Яблони на Марсе

Да, как это не удивительно, но молекулы хлорофилла сами должны еще и управлять процессами своей сборки. Ничего другого природе не оставалось, выбора у нее не было! В таком самообслуживании и заключена соль «авторегуляции хлорофилла» — явления, открытого Калером.

В мудреных терминах науки это называется кооперативным управлением. Теория подтверждена многочисленными расчетами на аналоговых и цифровых ЭВМ сложных систем десятков нелинейных дифференциальных уравнений. Однако суть дела проста и может быть пояснена двумя словами. Деятельность зеленого конвейера налажена таким образом, что пока конечный продукт — молекула хлорофилла — не выйдет из каталитического центра, работа над созданием новой молекулы не начнется…

Исследования биосинтеза хлорофилла недавно нашли неожиданный выход в практику. Физиологи растений из Иллинойсского университета (США) разрабатывают принципиально новый тип гербицида. Он разбрызгивается ночью, скажем, на кукурузном поле и до утра бездействует. Но через несколько часов после восхода солнца сорняки увядают, а кукуруза или другое какое-нибудь культурное растение остается нетронутым.

Картина та же, что и в известной легенде про графа Дракулу. Этот ужасный вампир как раз перед рассветом должен был забираться в гроб, чтобы спрятаться от лучей восходящего солнца. Иначе ему пришел бы конец. Отныне, считают ученые, та же участь ждет многие виды сорняков, вот только спрятаться от солнца им не удастся!

Фотодинамические гербициды, так называют новый препарат, изобрел Карл Рибейз, научный сотрудник отдела садоводства при одном из филиалов Иллинойсского университета. Рибейз обнаружил, что биосинтез хлорофилла вовсе не идет одинаково у всех растений, как это прежде предполагалось. Исследователь открыл шесть различных химических способов выработки хлорофилла в растениях. Каждый вид растений, полагает ученый, использует свою уникальную последовательность этапов биосинтеза зеленого пигмента. У фиалок она одна, у яблонь — другая, у клевера — третья…

Зачем природе такое множество способов образования хлорофилла? Вопрос интересен и сам по себе. Но Рибейзу эта многоликость биосинтеза подсказала сугубо практическую мысль. Ведь если два растущих рядом растения пользуются различными способами выработки хлорофилла, то следует попытаться заблокировать этот процесс у одного из растений — сорняка! — не причиняя никакого вреда его соседу по полю.

Предложенный ученым гербицид представляет собой сравнительно простое химическое вещество, известное под названием АЛА (дельта-аминолевулиновая кислота, если аббревиатуру английских слов превратить в русский термин). Это исходный материал для образования хлорофилла во всех растениях, независимо от способа выработки окончательного продукта.

Рибейз утверждает, что если растение опрыскать определенной дозой АЛА в определенное время суток, то оно заготовит избыточное количество первичных для биосинтеза хлорофилла молекул. Под воздействием света эти молекулы активируются, но растение не может их переработать. И фактически растение само себя душит или отравляет. Соседним же растениям, у которых способ образования хлорофилла иной, вреда не причиняется, даже если и на них также попал гербицид.

Подобные пояснения могут показаться не очень убедительными. Однако следует принять во внимание, что Рибейз разработал еще с десяток различных добавок к АЛА. Кроме того, открытие его было запатентовано в 1985 году, и ведутся переговоры о продаже лицензий крупным агрокомпаниям. Поэтому в сообщениях о новом средстве борьбы с сорняками нет достаточной ясности. Но вот один из выводов, с которым можно согласиться. В чистом виде АЛА должен представлять собой идеальный гербицид. Он повсюду встречается в природе и потому безвреден для животных. К тому же препарат этот быстро разрушается и полностью исчезает в течение суток.

Однажды известного химика-органика Дерека Бартона спросили: чего бы он пожелал, явись к нему Мефистофель. Ученый ответил: «Я думаю, этот вопрос следовало бы задать не мне, а доктору Вудворду, потому что я совершенно уверен: он продал свою душу дьяволу лет двадцать назад за право стать гением органической химии…»

Роберт Бёрнс Вудворд (1917–1979) — американский химик-органик, химией увлекся с детства: имел дома химическую лабораторию, где проводил всевозможные опыты. В 16 лет поступил в Массачусетсский технологический институт и был бы в 17 лет исключен за неуспеваемость, если бы преподаватели не успели разглядеть его недюжинные способности. Для него была составлена специальная программа занятий, по сути дела, ему предоставлялась полная свобода и самостоятельность. И эта мера оправдала себя: когда в 1936 году сокурсники 20-летнего Вудворда получали степень бакалавра, он удостоился степени доктора философии (эта ученая степень эквивалентна степени кандидата наук в СССР).

Эту романтическую версию годов учебы Вудворда изложил в своей энциклопедии биографий виднейших ученых Айзек Азимов. Другой, прозаический вариант того, как на самом деле проходила его молодость, дал сам Вудворд в беседе с корреспондентом советского журнала «Химия и жизнь» доктором химических наук Олегом Сергеевичем Чижовым: «Я поступил в Массачусетсский технологический институт и проучился там полтора года. А потом меня выгнали, потому что я не отдавал должного принятым курсам обучения; мне было интереснее заниматься тем, что я считал нужным, а не тем, что полагалось по программе. Я пошел на работу. Но, проработав немного, вернулся в институт, решив выполнить все, что от меня потребуют…»

В 21 год Вудворд был уже в числе сотрудников Гарвардского университета. Здесь им были синтезированы сложные и биологически очень важные органические соединения: хинин (1944), кортизон (1951), резерпин (1956), хлорофилл (1960), тетрациклин (1962)… В 1965 году за эти работы он был удостоен Нобелевской премии. В 1976 году к списку почетных званий американского химика прибавилось еще одно: он был избран иностранным членом АН СССР.

…«Сенсация! Ученые покорили фотосинтез!»… «Конец голоду и нищете: теперь каждый сможет готовить себе пищу на любой вкус и в любом количестве!..»

Возможно, примерно такими словами газеты США и других стран оповестили в 1960 году мир о том, что Роберт Бёрнс Вудворд добился небывалого, осуществил синтез хлорофилла.

Да, конечно, это был крупный успех. Одно дело — разгадать состав и структуру этой знаменитой молекулы, совсем иное — синтезировать ее.

Вудворд готовился к подобному подвигу буквально с детских лет. Искусство, артистичность — вот что характеризует стиль его работ. Его подходы, методы так же отличаются от традиционных, как дедуктивный метод Шерлока Холмса от приемов инспектора Лестрейда. «Если путь к цели очевиден, то к такой цели неинтересно идти», — писал Вудворд. И дальше: «…я надеюсь, что „синтез ради синтеза“ будет продолжаться наперекор утилитарному духу нашего времени. Органический синтез — штука волнующая, полная неожиданностей, требующая смелости, подчас поднимающаяся до вершин искусства».

И все же над синтезом хлорофилла Вудворду пришлось изрядно потрудиться. Он возглавил громадный коллектив ученых-химиков. Ведь полный синтез хлорофилла включал в себя до 30 стадий!

Это дело потребовало долгих четырех лет. Вудворд как-то признался: «Мы не просто играем, а напряженно и упорно трудимся. Этот труд требует от нас не только большого экспериментального мастерства, но и железных нервов…»

Да, это была научная сенсация. В популярной литературе того времени это замечательное достижение приравнивалось к решению (и окончательному!) всей проблемы фотосинтеза. И даже революции в производстве пищи! Однако революция не состоялась. Почему?

Все очень просто. Хотя природа, надо полагать, не случайно использует хлорофилл как универсальный фотосинтетический пигмент всюду, начиная от простейших одноклеточных водорослей и кончая высшими растениями, — листу необходимо и многое другое: различные ферменты, особая структура, особые комплексы из белков, пигментов. Ученые — знатоки фотосинтеза давно уже поняли всю неизмеримую сложность этой грандиозной проблемы. Двухсотлетний опыт исследований показывает: не существует одной «загадки» фотосинтеза, а есть целый ряд ключевых вопросов. И механизм действия хлорофилла — лишь один из них. Поэтому-то блестящий синтез хлорофилла, осуществленный американцем Вудвордом (справедливости ради следует отметить, что почти одновременно с Вудвордом хлорофилл был синтезирован в ФРГ Мартином Штрелем и его сотрудниками), ничего не решал окончательно.