Чего не знает современная наука - Сборник статей

С момента, когда Мендель декларировал существование дискретных единиц наследственности, прошло сто или более лет, пока Уотсон и Крик с помощью рентгено-структурного анализа обнаружили спирали дезоксирибо-нуклеиновой кислоты. Возможно, и нынешняя цивилизация технологически еще не доросла до уровня, когда мы сумеем непосредственно измерять свойства генерирующих потоков.

Но есть и другой путь – все-таки измышлять гипотезы. То есть строить какие-то формальные теоретические конструкции и с помощью этих теорий объяснять реальные факты, предлагать в реализуемых областях эксперименты, которые могут эти теории подтвердить или опровергнуть. Это нормальный путь развития науки, и многие теории часто возникали до экспериментальной верификации, потому что, чтобы что-то обнаружить, надо знать, что мы ищем.

В рамках субстанционального подхода надо упомянуть о природе времени. Утверждается, что у него есть природный референт, на разных уровнях строения материи есть генерирующие потоки, которые «входят» в нашу Вселенную, пронизывают все системы, все объекты и порождают изменчивость. Эти взгляды позволяют ввести и измерение времени – параметризацию, или измерение изменчивости с помощью чисел. А именно, если время – это генеральный процесс, замена элементов, то следует подсчитывать меняющиеся в системе элементы. Когда мы говорим о времени, то имеем в виду по крайней мере три его ипостаси: это время-явление, когда говорим о природе времени, это время-понятие, когда время уже не реальность, а ноумен, то есть конструкт нашего мышления, и третье представление о времени – это измерение времени, время как часы, количественный аспект измерений. Метаболическая концепция позволяет ввести часы и измерять количество замен элементов, в этом случае можно корректно обсуждать свойства времени.

Теперь мы можем рассматривать мир как открытый, не изолированный, развивающийся. Принципу Гельвеция «Время – это зуб, который разжевывает железо и пирамиды, время – лишь смерть, которую оно приносит» можно противопоставить принцип Козырева, согласно которому в самих свойствах материи есть что-то, что порождает жизнь в обобщенном смысле, порождает изменчивость мира. И мир уже можно рассматривать как развивающийся, самоорганизующийся и, возможно, усложняющийся.

Фактически названы черты новой парадигмы:

– время может быть предметом естествознания, а не только философии;

– время имеет структуру, поэтому оно может быть предметом моделирования;

– в понятийной базе естествознания не хватает каких-то сущностей, и, возможно, они возникнут в рамках субстанциональных подходов;

– эталонные процессы, с помощью которых мы измеряем время, могут быть разными, а не только основанными на физических измерениях. И вместе с новыми способами измерения изменчивости возникают новые подходы и к описанию мира.

Александр Левич, д-р биол. наук, МГУ

Фотосинтез

Свет – это вечно натянутая пружина, приводящая в действие механизм земной жизни.

Превращение света в кислород. О нем рассказывают в школе, его тщательно изучают в институтах, над разгадкой его тайны вот уже не одно столетие бьются маститые ученые. Его «разложили по полочкам», ему «перемыли все косточки»… Но этот удивительный процесс по-прежнему остается «знакомым незнакомцем»…

Всем известна поговорка «Мы едим для того, чтобы жить…». Потребляемая нами пища – это источник энергии, благодаря которой мы можем двигаться, думать, творить, в общем – жить. А чтобы эту энергию из пищи извлечь, нам необходимо еще и дышать, ибо, образно говоря, пища сгорает в пламени кислорода и, сгорая, высвобождает нужную нам энергию. Таким образом, для производства энергии нам необходимы пища и кислород. Всего за один год человечество умудряется съесть более 7 x 108 млн. тонн. Но ведь потребность дышать и питаться испытывает и все остальное, более многочисленное население Земли. Значит, используемые запасы питательных веществ и кислорода должны непрерывно пополняться. И это действительно происходит – благодаря растениям с их удивительной способностью к фотосинтезу. За один год под действием света на Земле, по ориентировочным подсчетам, образуется 6 x 1011 млн. тонн органических веществ.

В природе царит закон целесообразности. И одной из ярких его иллюстраций служат «безотходные технологии», когда отработанные вещества одной живой системы автоматически становятся исходными соединениями для деятельности другой. Иначе это можно назвать круговоротом веществ в природе. Так происходит и с фотосинтезом. Ведь для производства питательных веществ и кислорода растения используют не что иное, как «отходы» жизнедеятельности всех живых существ, а именно: воду и углекислый газ.

Итак, роль фотосинтеза ясна. Теперь попытаемся разобраться с его замысловатым механизмом. Фотосинтез (от греч. photos «свет») – это образование сложных биологических молекул из простых химических соединений под действием света. В настоящее время принято выделять в этом процессе две стадии: световую (проходящую на свету) и темновую (которая для своего протекания непосредственно в освещении не нуждается). Темновые реакции это собственно синтез – цепочка последовательных химических превращений углекислого газа в сахара. Чтобы эти процессы происходили, нужна энергия. И не любая энергия, а именно та, которая будет «говорить» с реагирующими молекулами на их языке – языке химических превращений. Значит, прежде чем «запустить» синтез, необходимо уловить энергию света и трансформировать ее в движущую силу химических реакций. А это уже задача световой стадии фотосинтеза. Таким образом, связующим звеном обеих стадий служит так называемая химическая энергия (энергия химической связи), которая есть поглощенная и трансформированная энергия Солнца. А собственно акт трансформации энергии является главным событием фотосинтеза в целом.

«Местом действия» фотосинтеза служит растительная клетка (время действия, разумеется, – светлое время суток). Растительная клетка – это сложная живая система, она содержит ряд структур и выполняет множество функций. Некоторые процессы в клетке имеют строгую локализацию. Это относится и к фотосинтезу, а точнее, к стадии световых реакций. Процессы улавливания (поглощения), проведения и трансформации солнечной энергии происходят в специальных органеллах растительной клетки – хлоропластах. Поэтому хлоропласты можно еще назвать фототрансформаторами, фотогенераторами энергии. В клетках животных, к фотосинтезу неспособных, хлоропластов нет.

Вот мы и добрались до самого интересного – таинства «манипулирования» энергией. Где и как происходят три основных процесса: поглощение, проведение и трансформация солнечной энергии? Главными действующими лицами указанных событий являются специальные светочувствительные пигменты – хлорофиллы. Хлорофиллы могут поступать с энергией следующим образом: поглощать и передавать строго по назначению (это умеют все без исключения молекулы пигмента) и трансформировать световую энергию в химическую (а это по силам единицам).

Теперь по порядку. Солнечный свет улавливается группой из 200–300 молекул хлорофилла, которая называется «антенный комплекс». Антенный комплекс представляет собой «воронку», собирающую энергию света и передающую ее к единому реакционному центру. Реакционный центр – это та самая уникальная молекула хлорофилла, обладающая редким, но очень ценным качеством – способностью к трансформации энергии. Не случайно ее еще называют «сердцем фотосистемы». Но вот что удивительно. В одиночку даже эта «сверхспособная» молекула, приняв порцию световой энергии, совершить трансформацию не сможет. В этом случае ее постигнет участь любой «заурядной» молекулы – «вспыхнуть на мгновение и погаснуть», то есть отдать поглощенную энергию в виде тепла и/или световой вспышки. Только тогда эта молекула будет «центром», когда станет центральным звеном в цепочке передачи энергетического импульса. Природа мудра, и в действительности все так и устроено: восприняв световую энергию от антенного комплекса, хлорофилл реакционного центра трансформирует ее и передает дальше по цепочке, которая так и называется – «цепь передачи электрона».

Откуда взялся электрон, и что произошло с энергией света? Под действием света электронейтральная молекула хлорофилла реакционного центра выходит из состояния равновесия и в ней «выделяются противоположности» – разделяются заряды: отрицательно заряженный электрон «вылетает» из молекулы, оставляя за собой положительно заряженное пустое место – «дырку». Выбитый с насиженного места электрон мгновенно перехватывается новой молекулой – первым звеном в «цепи передачи электронов» – и начинает свое путешествие по этой цепи от одного переносчика к другому. Таким образом энергия света трансформируется в энергию движущегося электрона. А что же молекула хлорофилла? Она временно «недееспособна». Чтобы стать готовой к восприятию новой порции солнечной энергии, молекула хлорофилла должна восстановить равновесие – воссоединить пустующую «дырку» с новым электроном. Откуда берется этот желанный электрон? Оказывается, из воды. Под действием света вода расщепляется на ионы водорода (протоны), электроны и кислород. Электроны немедленно заполняют вышеупомянутые «дырки», протоны тоже используются «во благо» фотосинтеза, а вот кислород в дальнейших превращениях не участвует и в качестве «побочного продукта» выделяется в атмосферу.