Опыты Варбурга

Ближайшая наша задача теперь - получить теоретически указанные Тимирязевым 15 процентов. Пусть это будет, так сказать, нашим «домашним заданием».

Тут нам придется еще раз вспомнить, что делает растение. Оно ловит световые кванты, порции лучистой энергии. Это - на входе, а на выходе растение выдает синтезированные им углеводы. Самопроизвольно химическая реакция образования углеводов не идет. Чтобы запустить этот процесс, и нужна энергия световых квантов. Сколько же их необходимо?

Расчеты показывают: для получения грамм-молекулы глюкозы или, что эквивалентно, грамм-молекулы кислорода (после отщепления от молекулы воды атома водорода остается кислород, который растение выделяет в атмосферу) нужно затратить примерно 120 килокалорий энергии. Поэтому трех квантов красных лучей, каждый красный квант несет 40 килокалорий энергии, было бы достаточно, чтобы процесс фотосинтеза шел с эффективностью 100 процентов.

Вот так, чисто теоретическим путем можно установить, что минимальное количество световых квантов - три. Но, конечно, потери неизбежны и действительное число квантов, эта величина в науке носит название «величины квантового расхода», должно быть большим. Каким?

Первое измерение этой величины было выполнено еще в 1922 году знаменитым немецким биохимиком и физиологом, позднее лауреатом Нобелевской премии, открывшим природу и функции дыхательных ферментов, Отто Варбургом (1883-1970). Он дал метод исследований - респирометр, или просто аппарат Варбурга, прибор для определения небольших количеств выделяющихся газов.

Варбург предложил и очень удобный объект для исследований, одноклеточную водоросль - хлореллу (она придает изумрудный цвет тихим заводям и лужам), которая столь прославилась в более поздние годы. Замечательна хлорелла тем, что при размножении может делиться не на две, а сразу на 4, 8, 16, 32 и даже 64 части! Ее биомасса нарастает столь же быстро, как снежная лавина в горах...

Опыты, которые вели сотрудники Варбурга, были по замыслу очень просты. Зная интенсивность падающего на хлореллу света и определяя количество выделяющегося при фотосинтезе кислорода, можно оценить квантовый расход. Он оказался равным четырем: четыре кванта света на каждую выделяющуюся молекулу кислорода.

Эффективность фотосинтеза оказалась очень высокой: 75 процентов! Аналогов этому в технике в начале нашего века не существовало. Тепловые электростанции той поры преобразовывали химическую энергию угля с КПД не более 10 процентов. Да и ныне КПД лучших тепловых электростанций не превышает 40 процентов.