Яблони на Марсе

В 1906 году, защитив в Женеве диссертацию «Этюды по физиологии клетки», ее центральная глава посвящена хлорофиллу, Цвет неожиданно для окружающих решает вернуться в Россию. Вернуться туда, где никогда не жил! Здесь он вначале работал у Андрея Сергеевича Фаминцина, в его фитофизиологической лаборатории, изучал все тот же хлорофилл. Но на птичьих правах: ни дипломов, ни ученых степеней, полученных за границей, в России не признавали, а без них получить штатное место ни в одном учреждении Цвет не мог. Образовался заколдованный круг: чтобы получить степень доктора, надо было иметь университетский диплом, а его не давали без гимназического аттестата (гимназия в 30 с лишком лет?!)… В 1910 году Цвет защитил вторично докторскую диссертацию «Хромофиллы в растительном и животном мире».

1915 год, дивизии кайзера Вильгельма вторглись в Польшу, Цвет вместе с Варшавским политехническим институтом оказался в Нижнем Новгороде. Его избрали профессором Юрьевского, ныне Тартуского университета, который в те годы из Эстонии был эвакуирован в Воронеж; здесь (голод, неустроенность, врожденная болезнь сердца) на 47-м году его настигла смерть.

В 1943 году известный женевский ботаник Чарлз Дэре писал, что Цвет за свое открытие, несомненно, достоин Нобелевской премии, ибо без его хроматографии значительная часть нынешних нобелевских лауреатов по химии не получила бы столь значительных результатов.

В 1903 году Михаил Семенович Цвет прочел доклад со сложным для ботаников и отпугивающим названием: «О новой категории адсорбционных явлений и о применении их к биохимическому анализу». Но суть была проста. Цвет показал, что при пропускании растворенных в жидкости растительных пигментов через слой бесцветного пористого сорбента отдельные пигменты располагаются в виде окрашенных (каждый пигмент имеет собственный цвет или хотя бы оттенок) зон.

Порошок сорбента, это может быть мел, сахарная пудра… адсорбирует, поглощает (латинское «sorbere» значит «глотать») разные пигменты с неодинаковой силой: одни могут «проскочить» с током раствора дальше, другие будут задержанными ближе. Полученный таким образом послойно окрашенный столбик сорбента Цвет назвал хроматограммой, а метод — хроматографией.

(Странным образом собственная фамилия — Цвет — ученого совпала с существом его наивысшего научного достижения: по-гречески «хрома» значит «цвет»!)

На фоне тех усилий, которые уходили на эту процедуру прежде, манипуляции, проделываемые исследователем при хроматографии, похожи на фокус, волшебство. Вот исследователь в стеклянную трубку, плотно набитую хорошо измельченным мелом, через воронку льет темно-зеленый хлорофилловый экстракт. И происходит обыкновенное (научное) чудо: медленно спускаясь вниз, жидкость окрашивает порошок в разные тона. Пояски — желтый, зеленый, сине-зеленый, оранжевый…

Столбик мела извлекается из стеклянной рубашки и кладется на стол. И ножом (!) разрезается на отдельные цветные части. В каждой — чистейший пигмент. Осталось лишь с помощью растворителя вымыть, извлечь нужный исследователю пигмент из соответствующего кольца сорбента…

Хроматографический метод Цвета позволил ученым открыть для себя красочную и загадочную страну пигментов.

Листва зелена — эту аксиому разрушает осень с ее желтой, красной и оранжевой листвой.

Хлорофилл хрупок и недолговечен: лучи солнца убивают его, но на смену погибшим молекулам лист синтезирует новые. Однако осенью образование хлорофилла прекращается: лист теряет зеленую окраску, обнажая до того скрытые под зеленью другие пигменты.

Так гибель и распад рождает красоту, столь восхищавшую поэтов!

Семья растительных пигментов, уже и сейчас довольно многочисленная, растет с каждым годом. Число одних только хлорофиллов подошло к десяти: есть хлорофиллы (словно витамины) a, b, c, d, e — у высших растений, у водорослей, у бактерий.

(Цвет первым показал, что кроме хлорофилла a — он главный! — в зелени растений присутствует еще и хлорофилл b. Ученый, правда, называл их иначе: хлорофилл альфа и хлорофилл бета. Увы! Латынь вытеснила греческий.)

Но особенно «плодовиты» каротиноиды.

Всем хорошо известна эта группа пигментов, окрашивающих морковь, апельсины, лимоны и другие плоды и овощи. И желтый цвет оперения канареек и желтка яйца также обусловлен каротиноидами. Они же образуют пигментный слой кожи у обитателей Юго-Восточной Азии.

Животные и человек сами не могут синтезировать каротиноиды, которые используют в качестве предшественника витамина А. Желтки яиц, снесенных курами, получавшими мало зеленого корма, еле окрашены, в то время как оперение канареек, в пище которых было много красных каротиноидов, приобретает яркую красноватую окраску.

Число различных каротиноидов — каротинов (они желты), ксантофиллов (красны) — быстро растет. Если в 1947 году каротиноидов насчитывалось около 70, то к 1970 году — более 200! Здесь все обстоит так же, как в ядерной физике.

Когда-то были только атомы (Демокрит), затем ученые стали говорить об электронах, протонах и нейтронах. Но вскоре, орудуя мощными ускорителями, физики-экспериментаторы начали обнаруживать все новые и новые ядерные частицы. Их стали обозначать просто буквами. Так появились Λ-частицы, Σ-частицы и многие другие.

Сейчас их уже набралось несколько сотен, эпитет «элементарные» был окончательно скомпрометирован. Чтобы наконец разобраться в этом хаосе, физики-теоретики ввели кварки — сверхэлементарные частицы, различными комбинациями которых вроде бы являются все остальные. Однако физики-экспериментаторы ну никак не могут их обнаружить!

И пигменты тоже: множатся и множатся, подобно элементарным частицам… И специалисты по фотосинтезу, как и ядерщики, недоуменно разводят руками, силясь объяснить подобную многоликость щедрой на выдумки природы.

К чему такое изобилие? Когда-нибудь это станет ясным. Пока же известно немного. Так, ученые установили, что каротин охраняет молекулы хлорофилла от окисления особым синглетным кислородом: он образуется как побочный продукт в процессе фотосинтеза и крайне агрессивен.

Другая функция желто-красных пигментов — видимо, расширить интервал эффективных для фотосинтеза длин волн света. Те лучи, которые хлорофилл не в состоянии ассимилировать, поглощают каротиноиды и «передают» на переработку молекулам хлорофилла.

Растительные пигменты преподнесут ученым еще немало сюрпризов. Но, как и прежде, наиболее интригующим среди них остается зеленый пигмент — хлорофилл. Вот уже полтора столетия ученые многих стран мира упорно исследуют это загадочное вещество. Если перебрать все химические соединения, то среди них хлорофилл по числу посвященных ему публикаций, вероятно, занимает первое место. И длинный список этих работ непрерывно пополняется.

Зеленый цвет вовсе не обязателен для каждого фотосинтезирующего организма. Водоросли, к примеру, в большинстве случаев бывают желтые, бурые, оливковые, красные или синие, но не зеленые. И на суше некоторые растения имеют желтые или красные, а не зеленые листья. Но в какие бы одежды они ни рядились, ключевую роль в них играет хлорофилл. Всякий раз, когда пигментная система «цветного» фотосинтетика подвергалась анализу, в ней обязательно находили и зеленые «кровяные тельца».

Тимирязев спрашивал: почему и зачем растение зелено? Уместно спросить: а почему растение не черно? Ведь если белые поверхности отражают почти все лучи, то черные, наоборот, поглощают весь солнечный спектр. Казалось бы, растения с черными листьями были бы в более выгодном положении!

Увы, черная листва быстро бы перегрелась. И, если бы температура листа поднялась выше 50 градусов, это означало бы смерть для растения. Белки — основная составляющая часть клетки — гибнут при температуре, лишь несколько превышающей 40 градусов.