Альманах «Знак вопроса» - ЗНАК ВОПРОСА 1994 № 04

Однако есть тут и существенные отличия. «Бетон» заполняет лишь часть пустот между фибриллами. Остальное же пространство заполнено «живым веществом» клетки — протопластом. Его слизистая субстанция — протоплазма — содержит в себе мелкие и сложно организованные включения, ответственные за важнейшие процессы жизнедеятельности. Скажем, хлоропласты отвечают за фотосинтез, митохондрии — за дыхание, а ядро — за деление и размножение. Причем обычно слой протоплазмы со всеми этими включениями прилегает к клеточной стенке, а внутри протопласта больший или меньший объем занимает вакуоль — капля водного раствора различных солей и органических веществ. Причем иногда в клетке может быть несколько вакуолей.

Различные части клетки разделены между собой тончайшими пленками — мембранами. Толщина каждой мембраны всего лишь несколько молекул, однако нужно отметить, что молекулы эти довольно крупные, и потому толщина мембраны может достигать 75— 100 ангстрем. (Величина как будто действительно большая; впрочем, не будем забывать, что сам-то ангстрем составляет всего-навсего 10 -8см.)

Однако так или иначе в структуре мембраны можно выделить три молекулярных слоя: два наружных образуются молекулами белков и внутренний, состоящий из жироподобного вещества — липидов. Такая многослойность придаст мембране избирательность; говоря совсем уж упрощенно, различные вещества просачиваются через мембрану с различной скоростью. И это дает возможность клетке выбирать из окружающей вреды наиболее нужные ей вещества, аккумулировать их внутри.

Да что там вещества! Как показали, например, эксперименты, проведенные в одной из лабораторий Московского физико-технического института под руководством профессора Э. М. Трухана, мембраны способны вести разделение даже электрических зарядов. Пропускают, скажем, на одну сторону электроны, в то время как протоны проникнуть сквозь мембрану не могут.

Насколько сложна и тонка работа, которую приходится вести ученым, можно судить по такому факту. Хоть мы и говорили, что мембрана состоит из довольно больших молекул, все равно толщина ее, как правило, не превышает 10 -6см, одной миллионной доли сантиметра. И толще ее сделать нельзя — иначе резко падает эффективность разделения зарядов.

И еще одна трудность. В обычном зеленом листе за перенос электрических зарядов отвечают также хлоропласты — фрагменты, содержащие в своем составе хлорофилл. А эти вещества нестойкие, быстро приходящие в негодность.

— Зеленые листья в природе живут от силы 3–4 месяца, — рассказывал мне один из сотрудников лаборатории кандидат физико-математических наук В. Б. Киреев. — Конечно, создавать на такой основе промышленную установку, которая бы вырабатывала электричество по патенту зеленого листа, бессмысленно. Поэтому нужно либо найти способы делать природные вещества более стойкими и долговечными, либо, что предпочтительнее, отыскать им синтетические заменители. Над этим мы сейчас как раз и работаем…

И вот недавно пришел первый успех: созданы искусственные аналоги природных мембран. Основой послужила окись цинка. То есть самые обыкновенные, всем известные белила…

Добытчики золота.Объясняя происхождение электрических потенциалов в растениях, нельзя остановиться лишь на констатации факта: «Растительное электричество» есть результат неравномерного (пусть даже и весьма неравномерного!) распределения ионов между различными частями клетки и средой. Тут же появляется вопрос: «А почему такая неравномерность возникает?»

Известно, например, что для возникновения разности потенциалов 0,15 вольт между клеткой водоросли и водой, в которой она живет, необходимо, чтобы концентрация калия в вакуоли была примерно в 1000 раз выше, чем в «забортной» воде. Но известен науке так же и процесс диффузии, то есть самопроизвольного стремления любого вещества равномерно распределиться по всему доступному объему. Почему же в растениях этого не происходит?

В поисках ответа на такой вопрос нам придется затронуть одну из центральных проблем в современной биофизике — проблему активного переноса ионов через биологические мембраны.

Начнем опять-таки с перечисления некоторых известных фактов. Почти всегда содержание тех или иных солей в самом растении выше, чем в почве или (в случае водоросли) в окружающей среде. Например, водоросль нителла способна накапливать калий в концентрациях в тысячи раз выше, чем в природе.