую выработку энергии за год (по данным за 1963 год). Из этого количества растения потребляют 189 500 миллиардов киловатт-часов, возвращают в атмосферу 17,1 миллиарда тонн углерода, а оставшиеся 25,1 миллиарда тонн углерода трансформируют в твердое вещество. Помимо того, растительный мир связывает за год 37,8 миллиарда кубических метров воды, а и самих растениях ежегодно накапливается 277 500 миллиардов киловатт-часов энергии. В процессе синтеза, происходящего в столь гигантских масштабах, растения ежегодно перерабатывают 79 триллионов кубических метров углекислого газа, 32 триллиона возвращаются вновь в атмосферу, а 47 триллионов остаются в связанном состоянии. Кроме того, растения выделяют в атмосферу 47 триллионов кубических метров чистого кислорода.

Эти цифры настолько велики, что их уже трудно воспринимать. Однако можно с уверенностью сказать, что в ближайшее время в атмосфере не будет недостатка углекислого газа, а поэтому голодная смерть не угрожает всему живому на Земле. Эта уверенность гарантируется тем, что люди, животные и микроорганизмы, вместе с пищей получающие углерод, при дыхании выделяют в атмосферу углекислый газ. Одни только люди выдыхают за год 140 миллионов тонн углерода. Почвенные микроорганизмы дают несколько больше 24 миллиардов тонн. Огромную роль в этом процессе играют микроскопические, преимущественно простейшие организмы — бактерии. Без подобного «возврата» углерода в атмосферу наземная растительность погибла бы уже через 62 года, а запасов шатания для морских растений хватило бы на 2400 лет. Благодаря жизнедеятельности всех живых существ на Земле кругооборот углерода в природе оказывается сбалансированным. В течение многих миллионов лет создавались некоторые излишки связанного углерода в форме залежей торфа, каменного угля, нефти, природного газа. Но с конца прошлого века человек активно разрабатывает и сжигает эти природные запасы ископаемого топлива. Подсчитано, что в период с 1890 по 1960 год промышленность ежегодно выбрасывала в атмосферу около 1200 миллионов тонн углерода в виде различных продуктов сгорания. За эти 70 лет выбросы составили более 13 процентов веса всей атмосферы планеты. В одном только 1960 году в воздушное пространство Земли было извергнуто 3120 миллионов тонн отходов производства. С тех пор их объем существенно вырос и будет увеличиваться в дальнейшем. По этому поводу некоторые ученые высказывались следующим образом: «Итак, человечество намеревается провести геофизический эксперимент, которого не могло быть в прошлом и который неповторим в будущем. Всего за несколько столетий мы возвратили в атмосферу и океаны углерод, который многие миллионы лет накапливался в осадочных отложениях».

Мы стоим на пороге того, чтобы нарушить равновесие земной атмосферы. Будет ли это иметь решающее значение для развития климата и всего живого на пашей планете? Из-за постоянно растущих потребностей в энергии мы до сих пор вынуждены участвовать в этом в высшей степени сомнительном эксперименте: ведь в отличие от растений человек еще не научился прямо и в больших масштабах использовать энергию света.

Последние достижения в области химии свидетельствуют о том, что для освоения такого источника дешевой энергии, каким является энергия Солнца, вовсе не обязательно разрабатывать столь дорогостоящие проекты, как, например, создание гигантских «солнечных печей» (над этим работают, в частности, американские ученые). Известно, что на свалках скапливаются огромные количества самых разнообразных искусственно созданных человеком материалов, при сжигании которых в специальных установках в качестве побочного продукта горения образуются высокотоксичные газы. В то же время эти материалы могут разлагаться на простейшие элементы практически «бесплатно», быстро и без какого-либо ущерба для окружающей среды непосредственно под воздействием солнечного света, если только в процессе производства в их состав будут добавлены специальные биокатализаторы — биологически активные вещества.

Солнцу навстречу

Потребность в энергии обусловливает необходимость максимального поглощения солнечной радиации. Особую актуальность данная проблема приобретает при решении вопросов, связанных с запуском автоматических межпланетных станций (АМС), искусственных спутников Земли, лунных модулей, космических лабораторий и т. п. Электропитание разнообразной электронной аппаратуры искусственных орбитальных станций осуществляется о помощью так называемых солнечных батарей, которые состоят из большого числа фотоэлементов, непосредственно преобразующих энергию солнечной радиации в электрическую. Значит, космонавтам нет необходимости брать с собой в полет большой запас разного рода «энергетических консервов», в частности, очень тяжелые аккумуляторы, обладающие к тому же небольшим сроком службы.

Если солнечные батареи укрепить жестко на подвижной системе, например на искусственном спутнике Земли, то Солнце будет освещать их периодически: из-за осевого вращения спутника большую часть времени они не смогут производить электроэнергию. Чтобы избежать этого, инженеры по космической технике создали исключительно сложные электронные системы слежения, которые непрерывно фиксируют направление солнечных лучей и посредством прецизионных сервомеханизмов стабилизируют спутник в положении, которое обеспечивает оптимальный режим освещения батарей Солнцем. Цепочка от чисто измерительной аппаратуры (для определения направления инсоляции) через систему расчетно-логической обработки полученных данных до системы очень точного выполнения управляющих операций — путь с технической точки зрения достаточно долгий и сложный; к тому же сама электронно-механическая конструкция, выполняющая все это множество операций, расточительна в своем функционировании и чрезвычайно дорога в изготовлении. Пространственные же возможности для ее размещения исключительно малы, даже если иметь в виду такое достоинство солнечных элементов, как их миниатюрность.

Решение этой проблемы растениями на голову выше технических решений, найденных человеком. В принципе растения также обладают системой следящего управления. Но сколь экономны используемые ими средства, сколь незначительны конструктивные издержки! Прибор для определения направления источника света, механизм обработки полученных данных, сервомеханизм и, наконец, сама управляемая часть растения образуют весьма компактную конструктивную единицу размером, если взять крайний случай — одноклеточную водоросль, около одной тысячной доли миллиметра в поперечнике. Выполняемая всеми этими живыми механизмами работа не ограничивается слежением за источником света: в том же крошечном объеме размещена комплексная «монтажная схема» живого организма, ответственная за выполнение всех его жизненных функций. Впрочем, и у высших растений проблема слежения решена настолько рационально, что исполняющие его механизмы не требуют отдельного места — это лишь одна из многочисленных функций самого растения.

Что же дает подобная система слежения за источником света? В космических полетах прежде всего ориентацию приборов на Солнце; в ботанике — множество видовых особенностей, о которых написаны десятки томов. Здесь будут приведены лишь немногие примеры, иллюстрирующие чисто внешнюю реакцию растений на свет.

Условия освещения играют исключительную роль в жизни растений. Вряд ли стоит описывать, сколь отличаются между собой длинные, тонкие, почти безлистные побеги проросшего в темном подвале картофеля и здоровая, широколистная, темно-зеленая ботва растений, росших в открытом грунте. Это известно каждому. Причины неодинакового развития на свету и в темноте очевидны: растение, развивающееся на свету, потребляет для своего роста солнечную энергию; затененное растение довольствуется запасами энергии, хранящимися в клубне, и стремится с помощью тонких и длинных побегов как можно быстрее и с наименьшими затратами пробиться навстречу Солнцу.

Вот еще один пример управляющего воздействия внешней среды на формирование внешней структуры, правда, воздействия, имеющего обратную направленность. Избыток света, особенно его ультрафиолетовой составляющей в горной местности, может оказаться вредным и привести к солнечным ожогам. В условиях избыточного освещения растения вырабатывают защитные приспособления, которые позволяют им уберечься от чрезмерной инсоляции. Так, альпийское растение эдельвейс — травянистый многолетник — густо опушено белыми волосками. В условиях равнин, где инсоляция слабее, и в частности слабее ультрафиолетовое излучение, образование у растений ворсистого опушения намного меньше. Оно полностью отсутствует у растений затененных местообитаний.

Свет управляет ростом растений: они растут в направлении большей освещенности, их чувствительность к свету столь велика, что побеги некоторых растений, в течение дня содержавшиеся в темноте, реагируют на вспышку света, длящуюся всего две тысячных доли секунды. Реакция наступает спустя 20 минут и достигает апогея примерно через час. Как сильно при этом изогнется стебель в направлении вспышки, зависит от количества попавшего на него света.

Обычно плоскость листа располагается перпендикулярно к падающим на него лучам (исключение составляют растения, растущие под палящими лучами тропического солнца). Если лист затеняет другой, то «обделенный» лист постепенно сдвигается в сторону с таким расчетом, чтобы освещение его было оптимальным. Индивидуальные механизмы регулирования у каждого листа позволяют растению создать из листьев мозаичную картину (листовую мозаику), в которой листья расположены весьма плотно, без каких-либо больших просветов между ними, но при этом не затеняют друг друга. Особенно хорошо видна листовая мозаика на плюще, покрывающем наружные стены зданий. Эффект мозаичности усиливается специфической формой листьев (см. фото 2). Совершенную систему слежения за источником света можно наблюдать у льнянки (Linaria cymbalaria). Ее цветоножка реагирует на световое раздражение таким образом, что цветок всегда оказывается повернутым к свету. После того как околоцветник завянет и на месте цветка образуется плод, «поведение» цветоножки в корне меняется. Растение старается отвернуть плод от луча света и «подыскивает» в стене дома или камне темную расщелину, в которую оно могло бы высеять созревшие семена.

Фото 2. На снимке участок стены, сплошь поросший обыкновенным плющом. Система слежения растения за солнечным светом регулирует рост листвы таким образом, что она образует плотное мозаичное панно. Листья лишь незначительно перекрывают и затеняют друг друга.

«Персональная» оранжерея

Все попытки содержать в открытом грунте в условиях Центральной Европы изнеженные растения флоры тропических лесов кончаются неудачей: довольно быстро «чужеземцы» гибнут. Успешно выращивать такие растения можно лишь в оранжерее, которая позволяет создать более благоприятные, чем на открытом воздухе, температуру, влажность и освещенность. Почвенно-климатические условия тропических лесов с их постоянно высокими температурами и влажностью резко отличаются от природных условий так называемых «умеренных» широт. Например, среднегодовая температура воздуха на Яве равна 25° по Цельсию, средняя температура самого холодного месяца, февраля, достигает 24,5°, а самого теплого, сентября, около 25,5° выше нуля. Для сравнения скажем, что средняя температура января в Мюнхене равна минус 1,5°, а июля — плюс 17,5°. Таким образом, перепад средних температур в экваториальном лесу между самым теплым и самым холодным месяцами года не превышает 1°, в странах же умеренного климата он составляет почти 20°. Аналогичная картина наблюдается и в отношении влажности воздуха, осадков, числа солнечных дней в году. Остается лишь удивляться тому, что мы называем наши средние широты «умеренными».

Таким образом, тропические растения, которые не переносят резких колебаний погодно-климатических условий умеренных широт, могут нормально расти в европейском климате лишь под защитой оранжерей. Но на Земле есть немало мест, где существуют экстремальные условия обитания. Так, в пустынях перепады между дневной и ночной температурами воздуха нередко достигают 50° и более. Относительная влажность воздуха в течение суток изменяется здесь в пределах 70 — 80 процентов. Картину дополняют немилосердно палящие лучи Солнца. Но вот в южноафриканской пустыне Намакваленд обитает небольшое растеньице, сумевшее защитить себя от гибельного климата путем создания «персональной» оранжереи: это фенестрария (Mesembryanthemum rhopalophyllum). Уже само название растения ^[6] намекает на существование своего рода «тепличной конструкции», и это действительно так. На фото 3 изображен экземпляр растения, выращенного в Европе. Иные, чем на родине, условия освещенности и обогрева несколько изменили внешний облик растения. В естественных же условиях оно почти полностью погружено в почву. На поверхности остается лишь кончик толстого булавовидного листа. Подземное существования превратило этот вид в растение закрытого грунта. Почва, которая окружает фенестрарию практически со всех сторон, предохраняет ее от чрезмерного нагрева, высыхания и прямого воздействия солнечных лучей. Но любое зеленое растение нуждается хотя бы в минимуме света, причем этот минимум должен быть более или менее равномерно распределен по всему растению, а не сосредоточиваться в одном месте. С первого взгляда кажется, что фенестрария избрала именно последний, неблагоприятный вариант: она почти целиком скрыта в земле, лишь кончики листьев поднимаются над поверхностью почвы и оказываются на полном солнечном свету. В действительности же все обстоит иначе, поскольку каждый булавовидный скрытый в земле лист ее — это небольшая «тепличная конструкция». В кончиках листьев фенестрария отсутствует хлорофилл, они прозрачны, как стекло. Лучи света попадают внутрь растения, практически не ослабевая и не нанося ему никаких ожогов. Внутренность листа заполнена прозрачной тканью. Насколько она прозрачна, можно видеть на фото 4. На бумагу с текстом положен продольный срез листа фенестрарии. Сквозь его прозрачную сердцевину можно легко прочитать те буквы, которые находятся под срезом. Солнечные лучи, проходя сквозь водянистую ткань сердцевины листа, достигают изнутри его зеленых, лежащих под землей стенок. Содержащая хлорофилл фотосинтезирующая ткань располагается внутри листа на его непрозрачных стенках. Свет, попадающий в эту ткань из сердцевины листа, равномерно рассеян и ослаблен до оптимальной интенсивности. Кончик листа, «оконце», подобно обычному стеклу, отражает значительную часть ультрафиолетовых лучей. Свет же, попадающий внутрь растения, рассеивается там и довольно равномерно распределяется изнутри по стенкам листа, причем часть световой энергии поглощается прозрачной сердцевиной. Таким образом, фенестрария достаточно умело использует принцип «тепличной конструкции», но, хотя конечный результат один и тот же, все же имеется и существенное различие между оранжереей и растением. Назначение оранжереи — приспособить условия окружающей среды к потребностям растения-чужеземца. Фенестрария же, используя те же средства, приспосабливает свои потребности к окружающим условиям. Иными словами, на одной стороне — конструктивное изменение окружающего мира, на другой — приспособление к нему.

Фото 3. «Оконное растение» фенестрария растет на своей родине, в Южной Африке, почти целиком под землей. Лишь небольшие «окошечки» по краям листа остаются на поверхности почвы. Сквозь них солнечный свет попадает внутрь растения.

Фото 4. Продольный срез мясистого листа фенестрарии положен на лист бумаги поверх напечатанного названия растения. Хорошо видны прозрачные части листа. Яркий солнечный свет проникает; сквозь «окошечко» (на рисунке справа вверху) внутрь растения, где равномерно рассеивается и достигает стенок листа, содержащих хлорофилл, с внутренней стороны.

Проблема отходов

Устранение отходов

Читателю, бесспорно, приходилось читать в газетах сообщения о том, что в каком-то большом городе работники коммунального хозяйства, занимающиеся вывозкой мусора и бытовых отходов, на несколько дней объявили забастовку. В такие дни мусорные баки обычно бывают переполнены, а все, что не попало в них, валяется рядом, захламляя землю. Любое дуновение ветра поднимает в воздух и разносит по сторонам обрывки газет, клочки бумаги и грязные картонки, с грохотом гонит по дороге порожние жестяные банки. Вихрем кружится грязно-сальная пыль. Въедливый, невыносимый смрад гниющих пищевых отходов вызывает тошноту.

Таков частный аспект проблемы отходов. Большую масштабность и остроту она обретает тогда, когда отходы накапливаются в течение не двух-трех дней, а многих месяцев, лет и десятилетий. Трудно представить себе, какое огромное количество вещей имеет самое непосредственное отношение к нашей повседневной жизни, начиная от стержня для шариковой ручки и кончая автомобилем! Какое изобилие самых разнообразных предметов сходит каждую секунду с полностью автоматизированных поточных линий гигантских промышленных предприятий! Все, что сейчас мысленно встает перед вашим взором, — это все потенциальные отходы, отбросы, мусор. Завтра или послезавтра эти вещи придут в негодность или они вам больше не будут нужны, и вы их выбросите за ненадобностью: холодильники и детские коляски, канцелярские бумаги и отработанное масло, обувь и «вышедшие из моды» бронетранспортеры или даже целые здания. Буквально все произведенное нами вчера — сегодня отходы, а то, что мы вырабатываем сегодня, завтра пойдет на свалку. Свалки буквально «пожирают» ландшафт, отравляют грунтовые воды, превращаются в очаги новых эпидемий. Всемирная организация здравоохранения со всей серьезностью обращает внимание на то, что «над человечеством, все более усиливаясь, нависает угроза взрывоподобного распространения чумы», особенно реальная в условиях стремительного в наши дни роста городов. Во многих странах мира, и США не являются здесь исключением, количество крыс превышает численность людского населения. Эликсир жизни этих животных — отбросы. До тех пор пока человек не решит проблему ликвидации отходов, он не покончит с крысами, не устранит вероятность возникновения эпидемии чумы. ^[7]

Гораздо опаснее тех отбросов, какие свозятся на свалки, другие, вездесущие, но трудноустранимые: пыль, отработанные газы, сточные воды. Это уже не угроза будущему, а бич настоящего. Опасные отходы производства превращают реки, озера, моря в биологически мертвую среду, заражают пахотные угодья и пастбища, отравляют атмосферу. В центральной части Токио уже сегодня установлены специальные колонки, которые дают возможность жителю японской столицы, задыхающемуся в чудовищном смоге, получить за плату глоток свежего воздуха. Неужели подобные колонки станут обыденным явлением в жизни наших детей?

Данные последних лет ошеломляют. Например, в ФРГ ежегодно в атмосферу выбрасывается такое количество пыли и газообразных веществ, которое в расчете на одного жителя страны превышает вес бытовых отходов на душу населения. Чрезмерное загрязнение воздушной среды создают: 8 миллионов тонн высокотоксичной окиси углерода (угарный газ), 4 миллиона тонн не менее опасной для здоровья двуокиси серы, 4 миллиона тонн пыла и копоти, поражающих легкие и гортань, 2 миллиона тонн окислов азота и столько же углеводородов. Объем выброса в атмосферу дыма и копоти растет столь же высокими темпами, как и потребление электроэнергии, поскольку они — продукты сжигания твердого топлива. Почему же мы, люди, изготавливая те или иные вещи, заблаговременно не задумываемся над проблемой уничтожения отходов, проблемой, с которой нам неизбежно придется столкнуться, быть может, уже на следующий день?

Железо легко ржавеет, но предметы длительного пользования не должны покрываться ржавчиной, поэтому мы предпочитаем делать их из алюминия, а не из железа. Это разумно. Повышение долговечности изделия оправдывает более высокие издержки его производства. Но почему повсюду в мире для изготовления консервных банок, на которые прежде шла жесть, все шире начинают применять алюминий? На производство алюминия затрачивается в шесть раз больше энергии, чем на производство черных металлов. Несомненно, что по своему весу консервная банка из алюминия легче жестяной. Но на изготовление последней расходуется вдвое меньше энергии. А как известно, увеличение энергетических затрат в два раза означает не только удвоение темпов потребления энергоресурсов, но и возрастание вдвое объема загрязняющих веществ. Конечный же продукт по своей значимости никоим образом не оправдывает необходимость увеличения массы отходов, с одной стороны, и величины производственных издержек — с другой. Консервная банка сама по себе — предмет крайне эфемерный. На мусорных же свалках алюминиевые консервные банки «живут» едва ли не вечно. И совсем наоборот, ржавчина уничтожила бы нашу добрую старую жестяную банку за весьма непродолжительное время. Почему же, изготавливая те или иные вещи, мы заблаговременно не задумываемся над решением проблемы уничтожения отходов?

Фото 5. Отходы не только обезображивают ландшафт, они еще и опасны. Отработанное масло выброшенных на свалку автомобилей загрязняет и отравляет почвенные воды. Гниющие остатки пищи и нечистоты — благоприятная среда для появления полчищ крыс и источник возникновения эпидемий опасных заболеваний.

По сравнению с людьми растения ежегодно, на протяжении вот уже многих миллионов лет, создают во много раз большее количество отходов. Но их уничтожение происходит незаметно, без применения дорогостоящих вспомогательных технических средств и не загрязняет ни почву, ни воды, ни атмосферу. Отходы ликвидируются бесшумно, неприятные запахи не досаждают людям. В отличие от пластмассовых ведер, старых машин, превратившихся в металлолом, и железобетонных бункеров, которые достались нам в наследие от последней мировой войны, растительные отходы не лежат незыблемо годами, а, наоборот, разлагаются чрезвычайно быстро. И уже очень скоро растения вновь могут использовать возникшие продукты распада. В растительном мире оба процесса — образование отходов и их уничтожение — хорошо уравновешены. Равновесная же система в состоянии функционировать безгранично долго. Человек практически никогда не отдавал себе отчета в том, насколько рационален процесс становления и отмирания в природе. Если бы человек более прилежно учился у природы, он вряд ли создал бы столь несбалансированный механизм промышленного производства. В настоящее время процесс производства, несомненно, организован лучше, нежели процесс устранения отбросов. Даже то, что мы именуем переработкой и использованием отходов, вряд ли достойно называться так. Установки для сжигания мусора лишь превращают твердые отходы в газообразные, а водоочистные сооружения всего только трансформируют жидкие отбросы в твердые. Однако корень зла лежит намного глубже.

Если мы и впредь будем так же активно продолжать изготовлять в массовых количествах необходимые для нас вещи, не задумываясь в каждом конкретном случае над тем, каким образом мы могли бы в нужный момент и безболезненно от них избавиться (то есть устранять вещь вообще, а не отложить в сторону, хотя бы и на свалку), то в длительной перспективе уже никакая, даже самая щедрая, программа по охране окружающей среды не может стать основой радикального решения проблемы отходов в целом. Насколько односторонне наше мышление в отношении проблем производства материальных благ, насколько далеко наше сознание от понимания необходимости установления равновесия между процессами созидания и упразднения, весьма наглядно иллюстрирует тот факт, что до сих пор в нашем языке нет общепринятого термина для процесса «возвращения» созданных руками человека и отслуживших свой век вещей в исходные сырье и материалы, то есть процесса, идущего в направлении, обратном процессу производства. ^[8] Иная картина наблюдается в растительном мире. Здесь существует устойчивое равновесие между созиданием и разрушением, иными словами, система круговорота веществ, когда все то, в чем растение более не нуждается, немедленно «демонтируется», превращается в первичные элементы, которые тотчас повторно используются. Отходы в том смысле, в каком они знакомы нам, природе неизвестны. В мире растений практически нет резко выраженной границы между процессами становления и отмирания: созидание и разрушение постепенно и неприметно переходят друг в друга. Новообразование органов и распад не нужных более листьев, стеблей и цветков происходят в природе одновременно. Все синтезируемые в природе вещества легко и быстро расщепляются, а продукты распада утилизируются.

У вечнозеленых тропических деревьев и кустарником старые листья опадают после того, как появятся и достаточно окрепнут новые листья, но это не мешает последним хорошо развиваться: черешки стареющих листьев сильно прогибаются, опуская сам лист вниз, что уменьшает затенение молодой листвы. Интересно и другое. Прежде чем опасть, листья прямо на дереве желтеют и выцветают. Это явление характерно также для всех лиственных пород деревьев и кустарников умеренного климата. Выцветание листвы — внешний признак ее отмирания. Перед листопадом наблюдается отток из листьев я ткани стебля наиболее дефицитных соединений, прежде всего соединений, содержащих азот. Иными словами, растение перед тем, как сбросить ненужные листья — а это своего рода «отходы», — забирает из них наиболее пригодные для повторного использования строительные материалы. ...