Как вы полагаете, можно ли считать великим открытием обнаружение того факта, что зеленые растения – в отличие от животных организмов – умеют делать испорченный последними воздух, вновь возвращая ему свойство быть пригодным для дыхания? Если нет, то это по меньшей мере странно. Ведь без понимания этого удивительного, можно сказать, чудесного факта мы совершенно иначе относились бы к растениям – и, не исключено, уже просто вывели бы их под корень, тем самым погубив самих себя и все живое на планете. История же открытия этого процесса неожиданна и очень любопытна.

Итак, поскольку открытие фотосинтеза затянулось на несколько столетий, начать стоит с того, что еще в XVI столетии голландский естествоиспытатель Ян Баптист ван Гельмонт озадачился вопросом, что важнее для растения – вода или почва. Для выяснения этого обстоятельства он провел опыт, ставший первым в истории науки количественным экспериментом. Наверное, если бы тогда существовал аналог книги рекордов Гиннеса, его опыт непременно попал бы и туда – за продолжительность, ибо длился ни много ни мало пять лет.

В наполненный землей горшок ван Гельмонт посадил ветку ивы. Землю предварительно просушил и взвесил с максимально возможной точностью. Накрыл горшочек крышкой, чтобы туда не попадал мусор, и начал регулярно поливать иву дождевой водой. Когда минуло пять лет, экспериментатор извлек растение из горшка и измерил, насколько оно увеличилось в весе. Затем было подсчитано, насколько уменьшился вес земли в горшке. Поскольку дерево прибавило куда больше, ван Гельмонт сделал вывод о том, что для растений важна исключительно вода. Эта теория, несмотря на ошибочность, продержалась до XIX века, а самому экспериментатору, кстати, по совокупности «полезных научных ошибок» в 1889 году поставили в Брюсселе памятник.

А вот англиканский священник Стивен Гейлс столетие спустя озадачился тем, как движется внутри растений поглощаемая корнями и испаряемая листьями вода. Результатом его многолетних опытов стало открытие избирательности питания растений, то есть того, что они берут из почвы далеко не все подряд вещества. Кроме того, он предположил, что растения могут дышать и даже что они получают часть питания из воздуха при помощи листьев. Более того, он допустил, что проникающий в ткани листьев свет каким-то образом воздействует на вещества, которые находятся в листьях. Сходные мысли высказывал и Михаил Васильевич Ломоносов.

Однако ни один из них так и не сделал следующий шаг – да и не мог его сделать по той простой причине, что природа газов и химический состав воздуха были еще не известны.

Вот почему полноценная история изучения фотосинтеза начинается с момента, когда английский химик Джозеф Пристли в 1771 году занялся поиском способа очистки испорченного горением и дыханием воздуха. Что он только не делал! Он освещал, охлаждал, нагревал, сжимал, разряжал воздух, клал в замкнутый сосуд с горевшей свечой и мышью различные предметы… Но однажды (а некоторые великие открытия так и происходят – случайно и однажды, особенно если долго стараться) Пристли поместил под стеклянный колокол вместе с горящей свечой и мышью пучок мяты…

«Мне посчастливилось случайно напасть на метод исправления воздуха, который был испорчен горением свечи, и открыть по крайней мере один из исправителей, которым природа пользуется для этой цели. Это растительность», – писал Пристли в следующем году, рассказывая о своем открытии. Несколько лет спустя, кстати, именно он сумел открыть и кислород (в 1774 году), но пока…

Пока весть о сделанном интересном и важном открытии стала достоянием ученых умов и даже светских бесед (вот были времена, когда люди обсуждали не только новинки моды!). Пристли наградили Большой золотой медалью Королевского общества, президент которого при награждении восторженно заявил: «Отныне мы знаем, что от дуба в лесу до самой маленькой былинки в поле все растения вносят свою долю в поддержание необходимой для всего животного мира чистоты воздуха!»

При этом огромное количество скептиков и критиков обрушилось на нового героя естествознания. «Пристли – плут, еретик и обманщик! Растения портят воздух» – заявила некая богатая леди, которая однажды, возвратясь домой поздней ночью и наслушавшись рассказов о новом «очистителе» воздуха, немедля повелела дворецкому перенести из своего зимнего сада в отродясь не проветриваемую спальню несколько самых больших кадок с тропическими растениями. Как и следовало ожидать, наутро она встала с жуткой головной болью и была не просто разочарована, но пришла в ярость: ведь она едва не умерла!

Некоторые ученые собратья также крайне отрицательно высказывались по поводу правдивости сведений Пристли. Однако только спустя изрядный промежуток времени стала ясна причина нападок коллег, критических опровержений, а заодно головных болей и неудач в повторении опытов.

Восемь лет спустя, уже в 1779 году, Пристли заметил, что заметил, что опыты проводились и в ночное и дневное время суток, а газ выделялся только на свету. О том, что это был кислород, сумел в том же году удостовериться бывший личный медик австрийской императрицы Марии Терезии Ян Ингенхауз. Он собрал в пробирку выделяемый листьями газ и опустил туда тлеющую лучинку. Она тут же ярко вспыхнула.

Итак, энергия лучей Солнца запускает процесс фотосинтеза, при этом растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Атмосфера имеет сложный состав, а роль дневного светила является решающей. Представляете, какое великое множество принципиально важных выводов следует из этих ныне всем известных фактов?

Что же касается механизма фотосинтеза, то ключевую роль в его понимании сыграл выдающийся русский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев. Благодаря его исследованиям в 1871 году было показано, что важнейшую роль в фотосинтезе играет пигмент хлорофилл – тот самый, благодаря которому листья и трава имеют зеленый цвет. В ходе этого процесса в растениях происходят обратимые окислительно-восстановительные реакции.

Климент Аркадьевич Тимирязев в мантии почётного доктора университета Глазго. 1901 г.

Исследования фотосинтеза продолжались и в XX столетии, но это уже было уточнение конкретных механизмов, физико-химических реакций и сложнейших преобразований, которые происходят в организмах растений. Они позволили отвергнуть некоторые ошибочные представления и сделать вывод, что в ходе этого процесса имеет место превращение электромагнитной энергии света в энергию химических связей конечных фотопродуктов. Сегодня в учебниках по ботанике мы читаем именно такую или очень похожую формулировку. Все привычно и кажется невероятным, что за ней – труд сотен ученых, множество ошибок и находок, удачных и неудачных экспериментов и даже обвинений в плутовстве.