Желтые листья – эмблема печали

Люблю я пышное природы увяданье,
В багрец и золото одетые леса ..
А.С.Пушкин

В глубокой древности в Малой Азии в стране Фригии правил жадный и скупой царь Мидас. Больше всего он любил золото.

Однажды Мидас оказал услугу богу вина и веселья Дионису и тот в знак благодарности произнес: – «Проси в награду все, чего ты пожелаешь».

– Сделай так, попросил Мидас, – что все, к чему я прикоснусь, тотчас превращалось бы в золото.

Дионис усмехнулся: – «Хорошо, пусть будет по-твоему. Но смотри, чтобы не пришлось тебе каяться».

– Нет, великий бог, я не буду каяться: золото – цель моей жизни.

Чем все это закончилось, хорошо известно. Камни, цветы, вода, еда – все  к чему прикасался Мидас, превращалось в золото. Даже любимая женщина Мидаса Хризофила превратилась в золотую статую. Она, по-видимому, так же как и Мидас, любила золото, на что указывало ее имя (от греч. –  «хризо» – золото, «филос» – любить). Или же Мидас ласково называл ее  – «мое любимое Золотко».

Наконец, прозревший Мидас взмолился: – «Прости меня, великий Дионис, за мое неразумие! Избавь меня от чудесного дара все превращать в золото!»

Бог милостив, он простил жадного Мидаса. Так закончилась эта история. Но чтобы люди не забывали о ней, каждую осень деревья одеваются в золотые листья, как бы напоминая этим, что золотой цвет – это цвет увядания и печали, тогда как зеленый – цвет жизни и радости.

Конечно, все, что здесь говорилось – это легенда. Однако, как бы то ни было, осенью большинство деревьев и кустарников одеваются в желтые тона. Другие становятся еще более нарядными. Так, бересклет принимает бледно-розовую окраску. Листья кленов и осин становятся багряными. Лесная груша, дикий виноград вспыхивают красным и даже пурпуровым цветом. Листья некоторых растений приобретают лиловые и даже синеватые оттенки. Букет золотистых листьев по красоте и разнообразию расцветки не уступает летним цветам. Поэтому мы с удовольствием любуемся осенними листьями, собираем их в букеты, высушиваем, чтобы они радовали наш взор холодной зимой.

Проходит немного времени, и деревья обнажаются. Они сбрасывают листву, которая неминуемо погибла бы от зимних холодов. Это хорошо видно, когда слишком рано приходит зима, а деревья к этому времени не успели сбросить свои листья. А еще хуже, весенние заморозки убивают только что распустившиеся листочки. Они почерневшие и скрученные пока что висят на ветках, а их унылый вид еще больше подчеркивает случившуюся трагедию.

Что происходит с листьями, почему они осенью меняют свой цвет? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте совершим небольшое путешествие внутрь листа и познакомимся с клеточными структурами.

Оказывается, зеленый цвет листьям придают «зерна» хлорофилла (от греч. «хлорос» – зеленый, «филлон» – лист), которые находятся в специальных клеточных структурах растений – хлоропластах (от греч. «хлорос» – зеленый, «пластос» – вылепленный, оформленный). Отсюда происходит название известного всем пластилина, из которого дети лепят всевозможные фигурки. Эти структуры имеют овальную форму размером 5-10 мкм. В клетках большинства растений количество хлоропластов бывает от 15 до 50, тогда как  у  некоторых – достигает несколько сотен.

Ранней весной хлоропластов в клетке немного. Из-за этого листья имеют бледно-зеленый, изумрудный цвет. В течение лета их количество постепенно увеличивается, и лист приобретает насыщенный зеленый цвет. Хлоропласты имеются не только в листьях, но и в почках, коре, в зеленых плодах.

Основная роль хлорофилла – это улавливание солнечного света и создание питательных веществ (органического вещества) из воды, углекислого газа, минеральных составляющих. Поэтому их образно называют солнечными батареями. Хлорофилл очень нежен и хрупок. Он не выдерживает яркого солнца, и быстро разрушаются. Однако летом на смену погибшим структурам приходят новые, которые образуются в хлоропластах. Интересно, что хлоропласты, подобно живым структурам, могут самостоятельно передвигаться внутри клетки. При ярком солнечном свете они перемещаются вглубь клетки, прячутся за «шторками» клеточных структур. В пасмурный день они, наоборот, перемещаются ближе к поверхности клетки.

Особенно угнетающе действуют на хлорофилл низкие температуры. Осенью с наступлением холодов образование хлорофилла прекращается, и лист постепенно теряет свою зеленую окраску, обнажая до того скрытые на его фоне другие пигменты. В результате листья приобретают различные оттенки. Желтый и оранжевый тона осенним листьям и плодам придают каротиноиды и ксантофилл, которые находятся в хромопластах. Красный, синий цвета связаны с присутствием в клеточном соке особого красящего вещества – антоциана. Различные сочетания присутствующих в листьях и плодах пигментов рождают красоту, восхищавшую не только поэтов, но и всех нас.

В растительной клетке, кроме хлоропластов, имеется еще два вида пластид – хромопласты и лейкопласты. Эти три вида пластид разнообразны по форме и размерам и, конечно, по функциям, однако они связаны между собой единым происхождением, родством, так как все они формируются из протопластид. Затем они уже существуют как бы самостоятельно, увеличиваясь количественно путем деления из уже имеющихся. Кроме того, они в процессе жизни могут превращаться один в другого, что опять же указывает на родство между ними. По окраске они подразделяются на желто-оранжевые и красные – хромопласты, бесцветные – лейкопласты и, конечно, уже известные нам –  зеленые – хлоропласты.

Пластиды, несмотря на то, что являются клеточными структурами, однако подобно самой клетке, имеют свой собственный генетический аппарат, специфические белки, ферменты. Это позволяет им в какой-то мере существовать автономно от самой клетки. Они, в отличие от других клеточных структур, способны независимо от клетки размножаться путем деления. Все это послужило основанием предполагать, что пластиды произошли от древних симбионтов, организмов, которые существовали самостоятельно, а потом поселились в клетке-хозяине. Это произошло, как предполагают, более миллиарда лет назад. За такой длительный срок «жильцы» и «хозяева» настолько приспособились друг к другу, что самостоятельно уже не могут существовать. Содружество оказалось настолько полезным, что во всех растительных клетках продолжают жить эти «квартиранты», став их необходимой частью. Однако, несмотря на столь длительное содружество, пластиды не потеряли некоторой самостоятельности.

Лейкопласты (от греч. «лейкос» – белый) – бесцветные пластиды. Они являются как бы складом готовых запасных веществ (крахмала, масла и др.), причем в одном лейкопласте могут накапливаться разные запасные вещества. Здесь же осуществляется синтез и гидролиз этих запасных веществ. Лейкопласты в течение жизни могут превращаться в хлоропласты и реже – в хромопласты.

Говоря о лейкопластах, сразу же возникает вопрос. Почему листья на свету зеленые, а у выросших в темноте растений стебли белые – бесцветные? В темноте образуются лейкопласты, которые на свету начинают преобразовываться в хлоропласты и становятся зелеными. Если же зеленое растение поместить в темноту, листья постепенно потеряют свой цвет и станут бесцветными. Еще один пример. Клубни картофеля  содержат одни только лейкопласты, в которых находятся запасные вещества – крахмал.  На свету они преобразуются в хлоропласты, в результате чего клубни зеленеют. Так что возможно превращение хлоропластов в лейкопласты и наоборот.

Хромопласты (от греч. «хромо» – цвет, краска) – пластиды с желтой, оранжевой и красной окраской. Находятся они в плодах, лепестках, в корнеплодах (к примеру, у моркови), придавая им соответствующий цвет. Хромопласты наиболее характерны для клеток околоцветников и плодов многих растений. Яркая окраска цветков привлекает насекомых – опылителей, а плодов – животных и птиц, способствующих распространению семян. Все они обладают цветовым зрением и хорошо видят яркие цвета. Хромопласты – это конечный этап развития пластид; в них могут превращаться лейкопласты и хлоропласты, тогда как сами хромопласты в другие виды пластид не превращаются.

Яркие цвета пластидам придают каротиноиды. Ученые открыли уже более десятка различных хлорофиллов и несколько сот пигментов, основная функция которых – использование электромагнитных волн солнечного спектра для синтеза органического вещества. Зачем растениям так много различных «уловителей» солнечного спектра?

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте для начала установим, что из себя представляет солнечный луч. Его строение и свойства описаны в школьном учебнике физики. Однако мы все же попытаемся описать это, ведь как говорили мудрецы «повторение – мать учения».

Наш глаз так устроен, что мы видим предметы в цвете: одни из них выглядят зеленые, другие красные, синие, а третьи – черные или белые. Если вещество полностью отражает свет, – оно кажется белым, если же тело поглощает все лучи – оно черное. Обычно все предметы поглощают отдельные лучи, поэтому представляются нам цветными. Ньютон впервые показал, что  белый свет разлагается призмой на свои составляющие: на экране возникает радуга из семи основных цветов. Их названия зашифрованы в известной фразе: «Каждый (красный) охотник (оранжевый) желает (желтый) знать (зеленый), где (голубой) сидит (синий) фазан (фиолетовый)». Если предметы кажутся нам красные, они поглощают все лучи, кроме красных (т.е. отражают красные лучи). Хлорофилл, наоборот, отражает зеленые лучи, а другие поглощает.

Когда на лист падает солнечный свет, его энергия улавливается хлорофиллом и другими пигментами. Хлорофилл отражает зеленую часть спектра солнечного света и улавливает синюю и красную, при участии которых и протекает фотосинтез. Поглощая энергию, он запускает сложную цепь химических реакций, во время которых молекула воды расщепляется на атомы водорода и кислорода. Водород соединяется с углекислым газом, образуя глюкозу, а кислород выделяется как ненужный растению продукт. Таким образом, клетка с помощью хлорофилла улавливает солнечный свет и «готовит» себе (а также и другим организмам) пищу – органическое вещество. Пигменты, так же как и хлорофилл, участвуют в фотосинтезе, однако они улавливают ту часть солнечного спектра, которая осталась вне поля зрения хлорофилла. Кроме того, они выполняют роль светофильтров, защищающих чувствительные к свету ферменты от разрушения.

Полученную в процессе фотосинтеза глюкозу хранить достаточно сложно, она легко выходит из клетки. Поэтому растения хранят ее в виде крахмала. Крахмал представляет собой вещество, состоящее из большого числа молекул глюкозы. Они, как бусинки, нанизаны на нитку. В таком виде они из клетки растения не «вывалятся». «Нанизать» глюкозу на нитку можно разными способами, при этом получатся разные вещества, однако у всех них основу будут составлять глюкоза. Как уже отмечалось, запасные вещества хранятся в лейкопластах.

Зеленый цвет необязателен для каждого фотосинтезирующего организма. Водоросли, к примеру, бывают желтые, оливковые, красные, синие, бурые. Даже некоторые высшие растения летом имеют желтые или красные листья. Этим пользуются дизайнеры, создавая своеобразные ландшафтные композиции. Однако, как бы то ни было, доминирующую роль в них играют зеленый пигмент – хлорофилл.

Говоря о хлорофилле, уместно привести высказывание замечательного российского ученого К.А.Тимирязева, который всю свою жизнь посвятил изучению фотосинтеза растений. «Растение – это посредник между небом и землей. Оно истинный Прометей, похитивший огонь с неба. Похищенный им луч горит и в мерцающей лучине, и в ослепительной искре электричества. Луч солнца приводит в движение и чудовищный маховик гигантской паровой машины, и кисть художника, и перо поэта».

Прекрасно и красиво сказано, не правда? Лучше вряд ли можно сказать о роли растений и маленького хлорофильного зернышка в глобальных процессах Земли.

Что же касается угля, торфа, нефти, так это энергия солнца, запасенная древними растениями. Сжигая в печке эти полезные ископаемые,  мы пользуемся плодами трудов растений, которые жили в глубокой древности, и чувствуем тепло солнечных лучей, падавших на Землю без малого треть миллиарда лет назад.

А.П.Садчиков,
профессор МГУ имени М.В.Ломоносова,
член МОИП

(https://www.moip.msu.ru   aquaecotox@yandex.ru )