Электрическое поле и его значение для живых организмов. Электрическое поле Земли — Источник энергии Влияние электрических полей на персонал

Станислав Николаевич Славин

Начиная эту работу с цитаток из книги Владимира Солоухина "Трава", ваш покорный слуга преследовал как минимум две цели. Во-первых, прикрыться мнением известного прозаика: "Дескать, не один я такой, дилетант, берусь не за свое дело". Во-вторых, лишний раз напомнить о существовании хорошей книжки, автор которой, на мой взгляд, все-таки не довел дело до конца. Возможно, впрочем, не по своей вине.

По дошедшим до меня слухам, публикация в 1972 году отдельных глав этой книги в почитаемом многими журнале "Наука и жизнь" вызвала такой скандал в определенных кругах на Старой площади, что редакция была вынуждена прекратить публикацию. Уж очень не стыковались высказываемые Солоухиным суждения о растениях с общепринятым в то время мичуринским учением, главный тезис которого люди старшего и среднего поколения помнят, наверное, и по сей день: "Нечего ждать милостей от природы..."

Теперь, похоже, волей-неволей мы вынуждены вновь обернуться лицом к природе, осознать, что человек - вовсе не пуп Земли, царь природы, а всего лишь одно и.) ее творений. И если он хочет выжить, сосуществовать с природой и далее, то он должен научиться понимать ее язык, выполнять ее законы.

И вот тут-то оказывается, что мы не знаем очень и очень многого о жизни существующих рядом с нами животных, птиц, насекомых, даже растений. В природе заложено куда больше разума, чем мы привыкли считать. Все со всем так тесно взаимосвязано, что иной раз стоит семь раз подумать, прежде чем сделать единственный шаг.

Сознание этого медленно зрело во мне, но, похоже, я еще долго собирался бы сесть за машинку, если бы вокруг меня нс стали происходить вещи удивительные. То попалось на глаза сообщение, что давние, уже четвертьвековои давности, опыты индийских ученых, установивших, что растения воспринимают музыку, получило в наши дни неожиданное коммерческое продолжение: теперь ананасы на плантациях выращиваются под музыку, и это в самом деле улучшает вкус и качество плодов. То вдруг одна за другой стали встречаться книги, о которых наш широкий читатель знает лишь понаслышке, да и то не всякий. Что, например, слышали вы о книге Метерлинка "Разум цветов" или о работе Томпкинса и Берда "Тайная жизнь растений"?..

Но, что называется, доконал меня один мой знакомый. Вполне положительный человек, кандидат сельскохозяйственных наук, и вдруг как о вполне обыденном говорит мне, что каждую весну рассчитывает положение звезд по астрологическому календарю, чтобы точно подгадать, в какой именно день сажать картошку на своем участке.

Ну и как, помогает? - с известной долей ехидства поинтересовался я.

Хочешь верь. хочешь нет, но урожай при прочих равных условиях соблюдении правил агротехники, своевременном поливе и т. д. - на 10-15 процентов выше, чем у соседей.

"Ну раз уж аграрии полагают, что растения, как и люди, смотрят на звезды, - сказал я сам себе, - то тебе, верно, и сам Бог велел обнародовать все, что накопил за прошедшие годы по этой интересной, хотя и далеко не до конца проясненной проблеме. Выложи накопленное, а там уж пусть читатель сам разбирается, что к чему... "

С чего начинается урожай? Для начала мой собеседник предложил провести небольшой опыт. Взял горсть семян и рассыпал их по металлической пластинке.

Это будет у нас отрицательная заземленная обкладка конденсатора, пояснил он. - Теперь приближаем к ней такую же пластинку, но заряженную положительно...

И я увидел маленькое чудо: семена, как по команде, приподнялись и замерли, словно солдаты в строю.

Подобный конденсатор есть и в природе, - продолжал мои собеседник. Его нижней обкладкой является земная поверхность, верхней - ионосфера, слой положительно заряженных частиц, расположенный на высоте около 100 километров. Влияние электромагнитного поля, создаваемого им, на живые организмы Земли весьма сложно и разнообразно...

Так начался наш разговор с руководителем одной из лабораторий Института инженеров сельскохозяйственного производства, тогда кандидатом, а ныне уже, как я слышал, доктором технических наук В.И.Тарушкиным.

Владимир Иванович и его коллеги занимаются диэлектрическими сепараторами. Что такое сепаратор вы, конечно, знаете. Это устройство, отделяющее, например, сливки от обрата в молоке.

В растениеводстве сепараторы отделяют шелуху от зерен, а сами зерна сортируют по весу, размерам и т.д. Но причем тут электричество? А вот причем.

Вспомните-ка опыт, описанный вначале. Семена вовсе не случайно подчиняются командам электрического поля в конденсаторе. Каждое зернышко будь то семя пшеницы; ржи, другой полевой, огородной культуры представляет собой как бы крошечный магнит.

На этом свойстве семян и основана работа, принцип действия наших сепараторов, - продолжал рассказ Владимир Иванович. - Внутри каждого из них есть барабан, на котором уложена обмотка - слои электрических проводов. И когда к проводу подключается напряжение, вокруг барабана образуется электромагнитное поле.

На барабан из бункера струйкой сыплются семена. Сыплются и под действием электрического поля как бы приклеиваются, примагничиваются к поверхности барабана. Да настолько сильно, что остаются на барабане даже при его вращении.

Наиболее электризованные и легкие семена счищаются щеткой. Другие семена, потяжелее, сами отрываются от поверхности барабана, как только та часть его, к которой они прилипли, оказывается снизу...

Таким образом и происходит разделение семян на отдельные виды, фракции. Причем разделение это зависит от силы приложенного электрического поля и может регулироваться по желанию человека. Таким образом можно настроить электрический сепаратор на отделение, скажем, "живых", всхожих семян от невсхожих и даже повысить энергию прорастания зародышей.

Что это дает? Как показала практика, такая сортировка перед началом сева обеспечивает увеличение урожая на 15-20 процентов. А невсхожие семена можно использовать на корм скоту или для размола на хлеб.

Диэлектрические сепараторы оказывают немалую помощь и в борьбе с сорняками, которые очень хорошо приспособились к совместной жизни с полезными растениями. Например, крохотное зернышко повилики не отличишь от семечка моркови, а амброзия искусно маскируется под редиску. Однако электрическое поле легко различает подделку, отделяет полезное растение от вредного.

Новые машины могут работать даже с такими семенами, для которых не годятся иные способы технической сортировки, - сказал на прощание Тарушкин. - Не столь давно, например, нам прислали мельчайшие семена, две тысячи штук которых весят всего один грамм. Раньше их перебирали вручную, наши же сепараторы справились с сортировкой без особого труда.

И то, что сделано, по существу, только начало...

Влияние природного конденсатора Земли - элекгромагнитных полей сказывается не только на семенах, но и на ростках.

День за днем они вытягивают стебли вверх, к положительно заряженной ионосфере, а корни зарывают поглубже в отрицательно заряженную землю. Молекулы питательных веществ, превратившись в соках растения в катионы и анионы, повинуясь законам электролитической диссоциации, направляются в противоположные стороны: одни вниз, к корням, другие вверх, к листьям. С верхушки растения к ионосфере струится поток отрицательных ионов. Растения нейтрализуют атмосферные заряды и таким образом накапливают их.

Несколько лет назад доктор биологических наук З.И.Журбицкий и изобретатель И.А.Остряков поставили перед собой задачу: выяснить, как влияет электричество на один из главных процессов в жизни растений фотосинтез. С этой целью, например, они ставили такие опыты. Заряжали воздух электричеством и пропускали воздушный поток под стеклянным колпаком, где стояли растения. Оказалось, что в таком воздухе в 2-3 раза ускоряются процессы поглощения углекислого газа.

Подвергались электризации и сами растения. Причем те, которые побывали под отрицательным электрическим полем, как выяснилось, растут быстрее обычного. За месяц они обгоняют своих собратьев на несколько сантиметров.

Причем ускоренное развитие продолжается и после снятия потенциала.

Накопленные факты дают возможность сделать некоторые выводы, говорил мне Игорь Алексеевич Остряков. - Создавая положительное поле вокруг надземной части растения, мы улучшаем фотосинтез, растение будет интенсивнее накапливать зеленую массу. Отрицательные же ионы благотворно влияют на развитие, корневой системы.

Таким образом, кроме всего прочего, появляется возможность избирательного влияния на растения в процессе их роста и развития, в зависимости от того, что именно - "вершки" или "корешки* - нам нужно...

Как специалиста, работавшего в ту пору в производственном объединении "Союзводпроект", электрические поля интересовали Острякова еще и вот с какой точки зрения. Питательные вещества из почвы могут проникнуть в растения только в виде водных растворов. Казалось бы, какая разница растению, откуда получать влагу - из дождевого облака или из дождевальной установки? АН нет, опыты неопровержимо показывали: вовремя прошедший дождь куда эффективнее своевременной поливки.

Стали ученые разбираться, чем дождевая капля отличается от водопроводной. И выяснили: в грозовом облаке капельки при трении о воздух приобретают электрический заряд. В большинстве случаев положительный, иногда отрицательный. Вот этот-то заряд капли и служит дополнительным стимулятором роста растений. Вода в водопроводе такого заряда не имеет.

Более того, чтобы водяной пар в облаке превратился в каплю, ему нужно ядро конденсации - какая-нибудь ничтожная пылинка, поднятая ветром с поверхности земли. Вокруг нее и начинают скапливаться молекулы воды, превращаясь из пара в жидкость. Исследования показали, что такие пылинки очень часто содержат в своем составе мельчайшие крупинки меди, молибдена, золота и других микроэлементов, благотворно влияющих на растения.

"Ну а раз так, почему был искусственный дождик не сделать подобием естественного?" - рассудил Остряков.

И добился своего, получив авторское свидетельство на электрогидроаэронизатор - прибор, который создает электрические заряды на капельках воды. По существу, это устройство представляет собой электрический индуктор, который устанавливается на трубе разбрызгивателя дождевальной установки за зоной каплеобразования с таким расчетом, чтобы сквозь его рамку пролетала уже не струя воды, а рой отдельных капель.

Сконструирован и дозатор, позволяющий добавлять в водный поток микроэлементы. Устроен он так. В рукав, подающий воду в дождевальную установку, врезается кусок трубы из электроизоляционного материала. А в трубе располагаются молибденовые, медные, цинковые электроды... Словом, из того материала, какой микроэлемент нужней для подкормки. При подаче тока ионы начинают переходить с одного электрода на другой. При этом часть их смывается водой и попадает в почву. Количество ионов можно регулировать, меняя напряжение на электродах.

Если же нужно насытить почву микроэлементами бора, йода и других веществ, нс проводящих электрического тока, в действие вступает дозатор другого типа. В трубу с проточной водой опускают кубик из бетона, разделенный внутри на отсеки, в которых и помещаются нужные микроэлементы. Крышки отсеков служат электродами. Когда на них подастся напряжение, микроэлементы проходят сквозь поры в бетоне и уносятся водою в почву.

Картофельный детектор. В хлопотах и заботах незаметно прошло лето. Пора и урожай собирать. Но даже человек не всегда может отличить покрытую мокрой осенней землей картофелину от такого же черного комка земли. Что же говорить о картофельных комбайнах, гребущих с поля все подряд?

А если производить сортировку сразу на поле? Немало поломали голову инженеры над этой проблемой. Какие только детекторы не перепробовали механические, телевизионные, ультразвуковые... Пытались было на комбайн даже гамма-установку поставить. Гамма-лучи пронизывали насквозь земляные комья и клубни, словно рентген, а стоящий напротив датчика приемник определял "что есть что".

Но гамма-лучи вредны для здоровья людей, при работе с ними необходимо принимать специальные меры предосторожности. Кроме того, как выяснилось, для безошибочного детектирования необходимо, чтобы все клубни и комья были приблизительно одинакового диаметра. Поэтому специалисты Рязанского радиотехнического института - старший преподаватель А.Д.Касаткин и тогдашний студент-дипломник, а ныне инженер Сергей Решетников - пошли по другому пути.

Они взглянули на картофельный клубень с точки зрения физики. Известно, что емкость конденсатора зависит от проницаемости материала, заложенного между его обкладками. Меняется диэлектрическая проницаемость, меняется и емкость. Этот физический принцип и был заложен в основу детектирования, так как в эксперименте выяснилось:

диэлектрическая проницаемость картофельного клубня намного отличается от диэлектрической проницаемости земляного комка.

Но найти правильный физический принцип - только начало дела. Нужно было еще выяснить, на каких частотах детектор будет работать в оптимальном режиме, разработать принципиальную схему устройства, проверить правильность идеи на лабораторном макете...

Очень трудно оказалось создать чувствительный емкостный датчик, рассказывал Сергей Решетников. - Мы перебрали несколько вариантов и в конце концов остановились на такой конструкции. Датчик представляет собой две пружинные пластинки, расположенные друг относительно друга под некоторым углом. В эту своеобразную воронку и падают картофелины вперемешку с комьями земли. Как только картофелина или комок касается обкладок конденсатора, система управления вырабатывает сигнал, значение которого зависит от диэлектрической проницаемости объекта, находящегося внутри датчика. Исполнительный орган - заслонка - отклоняется в ту или иную сторону, производя сортировку...

Работа в свое время была удостоена награды на Всесоюзном смотре научнотехнического общества студентов. Однако что-то не видно пока картофельных комбайнов, оборудованных такими датчиками. А ведь их делают там же, в Рязани...

Впрочем, сетования по поводу российсхой неповоротливости оставим до другого раза. Нынешний разговор ведь о секретах растений. О них-то и поговорим дальше.

Растения а сундуке. Приезжий мог легко заблудиться в Париже XVIII века. Названий улиц практически не было, лишь немногие дома имели собственные имени, выбитые на фронтонах... Еще проще было заблудиться в науке того времени. Теория флогистона камнем преткновения лежала на пути развития химии и физики. Медицина не знала даже такого простейшего прибора, как стетоскоп; врач если и выслушивал больного, то делал это, прикладывая ухо к его груди. В биологии все живые организмы именовались просто рыбами, зверями, деревьями, травами...

И все же наука уже сделала огромный шаг по сравнению с прошлыми веками: ученые в своих исследованиях перестали довольствоваться лишь умозаключениями, стали принимать во внимание и экспериментальные данные. Именно эксперимент и послужил основой открытия, о котором я хочу вам рассказать.

Жан-Жак де Мэран был астрономом. Но, как и положено настоящему ученому, он был еще и наблюдательным человеком. А потому летом 1729 года обратил внимание на поведение гелиотропа - комнатного растения, стоявшего в его кабинете. Как оказалось, гелиотроп обладает особой чувствительностью к свету; он не только поворачивал свои листья вслед за дневным светилом, но с заходом солнца его листья поникали, опускались. Растение как бы засыпало до следующего утра, чтобы расправить свои листья лишь с первым солнечным лучом. Но самое интересное не в этом. Де Мэран обратил внимание, что гелиотроп занимается своей "гимнастикой" и в том случае, когда окна комнаты задернуты плотными шторами. Ученый поставил специальный опыт, заперев растение в подвал, и убедился, что гелиотроп продолжает засыпать и просыпаться в строго определенное время даже в полной темноте.

Де Мэран рассказал о замечательном явлении друзьям и... не стал продолжать опыты дальше. Как-никак он был астроном и исследования природы полярного сияния занимали его больше, чем странное поведение комнатного растения.

Однако зерно любопытства было уже брошено в почву научной любознательности. Рано или поздно оно должно было прорасти. Действительно, 30 лет спустя, там же, в Париже, появился человек, который подтвердил открытие де Мэрана и продолжил его опыты.

Звали этого человека Генри-Луи Дюамель. Его научные интересы лежали в области медицины и сельского хозяйства. И потому, узнав об опытах де Мэрана, он заинтересовался ими гораздо больше самого автора.

Для начала Дюамель воспроизвел опыты де Мэрана с возможно большей тщательностью. Для этого он взял несколько гелиотропов, разыскал старый винный подвал, вход в который вел через другой темный подвал, и оставил растения там. Более того, некоторые гелиотропы он даже запирал в большой, обитый кожей сундук и укрывал сверху несколькими одеялами, чтобы стабилизировать температуру... Все оказалось напрасно: гелиотропы поддерживали свой ритм и в этом случае. И Дюамель с чистой совестью записал: "Эти эксперименты позволяют заключить, что движение листьев растений не зависит ни от света, ни от тепла..."

Тогда от чего же? Дюамель не смог ответить на этот вопрос. Не ответили на него и сотни других исследователей из многих стран мира, хотя в их рядах бьыи и Карл Линней, и Чарлз Дарвин, и многие другие ведущие естествоиспытатели.

Лишь во второй половине XX века тысячи накопленных фактов наконецтаки позволили прийти к выводу: все живое на Земле, даже одноклеточные микробы и водоросли, имеет свои собственные биологические часы!

Запускаются эти часы в ход сменой дня и ночи, суточными колебаниями температуры и давления, изменением магнитного поля и другими факторами.

Порою достаточно одного светового лучика, чтобы "стрелки" биологических часов были переведены в определенное положение и дальше шли самостоятельно, не сбиваясь довольно долгое время.

Но как устроены часы живой клетки?

Что является основой их "механизма"?

"Хрононы" Эрета. Чтобы выяснить принцип, лежащий в основе действия живых часов, американский биолог Чарлз Эрет попытался представить их возможную форму. "Конечно, механический будильник со стрелками и шестернями, - рассуждал Эрет, - искать внутри живой клетки бессмысленно. Но не всегда же люди узнавали и узнают время с помощью механических часов?.."

Исследователь стал собирать сведения о всех измерителях времени, когда-либо использовавшихся человечеством. Он изучал часы солнечные и водяные, песочные и атомные... В его коллекции нашлось место даже для часов, в которых время определялось по пятнышкам белой плесени, за определенное время выраставших на розовом питательном бульоне.

Конечно, такой подход мог увести Эрета бесконечно далеко от поставленной цели. Но ему повезло. Однажды Эрет обратил внимание на часы короля Альфреда, жившего в IX веке. Судя по описанию, сделанному одним из современников короля, часы эти представляли собой два спирально перевитых куска каната, пропитанных смесью пчелиного воска и свечного сала. Когда их поджигали, куски горели с постоянной скоростью по три дюйма в час, так что, замерив длину оставшейся части, можно было довольно точно определить, сколько времени прошло с момента пуска таких часов.

Двойная спираль... Что-то удивительно знакомое есть в этом образе! Эрет не напрасно напрягал память. Он в конце концов вспомнил: "Ну, конечно же! Форму двойной спирали имеет молекула ДНК..."

Впрочем, что из того следовало? Разве общность формы определяет общность сути? Спираль из канатов сгорает за несколько часов, спираль же ДНК продолжает копировать сама себя в течение всей жизни клетки...

И все-таки Эрет нс отмахнулся от случайно пришедшей мысли. Он стал искать живой механизм, на котором мог бы проверить свои предположения. В конце концов он остановил выбор на инфузории туфельке - самой маленькой и простой клетке животного происхождения, у которой обнаружены биоритмы. "Обычно инфузория в дневное время ведет себя более активно, чем ночью. Если мне удастся, воздействуя на молекулу ДНК, перевести стрелки биологических часов инфузории, можно считать доказанным, что молекула ДНК также используется в качестве механизма биочасов..."

Рассудив таким образом, Эрет использовал в качестве инструмента, переводящего стрелки, световые пуски с различной длиной волны: ультрафиолетовые, голубые, красные... Особенно эффективно действовало ультрафиолетовое излучение - после сеанса облучения ритм жизни инфузории заметно менялся.

Таким образом, можно было считать доказанным: молекула ДНК используется в качестве механизма внутренних часов. Но как работает механизм? В ответ на этот вопрос Эретом была разработана сложнейшая теория, суть которой сводится вот к чему.

Основой отсчета времени служат очень длинные (длиной до 1 м!) молекулы ДНК, которые американский ученый назвал "хрононами". В обычном состоянии молекулы эти свернуты тугой спиралью, занимая очень мало места. В тех местах, где нити спирали немного расходятся, строится информационная РНК, достигающая со временем полной длины одиночной нити ДНК. Одновременно протекает ряд взаимосвязанных реакций, соотношение скоростей которых можно рассматривать как работу "механизма" часов. Таков, как говорит Эрет, скелет процесса, "в котором опущены все подробности, не являющиеся абсолютно необходимыми".

Пульсирующие пробирки. Обратите внимание, основой основ цикла, его фундаментом американский ученый считает химические реакции. Но какие именно?

Чтобы ответить и на этот вопрос, давайте из года 1967-го, когда Эрет вел свои исследования, перейдем еще на десяток лет назад. И заглянем в лабораторию советского ученого Б.П.Белоусова. На его рабочем столе можно было увидеть штатив с обычными лабораторными пробирками. Вот только содержимое их было особым. Жидкость в пробирках периодически меняла цвет.

Только что она была красной и вот стала уже синей, затем снова покраснела...

Об открытом им новом виде пульсирующих химических реакций Белоусов доложил на одном из симпозиумов биохимиков. Сообщение выслушали с интересом, однако никто не обратил внимание, что исходными компонентами в циклических реакциях были органические вещества, весьма сходные по своему составу с веществами живой клетки.

Лишь два десятилетия спустя, уже после смерти Белоусова, его работа по достоинству была оценена другим отечественным ученым А.М.Жаботинским.

Он вместе со своими коллегами разработал подробную рецептуру реакций такого класса и в 1970 году доложил о главных результатах своих исследований на одном из международных конгрессов.

Далее в начале 70-х годов работы советских ученых были подвергнуты тщательному анализу зарубежными специалистами. Так, американцы Р.Филд, Е.Корос и Р.Ноуес нашли, что среди множества факторов, определяющих режим взаимодействия веществ в пульсирующих реакциях, можно выделить три главных: бромисто-водородную кислотную концентрацию, бромидную ионную концентрацию и окисление металлических ионов катализатора. Все три фактора были объединены в новое понятие, которое американские биологи назвали орегонским осциллятором, или орсгонатором, по месту своей работы. Именно орегонатор многие ученые считают ответственным как за существование всего периодического цикла в целом, так и за его интенсивность, скорость колебаний процесса и другие параметры.

Индийские ученые, работавшие под руководством А.Винфри, спустя еще некоторое время нашли, что процессы, происходящие при таких реакциях, имеют большое сходство с процессами в нервных ячейках. Более того, тому же Р.Филду в сотрудничестве с математиком В.Траем удалось математически доказать сходство процессов орегонатора и явлений, происходящих в недавно открытой нервной мембране. Независимо от них подобные же результаты получили при помощи комбинированной аналогово-цифровой ЭВМ наши соотечественники Ф.В.Гулько и А.А.Петров.

Но ведь такая нервная мембрана представляет собой оболочку нервной клетки. И в составе мембраны есть "каналы" - очень крупные белковые молекулы, которые довольно схожи с молекулами ДНК, находящимися в ядре той же клетки. И если процессы в мембране имеют биохимическую основу - а это установлено на сегодняшний день достаточно уверенно, - то почему должны иметь какую-то иную основу процессы, происходящие в ядре?

Таким образом как будто начинает довольно отчетливо прорисовываться химическая основа биоритмов. Сегодня уж можно не сомневаться, что материальной основой биологических часов, их "шестеренками" являются биохимические процессы. Но вот в каком порядке одна "шестеренка" цепляется за другую? Как именно протекает цепь биохимических процессов во всей их полноте и сложности?.. В этом еще предстоит досконально разобраться - так прокомментировал в беседе со мной положение дел в биоритмологии один из ведущих специалистов нашей страны в этой области, заведующий лабораторией Института медико-биологических проблем Б.С.Алякринский.

И хотя в химии биоритмологии действительно еще очень много неясного, проведены уже первые опыты практического использования таких химических часов. Так, скажем, несколько лет назад инженер-химик Е.Н.Москалянова при изучении химических реакций в растворах, которые содержат одну из необходимых человеку аминокислот - триптофан, открыла еще одну разновидность пульсирующих реакций: жидкость меняла свой цвет в зависимости от времени суток.

Реакция с добавками красителя интенсивнее всего протекает при температуре около Зб°С. При нагреве свыше 40° краски начинают тускнеть, молекулы триптофана разрушаются. Приостанавливается реакция и при охлаждении раствора до 0°С. Словом, напрашивается прямая аналогия с температурным режимом химических часов нашего организма.

Москалянова сама провела более 16 тысяч опытов. Пробирки с растворами были разосланы ею для проверки во многие научные учреждения страны. И вот теперь, когда собран огромный фактический материал, стало ясно: действительно растворы, содержащие триптофан и краситель ксантгидрол, способны менять свою окраску с течением времени. Таким образом, в принципе, появилась возможность создания совершенно новых часов, которым не нужны ни стрелки, ни механизм...

Живые батареи. "Всем известно, как любят популяризаторы подчеркивать роль случая в истории великих открытий. Поплыл Колумб осваивать западный морской путь в Индию и, представьте, совершенно случайно... Сидит себе Ньютон в саду, и вдруг случайно падает яблоко..."

Так пишут в своей книге, название которой вынесено в заголовок этой главы, С.Г.Галактионов и В.М.Юрин. И далее утверждают, что история открытия электричества в живых организмах не является исключением. Во многих работах подчеркивается, что открыто оно было совершенно случайно: профессор анатомии Болонского университета Луиджи Гальвани прикоснулся отпрепарированной мышцей лягушки к холодным перилам балкона и обнаружил, что она дергается. Почему?

Любопытный профессор немало поломал себе голову, пытаясь ответить на этот вопрос, пока в конце концов не пришел к заключению: мышца сокращается потому, что в перилах самопроизвольно наводится небольшой электрический ток. Он-то, подобно нервному импульсу, и отдает команду мышце сократиться.

И это было воистину гениальное открытие. Ведь не забывайте: на дворе стоял всего лишь 1786 год, и прошла только пара десятилетий после того, как Гаузен высказал свою догадку о том, что действующее в нерве начало есть электричество. Да и само электричество оставалось для многих еще загадкой за семью печатями.

Между тем, начало было положено.

И со времен Гальвани электрофизиологам стали известны так называемые токи повреждения. Если, например, мышечный препарат разрезать поперек волокон и подвести электроды гальванометра - прибора для измерения слабых токов и напряжений - к срезу и к продольной неповрежденной поверхности, то он зафиксирует разность потенциалов величиной около 0,1 вольта. По аналогии стали измерять токи повреждения и в растениях. Срезы листьев, стеблей, плодов всегда оказывались заряженными отрицательно по отношению к нормальной ткани.

Интересный опыт по этой части был проведен в 1912 году Бейтнером и Лебом. Они разрезали пополам обыкновенное яблоко и вынули из него сердцевину. Когда же вместо сердцевины внутрь яблока поместили электрод, а второй приложили к кожуре, гальванометр опять-таки показал наличие напряжения - яблоко работало, словно живая батарейка.

Впоследствии выяснилось, что некоторая разность потенциалов обнаруживается и между различными частями неповрежденного растения. Так, скажем, центральная жилка листа каштана, табака, тыквы и некоторых других культур обладает положительным потенциалом по отношению к зеленой мякоти листа.

Затем вслед за токами поражения наступила очередь открытия токов действия. Классический способ их демонстрации был найден все тем же Гальвани.

Два нервно-мышечных препарата многострадальной лягушки укладываются так, чтобы на мышечной ткани одного лежал нерв другого. Раздражая первую мышцу холодом, электричеством или каким-либо химическим веществом, можно увидеть, как вторая мышца начинает отчетливо сокращаться.

Понятное дело, нечто подобное попытались обнаружить и у растений. И действительно, токи действия были обнаружены в опытах с черешками листьев мимозы - растения, которое, как известно, способно совершать механические движения под действием внешних раздражителей. Причем наиболее интересные результаты были получены Бердон-Сандерсом, исследовавшим токи действия в закрывающихся листьях насекомоядного растения - венериной мухоловки. Оказалось, что в момент сворачивания листа в его тканях образуются точно такие же токи действия, как в мышце.

И наконец выяснилось, что электрические потенциалы в растениях могут резко возрастать в определенные моменты времени, скажем, при гибели некоторых тканей. Когда индийский исследователь Бос соединил внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины и нагрел ее до 60°С, гальванометр зарегистрировал электрический потенциал в 0,5 вольта.

Сам Бос прокомментировал этот факт таким соображением: "Если 500 пар половинок горошин собрать в определенном порядке в серии, то конечное электрическое напряжение может составить 500 вольт, что вполне достаточно для гибели на электрическом стуле не подозревающей об этом жертвы. Хорошо, что повар не знает об опасности, которая ему угрожает, когда он готовит это особенное блюдо, и, к счастью для него, горошины не соединяются в упорядоченные серии".

Аккумулятор - клетка. Понятное дело, исследователей заинтересовал вопрос, какой же минимальной величины может быть живая батарейка. Одни для этого стали выскребать все большие полости внутри яблока, другие - крошить горошины на все более мелкие кусочки, пока не стало понятно: для того чтобы добраться до конца этой "лестницы дробления", придется вести исследования на клеточном уровне.

Клеточная оболочка напоминает некий панцирь, состоящий из целлюлозы.

Ее молекулы, представляющие собой длинные полимерные цепочки, сворачиваются в пучки, образуя нитевидные тяжи - мицеллы. Из мицелл, в свою очередь, складываются волокнистые структуры - фибриллы. А уж из их переплетения и составляется основа клеточной оболочки.

Свободные полости между фибриллами могут частично или полностью заполняться лигнином, амилопектином, гемицеллюлозой и некоторыми другими веществами. Иначе говоря, как выразился однажды немецкий химик Фрейдснберг, "клеточная оболочка напоминает железобетон", в котором мицеллярным тяжам отводится роль арматуры, а лигнин и другие наполнители представляют собой своеобразный бетон.

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, хлоропласта 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" см.)

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 придает 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, нс превышает 10" см, 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.

Причем многие растения накапливают не только калий. Оказалось, к примеру, что у водоросли кадофора фракта содержание цинка было в 6000, кадмия - в 16 000, цезия - в 35 000 и иттрия - почти в 120 000 раз выше, чем в природе.

Этот факт, кстати сказать, навел некоторых исследователей на мысль о новом способе добычи золота. Вот как, к примеру, иллюстрирует его Гр. Адамов в своей книге "Тайна двух океанов" - некогда популярном авантюрно-фантастическом романе, написанном в 1939 году.

Новейшая подводная лодка "Пионер" совершает переход через два океана, время от времени останавливаясь с чисто научными целями. Во время одной остановки, группа исследователей прогуливается по морскому дну. И вот...

"Внезапно зоолог остановился, выпустил руку Павлика и, отбежав в сторону, поднял что-то со дна. Павлик увидел, что ученый рассматривает большую черную замысловато завитую раковину, засунув металлический палец скафандра между ее створок.

Какая тяжелая... - бормотал зоолог. - Словно кусочек железа... Как странно...

Что это, Арсен Давидович?

Павлик! - воскликнул вдруг зоолог, с усилием раскрывая створки и пристально разглядывая заключенное между ними студенистое тело. - Павлик, это новый вид класса пластинчатожаберных. Совершенно неизвестный науке...

Интерес к таинственному моллюску еще более разгорелся, когда зоолог объявил, что при исследовании строения тела и химического состава нашел в его крови огромное количество растворенного золота, благодаря чему и вес моллюска оказался необычным".

В данном случае писатель-фантаст ничего особо не выдумал. Действительно, идея использования различных живых организмов для извлечения золота из морской воды в какой-то момент владела многими умами. Поползли легенды о кораллах и раковинах, накапливающих золото едва ли не тоннами.

Основывались эти легенды, впрочем, на действительных фактах. Еще в 1895 году Леверсидж, проанализировав содержание золота в золе морских водорослей, нашел, что оно довольно высоко - 1 г на 1 т золы. В канун первой мировой войны было предложено несколько проектов учреждения подводных плантаций, на которых бы выращивались "золотоносные" водоросли. Ни один из них, впрочем, не был осуществлен.

Поняв, что проводить какие-либо работы в Мировом океане довольно накладно, золотоискатели-ботаники перекинулись на сушу. В 30-е годы группой профессора Б.Немеца в Чехословакии были проведены исследования золы различных сортов кукурузы. Так вот, результаты анализа показали, что индейцы вовсе не зря считают это растение золотым - в его золе благородного металла оказалось довольно много: опять-таки 1 г на 1 т золы.

Впрочем, еще большим оказалось его содержание в золе сосновых шишек до 11 г на 1 т золы.

Роботы клетки. Однако "золотая лихорадка" вскоре затихла, поскольку никому не удалось ни заставить растения накапливать золото в большей концентрации, ни разработать достаточно дешевый способ извлечения его хотя бы из золы. Но растения продолжают использовать как своеобразные указатели в геологоразведке. И поныне геологи иногда ориентируются на те или иные виды растений. Известно, например, что некоторые виды лебеды растут только на почвах, богатых солью. И геологи пользуются этим обстоятельством для разведки как месторождений соли, так и запасов нефти, часто залегающих под солевыми пластами. Подобный же фитогеохимический метод используется для поиска месторождений кобальта, сульфидов, урановых руд, никеля, кобальта, хрома и... все того же золота.

И вот тут, видимо, самое время вспомнить о тех мембранных насосах, которые известный наш ученый С.М.Мартиросов назвал однажды биороботами клетки. Именно благодаря им сквозь мембрану и прокачиваются избирательно те или иные вещества.

Тех, кто всерьез заинтересуется принципами работы мембранных насосов, я отсылаю непосредственно к книжке Мартиросова "Бионасосы - роботы клетки?", где на 140 страницах довольно подробно, с формулами и схемами изложены многие тонкости. Мы же здесь постараемся обойтись минимумом.

"Биологическим насосом называется молекулярный механизм, локализованный в мембране и способный транспортировать вещества, используя энергию, высвобождаемую при расщеплении аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), или утилизируя любой другой вид энергии", - пишет Мартиросов. И далее: "К настоящему времени создалось мнение, что в природе имеются только ионные насосы. И так как они хорошо изучены, мы можем внимательно проанализировать их участие в жизнедеятельности клеток".

Разными хитростями и окольными путями - ведь не забывайте, ученым приходится иметь дело с микроскопическим объектом толщиной в 10" см ученым удалось установить, что мембранные насосы не только обладают свойством обменивать ионы натрия клетки на ионы калия наружной среды, но и служат источником электрического тока.

Дело в том, что натриевый насос обычно обменивает два иона натрия на два иона калия. Таким образом, один ион как бы оказывается лишним, из клетки все время выносится избыточный положительный заряд, что и приводит к генерированию электрического тока.

Ну а откуда сам мембранный насос черпает энергию для своей работы? В попытках ответить на этот вопрос в 1966 году английский биохимик Петер Митчел выдвинул гипотезу, одно из положений которой гласило: поглощение света живой клеткой неминуемо приводит к тому, что в ней возникает электрический ток.

Гипотезу англичанина развили член-корреспондент РАН В.П.Скулачев, профессора Е.Н.Кондратьева, Н.С.Егоров и другие ученые. Мембраны стали сравнивать с накопительными конденсаторами. Было уточнено, что в мембране есть особые белки, которые разбирают молекулы солей на составные части положительно и отрицательно заряженные ионы, и они в конце концов оказываются по разные стороны. Так накапливается электрический потенциал, который даже удалось измерить - он составляет почти четверть вольта.

Причем интересен принцип самого измерения потенциала. Ученые, работавшие под руководством В.П.Скулачева, создали оптическую измерительную аппаратуру. Дело в том, что им удалось найти такие красители, которые, будучи помещенными в электрическое поле, меняют свой спектр поглощения. Более того, некоторые из таких красителей, например хлорофилл, имеются в растительных клетках постоянно. Так вот, замерив изменение его спектра, исследователям и удалось определить величину электрического поля.

Говорят, что за этими внешне малозначительными фактами могут в скором будущем последовать грандиозные практические последствия. Разобравшись как следует в свойствах мембраны, механизме работы ее насосов, ученые и инженеры когда-нибудь создадут ее искусственные аналоги. А те, в свою очередь, станут основой электростанции нового типа - биологических.

В каком-нибудь месте, где всегда много солнца - например, в степи или пустыне, - люди раскинут на сотнях подпорок ажурную тонкую пленку, которая может покрыть площадь даже в десятки квадратных километров. А рядом поставят привычные трансформаторы и опоры ЛЭП. И произойдет очередное техническое чудо, основанное на патентах природы. "Сеть для ловли солнечного света" станет исправно давать электроэнергию, не требуя для своей работы ни гигантских плотин, как ГЭС, ни расхода угля, газа и иного топлива, как ТЭС. Достаточно будет одного солнца, которое, как известно, светит нам пока что бесплатно...

Легенды о растениях-людоедах. "Не бойтесь. Дерева-людоеда, "недостающего звена" между растительным и животным миром, не существует, считает необходимым сразу предупредить своего читателя южно-африканский писатель Лоуренс Грин. - И все же крупица правды, возможно, есть в неумирающей легенде о зловещем дереве..."

О том, что имел в виду писатель, говоря о "крупице правды", мы и поговорим дальше. Но сначала все же - о самих легендах.

"... И тут стали медленно подниматься большие листья. Тяжело, как стрелы подъемных кранов, они поднялись вверх и закрылись на жертве с силой гидравлического пресса и с безжалостностью орудия пытки. Еще мгновением позже, глядя, как эти огромные листья все плотнее прижимаются друг к другу, я увидел стекающие по дереву потоки паточной жидкости, смешанной с кровью жертвы. При виде этого толпа дикарей вокруг меня пронзительно завопила, обступила со всех сторон дерево, стала обнимать его, и каждый чашкой, листьями, руками или языком - набрал достаточно жидкости, чтобы обезуметь и прийти в неистовство..."

И к этому не постеснялся добавить, что дерево то было похоже на ананас высотой в восемь футов. Что оно было темно-коричневого цвета, и его древесина выглядела твердой как железо. Что с вершины конуса до земли свешивались восемь листьев, похожих на висящие на петлях распахнутые двери. Причем каждый лист оканчивался острием, а поверхность усеяна крупными загнутыми шипами.

В общем, Лихе не ограничивал свое воображение и окончил леденящее душу описание человеческого жертвоприношения, растению-людоеду замечанием, что листья дерева сохраняли свое вертикальное положение в течение десяти дней.

А когда они вновь опустились, у подножия оказался начисто обглоданный череп.

Это беззастенчивое вранье дало тем не менее начало целому литературному течению. Без малого за полвека каких только страстей не видели страницы разных изданий! Не удержался от соблазна даже всем известный английский писатель Герберт Уэллс, описавший аналогичное происшествие в своем рассказе "Цветение странной орхидеи".

Помните, что произошло с неким мистером Уэдербэрном, купившем по случаю корневище неизвестной тропической орхидеи и вырастившем ее в своей оранжерее? Однажды орхидея зацвела, и Уэдербэрн побежал взглянуть на это чудо. И почему-то задержался в оранжерее. Когда в половине пятого, согласно раз и навсегда заведенному порядку, хозяин не пришел к столу выпить традиционную чашку чаю, экономка пошла узнать, что его могло задержать.

"Он лежал у подножия странной орхидеи. Похожие на щупальца воздушные корешки теперь не висели свободно в воздухе. Сблизившись, они образовали как бы клубок серой веревки, концы которой тесно охватили его подбородок, шею и руки.

Сперва она не поняла. Но тут же увидела под одним из хищных щупалец тонкую струйку крови..."

Отважная женщина тут же вступила в борьбу со страшным растением. Она разбила стекло оранжереи, чтобы избавиться от царившего в воздухе дурманящего аромата, а затем принялась тащить тело хозяина.

"Горшок со страшной орхидеей свалился на пол. С мрачным упорством растение все еще цеплялось за свою жертву. Надрываясь, она тащила к выходу тело вместе с орхидеей. Затем ей пришло в голову отрывать присосавшиеся корешки по одному, и уже через минуту Уэдербэрн был свободен. Он был бледен как полотно, кровь текла из многочисленных ранок..."

Вот какую страшную историю изобразило перо писателя. С фантаста, впрочем, спрос невелик - уж он-то никого не уверял, что его история основана на документальных фактах.

Зато другие держались до последнего...

И что удивительно: их "документальным свидетельствам" поверили даже серьезные ученые. Во всяком случае, некоторые из них предприняли попытки отыскать-таки на нашей планете растения-хищники. И надо сказать, что их усилия в конце концов... увенчались успехом! Растения-охотники были действительно найдены.

Охотники на болоте. К счастью для нас с вами подобные растения питаются не человеческими жертвами и даже не животными, а всего лишь насекомыми.

Ныне в учебниках ботаники часто упоминается венерина мухоловка растение, встречающееся на болотах штата Северная Каролина в США. Ее лист оканчивается утолщенной округлой пластинкой, края которой усажены острыми зубцами. А сама поверхность листовой пластинки усеяна чувствительными щетинками. Так что стоит насекомому лишь присесть на листок, так привлекательно пахнущий, и снабженные зубцами половинки охлопываются, словно заправский капкан.

Лист росянки - насекомоядного растения, растущего на торфяных болотах России, по виду напоминает щетку для массажа головы, только крошечных размеров. По всей поверхности листовой пластинки торчат щетинки, увенчаные шарообразными вздутиями. На кончике каждой такой щетинки выделяется капля жидкости, словно бы росинка. (Отсюда, кстати, и название.) Щетинки эти окрашены в ярко-красный цвет, а сами капельки источают сладостный аромат...

В общем, редкое насекомое устоит перед соблазном обследовать листок на предмет получения нектара.

Ну а дальше события развиваются по такому сценарию. Растяпа-муха тут же прилипает лапками к клейкому соку, а щетинки начинают загибаться внутрь листа, дополнительно придерживая добычу. Если и этого оказывается недостаточно, сворачивается и сама листовая пластинка, как бы обертывая насекомое.

Затем лист начинает выделять муравьиную кислоту и пищеварительные ферменты. Под действием кислоты насекомое вскоре перестает трепыхаться, а затем его ткани с помощью ферментов переводятся в растворимое состояние и всасываются поверхностью листа.

Словом, природа немало потрудилась, изобретая для насекомоядных растений орудия лова. Так что, согласитесь, у поставщиков экзотики было с чего описывать щекочущие нервы читателя подробности. Заменил насекомое на человеческую жертву и катай страницу за страницей...

Однако речь здесь не о борзописцах, а о самих орудиях лова, изобретенных природой. Некоторые из них одноразового действия - лист водяного растения альдрованда, например, после поимки и переваривания добычи тотчас отмирает.

Другие - многоразовые. Причем, скажем, еще одно водное растение утрикулярия - использует в своей ловушке такую хитрость. Сама ловушка представляет собой мешочек с узким входным отверстием, закрывающимся с помощью особого клапана. Внутренняя поверхность мешочка устлана железками, своего рода насосами - образованиями, которые могут интенсивно отсасывать воду из полости. Что и происходит, как только добыча - мелкий рачок или насекомое - заденет хотя бы один из волосков у входного отверстия. Клапан открывается, поток воды устремляется внутрь полости, увлекая за собой и добычу. Клапан затем закрывается, вода отсасывается, можно приступать к трапезе...

Последние годы ученые установили, что число охотников за насекомыми в растительном мире значительно больше, чем считалось ранее. Как показали исследования, к этому классу можно отнести даже всем известные картофель, томаты и табак. Все эти растения имеют на своих листьях микроскопические волоски с капельками клея, способные не только удерживать насекомых, но и вырабатывать ферменты для переваривания органических веществ животного происхождения.

Энтомолог Дж.Барбер, изучающий комаров в университете штата Новый Орлеан (США), обнаружил, что личинки комаров часто прилипают к клейкой поверхности семян пастушьей сумки.

Семя вырабатывает какое-то клейкое вещество, привлекающее личинок. Ну а дальше все происходит по отлаженной технологии: семя выделает ферменты, а полученная в результате подкормка используется затем для лучшего развития ростков.

Под подозрение в плотоядности попал даже ананас. В основании его листьев часто скапливается дождевая вода, и там размножаются мелкие водные организмы - инфузории, коловратки, личинки насекомых... Некоторые исследователи полагают, что часть этой живности идет на подкормку растения.

Три линии обороны. После того как ученые разберутся в каком-то явлении, обычно встает вопрос: что делать с полученными знаниями? Можно, конечно, рекомендовать: в тех местах, где много комаров, разводите плантации росянки и пастушьей сумки. Можно действовать и похитрее: методами генной инженерии прививать культурным растениям или развивать уже имеющиеся у них навыки самостоятельной борьбы с сельскохозяйственными вредителями. Напал, например, на картофельный куст колорадский жук. А тот ням-ням - и нет жука. Не нужны ядохимикаты, лишние хлопоты, и прибавка урожая в результате дополнительной подкормки гарантирована. А можно пойти и еще дальше: развить защитные способности у всех без исключения культурных растений. Причем обороняться они смогут не только против видимых, но и против невидимых Врагов.

Так вот, тот же картофель, томаты и другие представители семейства пасленовых, кроме оружия, так сказать, физического, способны применять против вредителей и оружие химическое, а также биологическое. В ответ, например, на заражение грибком растения тотчас образуют два фитоалексина из класса терпеноидов: ришетин и любимин. Первый был открыт японскими исследователями и назван по сорту картофеля Ришери, в котором это соединение впервые обнаружили. Ну а второй - любимин - был впервые найден отечественными исследователями из лаборатории Метлицкого в клубнях сорта Любимец.

Отсюда, понятно, и название.

Оказывается, защитный механизм срабатывает не всегда. Чтобы запустить процесс образования фитоалексинов, растению нужен внешний толчок. Таким толчком может послужить обработка картофельной плантации микродозами меди - основного на сегодня средства против фитофторы. Но еще лучше, если растения по необходимости сами будут запускать свои защитные механизмы.

Поэтому в настоящее время ученые ведут поиски, стараются создать такие микродатчики, которые бы срабатывали столь же оперативно, как срабатывают волоски на листе венериной мухоловки.

Конечно, в данном случае дело в значительной степени осложняется тем обстоятельством, что исследования приходится вести на генетически-молекулярном уровне. Но на дворе все-таки конец XX века, исследователи уже могут оперировать и с отдельными атомами. Так что есть реальная надежда: в начале следующего столетия труженики сельского хозяйства забудут о ядохимикатах и вредителях примерно так же, как в начале нашего века постепенно стали забывать легенды о растениях-людоедах.

Работает гидравлика. Итак, мы с вами разобрались, что приверженцев животной пищи в растительном мире достаточно много - несколько десятков, а то и сотен видов. Ну а каков механизм, приводящий в действие их ловушки? Как вообще растения могут двигаться, поднимая и опуская листья как гелиотроп, поворачивая соцветья вслед за светилом подобно подсолнуху, или неустанно разбрасывая во все стороны свои ползучие побеги подобно ежевике или хмелю.

"Уже с первых шагов ему приходилось решать дополнительную задачу по сравнению, скажем, с близкорастущими одуванчиками или крапивой, - пишет о хмеле Владимир Солоухин. - У одуванчика есть, наверное, свои не менее сложные задачи, но все же на первых порах ему нужно просто вырасти, то есть создать розетку листьев, и выгнать трубчатый стебель. Влага ему дана, солнце ему дано, а также дано и место под солнцем. Стой на этом месте и расти себе, наслаждайся жизнью.

Другое дело у хмеля. Едва-едва высунувшись из земли, он должен постоянно озираться и шарить вокруг себя, ища, за что бы ему ухватиться, на какую бы опереться надежную земную опору". И далее: "Естественное стремление всякого ростка расти вверх преобладает и здесь. Но уже после пятидесяти сантиметров жирный, тяжелый побег льнет к земле. Получается, что он растет не вертикально и не горизонтально, а по кривой, по дуге.

Эта упругая дуга может сохраняться некоторое время, но если побег перевалит за метр длины и все еще не найдет, за что ухватиться, то ему волей-неволей придется лечь на землю и ползти по ней. Только растущая, ищущая часть его будет по-прежнему и всегда нацелена кверху. Хмель, ползя по земле, хватается за встречные травы, но они оказываются слабоватыми для него, и он ползет, пресмыкаясь, все дальше, шаря впереди себя чутким кончиком.

Что делали бы вы, очутившись в темноте, если бы вам нужно было бы идти вперед и нашарить дверную ручку?

Очевидно, вы стали бы совершать вытянутой вперед рукой вращательное, шарящее движение. То же самое делает растущий хмель. Его шершавый, как бы сразу прилипающий кончик все время совершает, продвигаясь вперед или вверх, однообразное вращательное движение по часовой стрелке. И если попадется на пути дерево, телеграфный столб, водосточная труба, нарочно подставленный шест, любая вертикаль, нацеленная в небо, хмель быстро, в течение одного дня, взлетает до самого верха, а растущий конец его снова шарит вокруг себя в пустом пространстве..."

Практики, впрочем, утверждают, что очень часто хмель как бы чувствует, где ему подставлена опора, и большая часть стеблей направляется именно в ту сторону.

А когда один из стеблей Солоухин специально не захлестнул за шпагат, протянутый от земли до крыши дома, так он, бедняга, в поисках опоры переполз и двор, и лужайку, и помойку, напоминая человека, преодолевающего трясину и уже почти засосанного ею.

Тело его увязает в грязи и воде, но голову он из последних сил старается держать над водой.

"Я бы сказал тут, - заключает свой рассказ писатель, - кого еще мне напомнил этот хмель, если бы не было опасности переключиться от невинных заметок о траве в область психологического романа".

Литератор побоялся возникших у него невольных ассоциаций, а вот ученые, как мы убедимся чуть позднее, нет. Но прежде давайте задумаемся вот над каким вопросом: "А что за сила гонит хмель и другие растения в рост, заставляет их изгибаться в том или ином направлении?"

Понятное дело, в мире растений нет стальных пружин или иных упругих элементов, чтобы с их помощью защелкивать свои "капканы". Поэтому чаще всего растения используют в таких случаях гидравлику. Гидравлические насосы и приводы вообще совершают основную работу в растении. Это с их помощью, например, влага поднимается из-под земли до самой макушки, преодолевая порою перепады во многие десятки метров - результат, которого может добиться далеко не всякий конструктор обычных насосов. Причем в отличие от механических природные насосы работают совершенно бесшумно и очень экономно.

Гидравлику же используют растения и для осуществления собственного движения. Вспомните хотя бы ту же "привычку" обыкновенного подсолнуха поворачивать свою корзинку вслед за движением светила. Обеспечивает такое движение опять-таки привод на основе гидравлики.

Ну а как, интересно, она работает?

Оказывается, на этот вопрос пытался ответить еще Чарлз Дарвин. Он показал, что каждый усик растения обладает энергией независимого движения. Согласно формулировке ученого, "растения получают и проявляют эту энергию только тогда, когда это дает им какое-то преимущество".

Эту мысль попытался развить талантливый венский биолог с галльской фамилией Рауль Франсе. Он показал, что червеобразные корешки, непрерывно продвигающиеся вниз, в почву, знают, куда именно им двигаться за счет небольших пустотелых камер, в которых может болтаться шарик крахмала, показывающий направление силы тяжести.

Если земля оказывается сухой, корни поворачивают в сторону влажной почвы, развивая энергию, достаточную, чтобы пробуравить бетон. Причем когда специфические буравящие клетки изнашиваются вследствие контакта с камнями, галькой, песком, то они быстро заменяются новыми. Когда же корешки достигают влаги и источника питательных веществ, то они отмирают и подлежат замене клетками, предназначенными уже для поглощения минеральных солей и воды.

Не существует ни одного растения, говорит Франсе, которое бы могло существовать без движения. Любой рост - это последовательность движений, растения постоянно заняты изгибанием, вращением, трепетанием. Когда усик того же хмеля, совершающий полный круговой цикл за 67 минут, находит опору, то в течение всего 20 секунд он начинает обвиваться вокруг него, и уже через час обвивается столь прочно, что его трудно оторвать.

Вот какой силой обладает гидравлика. Причем тот же Чарлз Дарвин попытался выяснить, как именно осуществляется механизм движения. Он открыл, что поверхностные клетки, скажем, ножки листа росянки, содержат одну большую вакуоль, заполненную клеточным соком. При раздражении она разделяется на ряд более мелких вакуолей причудливой формы, как бы переплетающихся друг с другом. И растение сворачивает лист в кулек.

"Крамольные" мысли естествоиспытателя. Конечно, в тонкостях подобных процессов надо еще разбираться и разбираться. Причем делать это совместными усилиями должны ботаники, гидравлики и... электронщики! В самом деле, ведь мы еще ни слова не сказали о принципах работы тех датчиков, по сигналу которых и начинает работать механизм ловушки.

Опять-таки одним из первых заинтересовался этой проблемой Чарлз Дарвин. Результаты его исследований изложены в двух книгах - "Насекомоядные растения" и "Способность к движению у растений".

Первое, что чрезвычайно удивило Дарвина, - весьма высокая чувствительность органов насекомоядных и вьющихся растений. Например, движение листа росянки вызывал уже отрезок волоса весом 0,000822 мг, находившийся в соприкосновении со щупальцем весьма непродолжительное время. Не меньшей оказалась чувствительность к прикосновению у усиков некоторых лиан. Дарвин наблюдал изгибание усика под действием на него шелковинки весом всего 0,00025 мг!

Столь высокую чувствительность, конечно, не могли обеспечить чисто механические устройства, бытовавшие во времена Дарвина. Поэтому ученый ищет аналогии увиденному опять-таки в мире живого. Он сравнивает чувствительность растения с раздражением человеческого нерва. Более того, он отмечает, что подобные реакции имеют не только высокую чувствительность, но и избирательность. Например, ни щупальца росянки, ни усики вьющихся растений нс реагируют на удары дождевых капель.

А то же вьющееся растение, как отмечает Франсе, нуждаясь в опоре, будет упорно ползти к ближайшей.

Стоит эту опору сдвинуть, и виноградная лоза в течение нескольких часов изменит свое продвижение, повернет опять-таки к ней. Но как растение чувствует, в каком именно направлении ему нужно двигаться?

факты заставляли подумать о возможности существования у растений не только нечто похожего на нервную систему, но и зачатков... соображения!

Понятно, такие "крамольные" мысли вызвали бурю в научном мире. Дарвина, несмотря на его высокий авторитет, приобретенный после окончания работы над "Происхождением видов", обвинили, мягко выражаясь, в недомыслии.

Например, вот что писал по этому поводу директор Петербургского ботанического сада Р.Э.Регель: "Знаменитый английский ученый Дарвин выставил в новейшее время смелую гипотезу, что существуют растения, которые ловят насекомых и даже едят их. Но если мы сопоставим вместе все известное, то должны прийти к заключению, что теория Дарвина принадлежит к числу тех теорий, над которыми всякий здравомыслящий ботаник и естествоиспытатель просто смеялся бы..."

Однако история постепенно все расставляет на свои места. И у нас сегодня есть основания полагать, что Дарвин больше ошибался в своем общепризнанном научном труде о происхождении видов, чем в последней книге о движении растений. Все больше современных ученых приходят к выводу, что роль эволюции в учении Дарвина преувеличена. А вот что касается наличия чувств у растений, и возможно, даже зачатков мышления, то тут есть над чем поразмыслить в свете фактов, накопившихся в течение нашего века.

Карикатура клетки. В свое время у Дарвина нашлись не только противники, но и сторонники. Например, в 1887 году В.Бердон-Сандерсон установил удивительный факт: при раздражении в листочке венериной мухоловки происходят электрические явления, в точности напоминающие те, которые возникают при распространении возбуждения в нервномышечных волокнах животных.

Более подробно прохождение электрических сигналов в растении было изучено индийским исследователем Дж.Ч.Босом (тем самым, что пугал поваров электричеством из гороха) на примере мимозы. Она оказалась более удобным объектом для исследования электрических явлений в листе, чем росянка или венерина мухоловка.

Бос сконструировал несколько приборов, позволявших очень точно регистрировать временной ход реакций раздражения. С их помощью ему удалось установить, что растение реагирует на прикосновение хотя и быстро, но не мгновенно - время запаздывания около 0,1 секунды. И такая скорость реакции сопоставима со скоростью нервной реакции многих животных.

Период же сокращений, то есть время полного складывания листа, оказался равным в среднем 3 секундам.

Причем мимоза реагировала по-разному в различные времена года: зимою она как бы засыпала, к лету пробуждалась.

Кроме того, на время реакции оказывали влияние различные наркотические вещества и даже... алкоголь! Наконец индийский исследователь установил, что имеется определенная аналогия между реакцией на свет у растений и у сетчатки глаз животных. Он доказал, что растения обнаруживают усталость точно так же, как и мышцы животных.

"Я теперь знаю, что у растений имеются дыхание без легких или жабер, пищеварение без желудка и движение без мышц, - подводит Бос итог своим исследованиям. - Теперь мне кажется правдоподобным, что у растений может иметь место и такого же рода возбуждение, какое встречается у высших животных, но без наличия сложной нервной системы..."

И он оказался прав: последующие исследования позволили выявить у растений нечто вроде "карикатуры на нервную клетку", по меткому выражению одного исследователя. Тем не менее этот упрощенный аналог нервной клетки животного или человека исправно выполнял свой долг - передавал импульс возбуждения от датчика к исполнительному органу. И листок, лепесток или тычинка приходят в движение...

Подробности механизма управления подобными движениями, пожалуй, лучше всего рассмотреть на опыте А.М.Синюхина и Е.А.Бритикова, изучавших распространение потенциала действия в двухлопастном рыльце цветка инкарвилии при возбуждении.

Если кончик одной из лопастей испытывает механическое прикосновение, то уже через 0,2 секунды возникает потенциал действия, распространяющийся к основанию лопасти со скоростью 1,8 см/с. Спустя секунду он достигает клеток, расположенных в месте сочленения лопастей и вызывает их реакцию. Лопасти приходят в движение через 0,1 секунды после прихода электрического сигнала, а еще 6-10 секунд длится сам процесс закрытия. Если растение больше не трогать, то через 20 минут лепестки снова полностью раскрываются.

Как оказалось, растение способно производить и куда более сложные действия, чем простое закрытие лепестков. Некоторые растения реагируют на определенные раздражения весьма специфическим образом. Например, стоит по цветку липы начать ползать пчеле или иному насекомому, и цветок тотчас начинает выделять нектар. Как будто понимает, что пчела заодно перенесет и пыльцу, а значит, будет способствовать продолжению рода.

Причем у некоторых растений при этом, говорят, даже повышается температура. Чем вам не приступ любовной лихорадки?

Филодендрон сочувствует креветке.

Если вы полагаете, что рассказанного недостаточно, чтобы поверить - и у растений могут быть чувства, вот вам еще одна история.

Началось все, пожалуй, вот с чего.

В 50-е годы в США существовали две компании по выращиванию ананасов. Одна из них имела плантации на Гавайских островах, другая - на Антильских. Климат на островах сходный, почвы тоже, а вот на мировом рынке антильские ананасы покупали охотнее, они были более крупными и вкусными.

Пытаясь ответить на этот вопрос, производители ананасов испробовали все способы и методы, которые приходили на ум. На Гавайские острова даже вывозили саженцы с Антильских. И что же? Выросшие ананасы ничем не отличались от местных.

В конце концов Джон Мейс-младший, психиатр по профессии и весьма любознательный человек по складу характера, обратил внимание на такую тонкость. За ананасами на Гавайях ухаживали местные жители, а на Антилах привезенные из Африки негры.

Гавайцы работают медленно и сосредоточенно, а вот негры беззаботно распевают во время работы. Так может все дело в песнях?

Терять компании было нечего, и на Гавайских островах тоже появились поющие негры. И вскоре гавайские ананасы ничем нельзя было отличить от антильских.

Доктор Мейс, впрочем, на том не успокоился. Он поставил обоснование своей догадки на научную основу. В специально оборудованной оранжерее исследователь собрал растения разных видов и стал проигрывать сотни мелодий. После 30 тысяч опытов ученый пришел к заключению: растения воспринимают музыку и реагируют на нее.

Более того, они обладают определенными музыкальными пристрастиями, особенно цветы. Большинство предпочитает мелодичные пьесы со спокойными ритмами, но некоторым - скажем, цикламенам - больше по нраву джаз.

Мимозы и гиацинты неравнодушны к музыке Чайковского, а примулы, флоксы и табак - к операм Вагнера.

Впрочем, к полученным результатам никто, кроме специалистов по ананасам да самого доктора Мейса, всерьез не отнесся. Ведь иначе пришлось бы признать, что растения имеют не только органы слуха, но и память, какие-то чувства... И об опытах Мейса со временем скорее всего попросту забыли бы, если бы данная история не получила неожиданное продолжение.

Теперь уже в лаборатории профессора Клива Бакстера.

В 1965 году Бакстер занимался усовершенствованием своего детища одного из вариантов "детектора лжи", или полиграфа. Вы, вероятно, знаете, что работа этого устройства основана на фиксировании реакции испытуемого на задаваемые вопросы. При этом исследователи знают, что сообщение заведомо ложных сведений вызывает у подавляющего большинства людей специфические реакции - учащение пульса и дыхания, повышенную потливость и т.д.

В настоящее время существует несколько видов полиграфов. Скажем, полиграф Ларсена измеряет давление крови, частоту и интенсивность дыхания, а также время реакции - промежуток между вопросом и ответом. Ну а полиграф Бакстера основан на гальванической реакции человеческой кожи.

Два электрода прикрепляют к тыльной и внутренней сторонам пальца. По цепи пропускается небольшой электрический ток, который затем через усилитель подается на самописец. Когда испытуемый начинает волноваться, он больше потеет, электросопротивление кожи падает и кривая самописца выписывает пик.

И вот, работая над усовершенствованием своего прибора, Бакстер додумался подсоединить датчик к листку домашнего растения филодендрона. Теперь нужно было как-то заставить растение почувствовать эмоциональный стресс.

Исследователь опустил один из листочков в чашку с горячим кофе никакой реакции. "А если испробовать огонь?" - подумал он, доставая зажигалку. И не поверил своим глазам: кривая на ленте самописца энергично поползла вверх!

Действительно, в это трудно было поверить: ведь получалось, что растение прочло мысли человека. И тогда Бакстер поставил другой эксперимент. Автоматический механизм в моменты, выбранные датчиком случайных чисел, опрокидывал чашку с креветкой в кипяток.

Рядом стоял все тот же филодендрон с наклеенными на листья датчиками. И что же? Самописец всякий раз при опрокидывании чашки фиксировал эмоциональную кривую: цветок сочувствовал креветке.

Бакстер не успокоился и на этом.

Как истый криминалист, он смоделировал преступление. В комнату, где находились два цветка, по очереди заходило шесть человек. Седьмым был сам экспериментатор. Войдя, он увидел, что один из филодендронов сломан. Кто это сделал? Бакстер попросил участников эксперимента снова по одному пройти через комнату. В тот момент, когда в помещение зашел человек, сломавший цветок, датчики зафиксировали эмоциональный всплеск: филодендрон опознал "убийцу" собрата!

Зри в корень. Опыты Бакстера наделали немало шума в научном мире.

Их попытались воспроизвести многие. И вот что из этого вышло.

Марсель Фогель работал в фирме ИБМ и преподавал в одном из университетов Калифорнии. Когда студенты дали ему журнал со статьей Бакстера, Фогель решил, что приведенные опыты - не более как надувательство. Однако любопытства ради решил воспроизвести эти эксперименты вместе со своими учениками.

Через некоторое время подвели итоги. Ни одной из трех групп студентов, работавших самостоятельно, не удалось получить описанные эффекты в полной мере. Однако сам Фогель сообщил, что растения действительно могут реагировать на человеческое участие.

В качестве доказательства он привел описание опыта, который, по его совету, провела его приятельница Вивьен Уайлей. Сорвав два листа камнеломки в собственном саду, она поместила один из них на ночном столике, другой - в столовой. "Ежедневно, как только я вставала, рассказывала она Фогелю, - я смотрела на лист, лежащий около моей кровати, и желала ему долгой жизни, в то время как не хотела обращать внимание на другой лист..."

Через некоторое время разница была видна невооруженным глазом. Лист у кровати продолжал оставаться свежим, как будто его только что сорвали, в то время как второй лист безнадежно завял.

Однако этот эксперимент, согласитесь, не мог быть признан строго научным. Тогда Фогель решил произвести другой опыт. Филодендрон был подключен к гальванометру и самописцу. Ученый стоял у растения полностью расслабленный, едва касаясь листка руками. Самописец чертил ровную линию. Но стоило Фогелю мысленно обратиться к растению, как самописец начал выписывать серию пиков.

В следующем эксперименте Фогель подключил два растения к одному прибору и срезал лист с первого растения. Второе растение отреагировало на боль, причиненную собрату, но после того как экспериментатор обратил на него свое внимание. Растение как будто понимало: иначе жаловаться бесполезно...

Фогель рассказал о своих экспериментах в печати, и это, в свою очередь, вызвало поток дополнительных исследований и предложений. Таможенники видели в чувствительности растений еще одну возможность контроля за контрабандой в аэропортах, возможность выявления террористов еще до того, как они ступят на борт воздушного судна. Армия интересовалась поисками путей измерения эмоционального состояния люден посредством растений. Ну а военно-морские силы в лице психоаналитика-экспериментатора Элдона Байрда вместе с сотрудниками лаборатории перспективного планирования и анализа Штаба морской артиллерии в Силвер Спринг, штат Мериленд, не только успешно повторили эксперименты Бакстера, но и усилили управление эмоциональной реакцией, дополнительно воздействуя на растения инфракрасным и ультрафиолетовым излучением...

Дошла весть о подобных экспериментах и до отечественных специалистов.

В 70-е годы одна из экспериментальных проверок опытов Бакстера была проведена в лаборатории В.Пушкина (Институт общей и педагогической психологии). Ученых интересовало, на что именно реагируют растения: на эмоциональное состояние человека или на его подозрительно-опасные действия? По идее ведь человек, который сломал цветок, не испытывал никаких чувств, он просто выполнил поручение.

И вот московские психологи стали погружать испытуемых в гипнотическое состояние и внушать им разные эмоции.

Человек не производил особых действий, но его эмоциональное состояние, безусловно, менялось. И что же? Датчики, прикрепленные к листьям бегонии, стоявшей в трех метрах от испытуемого, регистрировали импульсы величиной около 50 микровольт как раз в те моменты, когда человек переходил из одного состояния в другое.

В общем, в 200 опытах повторялось в разных вариациях одно и то же: в ответ на перемену в эмоциональном состоянии человека менялся и электрический потенциал, вырабатываемый растением. Чтобы объяснить это, профессор Пушкин выдвинул теорию, отчасти напоминавшую взгляды Мейса. "Наши опыты, - говорил он, - свидетельствуют о единстве информационных процессов, протекающих в клетках растения и в нервной системе человека; они ведь тоже состоят из клеток, хотя и другого типа. Это единство наследие тех времен, когда на Земле появилась первая молекула ДНК носитель жизни и общий предок растений и человека. Было бы удивительно, если такого единства не существовало..."

Такое предположение было подтверждено и в результате опытов, проведенных на кафедре физиологии растений Тимирязевской академии под руководством профессора И.Гунара.

Впрочем, поначалу профессор принял иноземные идеи в штыки. "В двух соседних сосудах стояли растения подсолнечника и мимозы, - описывал он один из первых опытов. - К одному из них были подсоединены датчики приборов, другие растения в этот момент подрезались ножницами. Гальванометры никак не реагировали на наши "преступные" действия. Растения оставались безучастными к судьбе соседей-соплеменников. Потом кто-то из нас подошел поближе к сосуду с мимозой, подсоединенной к прибору. Стрелка качнулась..."

Из этого факта ученый делает такой вывод: "Любой школьник, знакомый с азами электростатики, поймет, что то было отнюдь не чудо. Всякое способное проводить ток физическое тело или система тел обладает определенной электрической емкостью, которая меняется в зависимости от взаимоположения объектов. Стрелка нашего гальванометра стояла незыблемо до тех пор, пока оставалась неизменной емкость системы.

Но вот лаборант шагнул в сторону, и распределение электрических зарядов в системе нарушилось..."

Конечно, все можно объяснить и так.

Однако спустя некоторое время сам профессор меняет точку зрения. Его приборы таки зарегистрировали у растений электрические импульсы, подобные нервным всплескам человека и животных. И профессор заговорил совсем по-другому: "Можно полагать, что сигналы из внешней среды передаются в центр, где после их обработки и подготавливается ответная реакция".

Ученому даже удалось отыскать этот центр. Он оказался расположен в шейке корней, которые имеют свойство сжиматься и разжиматься подобно сердечной мышце.

Растения, по-видимому, умеют обмениваться сигналами, у них существует свой сигнальный язык, подобный языку примитивных животных и насекомых, продолжал исследователь свои рассуждения. Одно растение, меняя электрические потенциалы в своих листьях, может сообщить другому об опасности.

Растения радируют. Ну а каков все-таки механизм сигнализации согласно современным представлениям? Он раскрывался по частям. Одно звено сигнализации в те же 70-е годы, когда происходило большинство описанных выше исследований, раскрыл Кларенс Райян, молекулярный биолог из университета штата Вашингтон. Он обнаружил, что, как только гусеница принимается жевать лист на помидорном кусте, остальные листья тотчас начинают вырабатывать протаиназу - вещество, которое связывает у гусениц пищеварительные ферменты, тем самым затрудняя, а то и делая невозможным усвоение ею пищи.

Правда, сам Райян предположил, что сигналы передаются с помощью какой-то химической реакции. Однако на деле все оказалось не совсем так. Разрушенные челюстями гусеницы растительные клетки теряют воду. При этом действительно начинается цепочка химических реакций, которая в конце концов приводит в движение заряженные частицы раствора - ионы. И те распространяются по растительному организму, неся электрические сигналы точно так же, как волна нервного возбуждения распространяется в организмах некоторых примитивных животных. Только это оказались не насекомые, как полагал профессор Гунар, а медуза и гидра.

Именно в мембранах клеток этих животных обнаружены особые соединительные щели, через которые и движутся электрические сигналы, переносимые положительно или отрицательно заряженными ионами.

Сходные щели-каналы есть в мембранах растительных клеток. Называются они "плазмодезматы". По ним и движутся от клетки к клетке сигналы тревоги. Более того, любое движение электрического заряда приводит к возникновению электромагнитного поля.

Так что вполне возможно, эта сигнализация служит двоякой цели. С одной стороны, она заставляет другие листья данного растения или даже других растений приступить к выработке ингибиторов, как это уже говорилось выше.

А с другой стороны, возможно, эти сигналы призывают на помощь, скажем, птиц - естественных врагов тех же гусениц, напавших на помидорный куст.

Эта мысль кажется тем более естественной, что профессору биологии из университета штата Небраска Эрику Дэвису недавно удалось установить, что ионная сигнализация свойственна нс только растениям, но и многим животным, обладающим развитой нервной системой. Зачем она им? Разве что в качестве приемника, настроенного на сигналы чужой беды... Ведь вспомните, филодендрон в опытах Бакстера реагировал на сигналы бедствия, издаваемые креветкой.

Таким образом, флора и фауна смыкают свои ряды, пытаясь противостоять натиску рода человеческого. Ведь очень часто мы, не задумываясь, наносим вред и тем и другим. А пора бы человеку, наверное, уж перестать осознавать себя этаким покорителем природы. Ведь он - не более как ее часть...

Электризация почвы и урожай

В целях повышения продуктивности сельскохозяйственных растений человечество с давних пор обращается к почве. То, что электричество может повысить плодородие верхнего пахотного слоя земли, то есть усилить его способность формировать большой урожай, опытами учёных и практиков уже доказано давно. Но как это сделать лучше, как увязать электризацию почвы с существующими технологиями её обработки? Вот те проблемы, которые не решены до конца и сейчас. При этом нельзя забывать, что почва - объект биологический. И при неумелом вмешательстве в этот сложившийся организм, особенно столь мощным средством, каким является электричество, можно нанести ему непоправимый ущерб.

При электризации почвы видят, прежде всего, способ влияния на корневую систему растений. К настоящему времени накоплено много данных, показывающих, что слабый электрический ток, пропущенный через почву, стимулирует в растениях ростовые процессы. Но результат ли это прямого действия электричества на корневую систему, и через неё и на все растение, или итог физико-химических изменений в почве? Определённый шаг к пониманию проблемы сделали в свое время ленинградские учёные.

Проведенные ими опыты были весьма изощрёнными, ведь предстояло выяснить глубоко спрятанную истину. Брали небольшие полиэтиленовые трубки-камеры с отверстиями, в которые высаживали проростки кукурузы. Трубки заполняли питательным раствором с полным набором необходимых проросткам химических элементов. И через него с помощью инертных в химическом отношении платиновых электродов пропускали постоянный электрический ток величиной 5-7 мкА/кв. см. Объём раствора в камерах поддерживали на одном уровне, добавляя дистиллированную воду. Воздух, а он крайне нужен корням, систематически подавали (в виде пузырьков) из специальной газокамеры. За составом питательного раствора непрерывно следили датчики того или иного элемента - ионоселективные электроды. И по зарегистрированным изменениям делали вывод, что и в каком количестве поглощено корнями. Все другие каналы утечки химических элементов были перекрыты. Параллельно работал контрольный вариант, в котором всё было абсолютно таким же, за исключением одного - через раствор электрический ток не пропускали. И что же?

Не прошло и 3 часов с начала эксперимента, а разница между контрольным и электрическим вариантами уже выявилась. В последнем элементы питания поглощались корнями активнее. Но, возможно, дело не в корнях, а в ионах, которые под действием внешнего тока стали быстрее передвигаться в растворе? Для ответа на этот вопрос в одном из опытов предусмотрели измерение биопотенциалов проростков и в определённое время включали в «работу» гормоны роста. Почему? Да потому, что они без всякой дополнительной электростимуляции изменяют активность поглощения корнями ионов и биоэлектрическую характеристику растений.

По окончанию эксперимента авторами были сделаны следующие выводы: «Пропускание слабого электрического тока через питательный раствор, в который погружена корневая система проростков кукурузы, оказывает стимулирующее действие на поглощение растениями ионов калия и нитратного азота из питательного раствора». Значит, всё-таки электричество стимулирует деятельность корневой системы? Но как, через какие механизмы? Для полной убедительности в корневом эффекте электричества поставили ещё один опыт, в котором также был питательный раствор, были корни, теперь уже огурцов, измеряли также биопотенциалы. И в этом эксперименте работа корневой системы при электростимуляции улучшалась. Однако до разгадки путей её действия ещё далеко, хотя уже познано, что электрический ток оказывает на растение как прямое, так и косвенное воздействие, степень влияния которых определяется целым рядом факторов.

Тем временем исследования эффективности электризации почвы расширялись и углублялись. Сегодня их, как правило, проводят в теплицах или в условиях вегетационных опытов. Это и понятно, поскольку только так можно уйти от ошибок, которые невольно допускаются тогда, когда эксперименты ставились в полевых условиях, в которых невозможно наладить контроль за каждым отдельным фактором.

Весьма обстоятельные опыты с электризацией почвы в своё время в Ленинграде провёл научный работник В. А. Шустов. В слабо подзолистую суглинистую почву он добавил 30% перегноя и 10% песка и через эту массу перпендикулярно корневой системе между двумя стальными или угольными электродами (лучше себя показали последние) пропускал ток промышленной частоты плотностью 0,5 мА/кв. см. Урожай редиса вырос на 40-50%. А вот постоянный ток такой же плотности снизил сбор этих корнеплодов по сравнению с контролем. И лишь понижение его плотности до 0,01-0,13 мА/кв. см вызвало повышение урожая до уровня, полученного при использовании переменного тока. В чём тут причина?

Используя меченый фосфор, установили, что переменный ток выше указанных параметров благотворно влияет на поглощение растениями этого важного электрического элемента. Проявилось также и положительное действие постоянного тока. При его плотности 0,01 мА/кв. см получен урожай примерно равный тому, что был получен при применении переменного тока плотностью 0,5 мА/ кв. см. Кстати, из четырех испытываемых частот переменного тока (25, 50, 100 и 200 Гц) лучшей оказалась частота в 50 Гц. Если же растения прикрывали заземлёнными экранирующими сетками, то урожай овощных культур значительно снижался.

В Армянской НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства применяли электричество для стимуляции растений табака. Изучали широкий спектр плотностей тока, пропускаемого в поперечном сечении корнеобитаемого слоя. У переменного тока он был 0,1; 0,5; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2 и 4,0 а/кв. м, у постоянного - 0,005; 0,01; 0,03; 0,05; 0,075; 0,1; 0,125 и 0,15 а/кв. м. В качестве питательного субстрата использовали смесь, состоящую на 50% из чернозёма, на 25% из перегноя и на 25% из песка. Наиболее оптимальными оказались плотности тока 2,5 а/кв. м для переменного и 0,1 а/кв. м для постоянного при непрерывной подаче электричества в течение полутора месяцев. При этом выход сухой массы табака в первом случае превышал контроль на 20, а во втором - на 36%.

Или вот томаты. Экспериментаторы создавали в их корнеобитаемой зоне постоянное электрическое поле. Растения развивались намного быстрее контрольных, особенно в фазу бутонизации. У них была больше площадь листовой поверхности, повысилась активность фермента пероксидазы, усиливалось дыхание. В результате прибавка урожая составила 52%, и произошло это в основном за счёт увеличения размеров плодов и их количества на одном растении.

Постоянный ток, пропускаемый через почву, благотворно влияет и на плодовые деревья. Это подметил ещё И. В. Мичурин и успешно применял его ближайший помощник И. С. Горшков, который в своей книге «Статьи по плодоводству» (Москва, Изд. Сельск. литер., 1958 г.) посвятил данному вопросу целую главу. В указанном случае плодовые деревья быстрее проходят детский (учёные говорят «ювенильный») этап развития, повышается их холодостойкость и устойчивость к другим неблагоприятным факторам среды, в итоге увеличивается урожайность. Чтобы не быть голословным, приведу конкретный пример. Когда через почву, на которой росли молодые хвойные и лиственные деревья, непрерывно в течение светлого периода суток пропускали постоянный ток, в их жизни происходил целый ряд примечательных явлений. В июне-июле опытные деревья отличались более интенсивным фотосинтезом, что явилось результатом стимулирования электричеством роста биологической активности почвы, повышения скорости движения почвенных ионов, лучшего поглощения их корневыми системами растений. Более того, ток, протекающий в почве, создавал большую разность потенциалов между растениями и атмосферой. А это, как уже говорилось, фактор сам по себе благоприятный для деревьев, особенно молодых. В следующем опыте, проведённом под плёночным укрытием, при непрерывном пропускании постоянного тока фитомасса однолетних сеянцев сосны и лиственницы увеличилась на 40-42%. Если бы такой темп прироста сохранить в течение нескольких лет, то нетрудно представить, какой огромной выгодой бы это обернулось.

Интересный опыт по влиянию электрического поля между растениями и атмосферой провели учёные Института физиологии растений АН СССР. Они установили, что фотосинтез идёт тем быстрее, чем больше разность потенциалов между растениями и атмосферой. Так, например, если около растения держать отрицательный электрод и постепенно увеличивать напряжение (500, 1000, 1500, 2500 В), то интенсивность фотосинтеза будет возрастать. Если же потенциалы растения и атмосферы близки, то растение перестает поглощать углекислый газ.

Нужно отметить, что опытов по электризации почвы проведено очень много, как у нас, так и за рубежом. Установлено, что это воздействие изменяет передвижение различных видов почвенной влаги, способствует размножению ряда трудноусвояемых для растений веществ, провоцирует самые разнообразные химические реакции, в свою очередь изменяющие реакцию почвенного раствора. При электровоздействии на почву слабыми токами в ней лучше развиваются микроорганизмы. Определены и параметры электрического тока, оптимальные для разнообразных почв: от 0,02 до 0,6 мА/кв. см для постоянного тока и от 0,25 до 0,5 мА/кв. см для переменного тока. Однако на практике ток указанных параметров даже на аналогичных почвах может и не дать прибавки урожая. Это объясняется тем многообразием факторов, которые возникают при взаимодействии электричества с почвой и возделываемыми на ней растениями. В почве, принадлежащей к одной и той же классификационной категории, в каждом конкретном случае могут быть совершенно различные концентрации водорода, кальция, калия, фосфора, других элементов, могут быть несхожие условия аэрации, а, следовательно, и прохождение собственных окислительно-восстановительных процессов и т.д. Наконец, не надо забывать о постоянно изменяющихся параметрах атмосферного электричества и земного магнетизма. Многое также зависит от применяемых электродов и способ электровоздействия (постоянное, кратковременное и т.д.). Короче говоря, надо в каждом конкретном случае пробовать и подбирать, пробовать и подбирать...

Вследствие этих и ряда других причин электризация почвы, хотя и способствует повышению урожайности сельскохозяйственных растений, и нередко довольно значительному, но широкого практического применения пока ещё не приобрела. Понимая это, учёные ищут новые подходы к данной проблеме. Так, предложена обработка почвы электрическим разрядом для фиксации в ней азота - одного из главных «блюд» для растений. Для этого в почве и в атмосфере создают высоковольтный маломощный непрерывный дуговой разряд переменного тока. И там, где он «работает», часть атмосферного азота переходит в нитратные формы, усвояемые растениями. Однако происходит это, конечно, на небольшом участке поля и достаточно затратно.

Более эффективен другой способ увеличения количества усвояемых форм азота в почве. Он заключается в применение кистевого электрического разряда, создаваемого непосредственно в пахотном слое. Кистевой разряд - это одна из форм газового разряда, возникающая при атмосферном давлении на металлическом остриё, к которому подведён высокий потенциал. Величина потенциала зависит от положения другого электрода и от радиуса кривизны острия. Но в любом случае он должен измеряться десятком киловольт. Тогда на кончике острия возникает кистеобразный пучок перемежающихся и быстро смешивающихся электрических искр. Такой разряд вызывает образование в почве большого количества каналов, в которые проходит значительное количество энергии и, как показали лабораторные и полевые эксперименты, способствует увеличению в почве усвояемых растениями форм азота и, как следствие, повышению урожая.

Ещё более эффективно использование при обработке почвы электрогидравлического эффекта, заключающегося в создании электрического разряда (электрической молнии) в воде. Если поместить в сосуд с водой порцию почвы и произвести в этом сосуде электрический разряд, то произойдёт дробление частиц почвы с высвобождением большого количества необходимых для растений элементов и связывание атмосферного азота. Такое воздействие электричества на свойства почвы и на воду очень благотворно сказывается на росте растений и их урожайности. Учитывая большую перспективу этого способа электризации почвы, я попробую рассказать о нем более подробно в отдельной статье.

Весьма любопытен другой способ электризации почвы - без внешнего источника тока. Это направление развивает кировоградский исследователь И. П. Иванько. Он рассматривает почвенную влагу как своеобразный электролит, находящийся под воздействием электромагнитного поля Земли. На границе раздела металл-электролит, в данном случае металлопочвенный раствор, возникает гальвано-электрический эффект. В частности, при нахождении в почве стального провода на его поверхности в результате окислительно-восстановительных реакций образуются катодные и анодные зоны, происходит постепенное растворение металла. В итоге на межфазных границах возникает разность потенциалов, достигающая 40-50 мВ. Образуется она и между двумя проводами, уложенными в почве. Если провода находятся, например, на расстоянии 4 м, то разность потенциалов составляет 20-40 мВ, но сильно изменяется в зависимости от влажности и температуры почвы, её механического состава, количества удобрений и других факторов.

Электродвижущую силу между двумя проводами в почве автор назвал «агро-ЭДС», ему удалось не только её измерить, но и объяснить общие закономерности, по которым она образуется. Характерно, что в определённые периоды, как правило, при смене фаз Луны и изменении погоды, стрелка гальванометра, при помощи которого замеряют возникающий между проводами ток, резко меняет положение - сказывается сопровождающие подобные явления перемены в состоянии электромагнитного поля Земли, передающиеся почвенному «электролиту».

Исходя из этих представлений, автор предложил создавать электролизуемые агрономические поля. Для чего специальный тракторный агрегат щелевателем-проводоукладчиком распределяет сматываемый с барабана стальной провод диаметром 2,5 мм по дну щели на глубину 37 см. Пройдя гон, тракторист включает гидросистему на подъём, рабочий орган выглубляется из почвы, а провод обрубается на высоте 25 см от поверхности почвы. Через 12 м по ширине поля операция повторяется. Заметим, что размещенная таким образом проволока не мешает проведению обычных агротехнических работ. Ну, а если потребуется, то стальные проводки легко удалить из почвы при помощи узла размотки и намотки мерной проволоки.

Экспериментами установлено, что при таком способе на электродах наводится «агро-ЭДС» величиной 23-35 мВ. Поскольку электроды имеют разную полярность, между ними через влажную почву возникает замкнутая электрическая цепь, по которой течёт постоянный ток плотностью от 4 до 6 мкА/кв. см анода. Проходя через почвенный раствор как через электролит, этот ток поддерживает в плодородном слое процессы электрофореза и электролиза, благодаря чему необходимые растениям химические вещества почвы переходят из трудноусвояемых в легкоусвояемые формы. Кроме того, под воздействием электрического тока все растительные остатки, семена сорняков, отмершие животные организмы быстрее гумифицируются, что ведёт к росту плодородия почвы.

Как видно, в данном варианте электризация почвы возникает без искусственного источника энергии, лишь в результате действия электромагнитных сил нашей планеты.

Между тем за счёт этой «даровой» энергии в экспериментах получена весьма высокая прибавка урожая зерна - до 7 ц/га. Учитывая простоту, доступность и неплохую эффективность предложенной технологии электризации, садоводы-любители, заинтересовавшиеся этой технологией, могут прочесть о ней более подробно в статье И. П. Иванько «Использование энергии геомагнитных полей», опубликованной в журнале «Механизация и электрификация сельского хозяйства» № 7 за 1985 г. При внедрении указанной технологии автор советует располагать проволоки в направлении с севера на юг, а возделываемые над ними сельскохозяйственные растения с запада на восток.

Данной статьей я попытался заинтересовать садоводов-любителей в применении в процессе возделывания различных растений помимо известных технологий ухода за почвой электротехнологии. Относительная простота большинства способов электризации почвы, доступная для лиц, получивших знания по физике даже в объёме программы средней школы, делает возможным их применение и проверку практически на каждом садовом участке при выращивании овощей, плодовых и ягодных, цветочно-декоративных, лекарственных и других растений. Я тоже экспериментировал с электризацией почвы постоянным током в 60-е годы прошлого века при выращивании сеянцев и саженцев плодовых и ягодных культур. В большинстве опытов наблюдалась стимуляция роста, причем, иногда очень значительная, особенно при выращивании сеянцев вишни и сливы. Так что, уважаемые садоводы-любители, попробуйте проверить какой-нибудь способ электризации почвы в предстоящем сезоне на какой-либо культуре. А вдруг у вас всё получится хорошо, и всё это может оказаться одной из золотых жил?

В. Н. Шаламов

Маркевич В.В.

В данной работе мы обращаемся к одному из самых интересных и перспективных направлений исследований – влиянию физических условий на растения.

Изучая литературу по данному вопросу, я узнал, профессору П. П. Гуляеву с помощью высокочувствительной аппаратуры удалось установить, что слабое биоэлектрическое поле окружает любое живое и еще точно известно: каждая живая клетка имеет свою собственную электростанцию. И клеточные потенциалы не так уж малы.

Скачать:

Предварительный просмотр:

ФИЗИКА

БИОЛОГИЯ

Растения и их электрический потенциал.

Выполнил: Маркевич В.В.

ГБОУ ООШ № 740 г. Москва

9 класс

Руководитель: Козлова Виолетта Владимировна

учитель физики и математики

г. Москва 2013

1. Введение

1. Актуальность
2. Цели и задачи работы
3. Методы исследования
4. Значимость работы

1. Анализ изученной литературы по теме «Электричество в жизни

растений»

1. Ионизация воздуха в помещении

1. Методика и техника исследования

1. Исследование токов повреждения у различных растений

1. Эксперимент №1 (с лимонами)
2. Эксперимент №2 (с яблоком)
3. Эксперимент №3 (с листом растения)

1. Исследование влияния электрического поля на прорастание семян

1. Эксперименты по наблюдению влияния ионизованного воздуха на прорастание семян гороха
2. Эксперименты по наблюдению влияния ионизованного воздуха на прорастание семян бобов

1. Выводы

1. Заключение
2. Литература

1. Введение

«Как ни удивительны электрические явления,

присущие неорганической материи, они не идут

ни в какое сравнение с теми, которые связаны с

жизненными процессами».

Майкл Фарадей

В данной работе мы обращаемся к одному из самых интересных и перспективных направлений исследований – влиянию физических условий на растения.

Изучая литературу по данному вопросу, я узнал, профессору П. П. Гуляеву с помощью высокочувствительной аппаратуры удалось установить, что слабое биоэлектрическое поле окружает любое живое и еще точно известно: каждая живая клетка имеет свою собственную электростанцию. И клеточные потенциалы не так уж малы. Например, у некоторых водорослей они достигают 0,15 В.

«Если 500 пар половинок горошин собрать в определенном порядке в серии, то конечное электрическое напряжение составит 500 вольт… Хорошо, что повар не знает об опасности, которая ему угрожает, когда он готовит это особенное блюдо, и к счастью для него, горошины не соединяются в упорядоченные серии». Это высказывание индийского исследователя Дж. Босса базируется на строгом научном эксперименте. Он соединял внутренние и внешние части горошины с гальванометром и нагревал до 60°С. Прибор при этом показывал разность потенциалов 0,5 В.

Каким образом это происходит? На каком принципе работают живые генераторы и батареи? Заместитель заведующего кафедрой живых систем Московского физико-технического института кандидат физико-математических наук Эдуард Трухан считает, что один из самых главных процессов, протекающих в клетке растения, - процесс усвоения солнечной энергии, процесс фотосинтеза.

Так что, если в тот момент ученым удастся «растащить» положительно и отрицательно заряженные частицы в разные стороны, то, по идее, мы получим в свое распоряжение замечательный живой генератор, топливом для которого служили бы вода и солнечный свет, а кроме энергии, он бы еще производил и чистый кислород.

Возможно, в будущем такой генератор и будет создан. Но для осуществления этой мечты ученым придется немало потрудиться: нужно отобрать наиболее подходящие растения, а может быть, даже научиться изготавливать хлорофилловые зерна искусственно, создать какие-то мембраны, которые бы позволили разделять заряды. Оказывается, живая клетка, запасая электрическую энергию в природных конденсаторах – внутриклеточных мембранах особых клеточных образований, митохондрий, потом использует ее для произведения очень многих работ: строительства новых молекул, затягивания внутрь клетки питательных веществ, регулирования собственной температуры… И это еще не все. С помощью электричества производит многие операции и само растение: дышит, движется, растет.

Актуальность

Уже сегодня можно утверждать: изучение электрической жизни растений несет пользу сельскому хозяйству. Еще И. В. Мичурин проводил опыты по влиянию электрического тока на прорастание гибридных сеянцев.

Предпосевная обработка семян – важнейший элемент агротехники, позволяющий повышать их всхожесть, а в конечном итоге – урожайность растений.А это особенно важно в условиях нашего не очень длинного и теплого лета.

1. Цели и задачи работы

Целью работы является исследование наличия биоэлектрических потенциалов у растений и исследование влияния электрического поля на прорастание семян.

Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи :

1. Изучение основных положений, касающихся учения о биоэлектрических потенциалах и влияния электрического поля на жизнедеятельность растений.
2. Проведение экспериментов по обнаружению и наблюдению токов повреждения у различных растений.
3. Проведение экспериментов по наблюдению влияния электрического поля на прорастание семян.

1. Методы исследования

Для выполнения задач исследования используется теоретический и практический методы. Теоретический метод: поиск, изучение и анализ научной и научно-популярной литературы по данному вопросу. Из практических методов исследования используется: наблюдение, измерение, проведение экспериментов.

1. Значимость работы

Материал данной работы может быть использован на уроках физики и биологии, так как в учебниках этот важный вопрос не освещается. А методика проведения экспериментов – как материал для практических занятий элективного курса.

1. Анализ изученной литературы

История исследования электрических свойств растений

Один из характерных признаков живых организмов – способность к раздражению.

Чарльз Дарвин придавал важное значение раздражимости растений. Он детально изучил биологические особенности насекомоядных представителей растительного мира, отличающихся высокой чувствительностью, и результаты исследований изложил в замечательной книге «О насекомоядных растениях», вышедшей в свет в 1875 году. Кроме того, внимание великого натуралиста привлекли различные движения растений. В совокупности все исследования наводили на мысль, что растительный организм удивительно схож с животным.

Широкое использование электрофизиологических методов позволило физиологам животных достичь значительного прогресса в этой области знаний. Было установлено, что в организмах животных постоянно возникают электрические токи (биотоки), распространение которых и приводит к двигательным реакциям. Ч. Дарвин предположил, что сходные электрические явления имеют место и в листьях насекомоядных растений, обладающих довольно сильно выраженной способностью к движению. Однако сам он не проверял эту гипотезу. По его просьбе эксперименты с растением Венерина мухоловка были проведены в 1874 году физиологом Оксфордского университета Бурданом Сандерсоном . Подсоединив лист этого растения к гальванометру, ученый отметил, что стрелка тотчас же отклонилась. Значит, в живом листе этого насекомоядного растения возникают электрические импульсы. Когда исследователь вызвал раздражение листьев, прикоснувшись к расположенным на их поверхности щетинкам, стрелка гальванометра отклонилась в противоположную сторону, как в опыте с мышцей животного.

Немецкий физиолог Герман Мунк , продолживший опыты, в 1876 году пришел к заключению, что листья венериной мухоловки в электромоторном отношении подобны нервам, мускулам и электрическим органам некоторых животных.

В России электрофизиологические методы были использованы Н. К. Леваковским для изучения явлений раздражимости у стыдливой мимозы. В 1867 году он опубликовал книгу под названием «О движении раздражимых органов растений». В экспериментах Н. К. Леваковского самые сильные электрические сигналы наблюдались в тех экземплярах мимозы , которые наиболее энергично отвечали на внешние раздражители. Если мимозу быстро убить нагреванием, то мертвые части растения не вырабатывают электрических сигналов. Возникновение электрических импульсов автор наблюдал также в тычинках бодяка и чертополоха, в черешках листьев росянки. Впоследствии было установлено, что

Биоэлектрические потенциалы в клетках растений

Жизнь растений связана с влагой. Поэтому электрические процессы в них наиболее полно проявляются при нормальном режиме увлажнения и затухают при увядании. Это связано с обменом зарядами между жидкостью и стенками капиллярных сосудов при протекании питательных растворов по капиллярам растений, а также с процессами обмена ионами между клетками и окружающей средой. Важнейшие для жизнедеятельности электрические поля возбуждаются в клетках.

Итак‚ нам известно‚ что…

1. Несомая ветром цветочная пыльца имеет отрицательный заряд ‚ приближающийся по величине к заряду пылинок при пылевых бурях. Вблизи теряющих пыльцу растений резко изменяется соотношение между положительными и отрицательными легкими ионами‚ что благоприятно сказывается на дальнейшем развитии растений.
2. В практике распыления ядохимикатов в сельском хозяйстве выяснено‚ что на свеклу и яблоню в большей мере осаждаются химикаты с положительным зарядом‚ на сирень - с отрицательным.
3. Одностороннее освещение листа возбуждает электрическую разность потенциалов между освещенными и неосвещенными его участками и черешком‚ стеблем и корнем. Эта разность потенциалов выражает реакцию растения на изменения в его организме‚ связанные с началом или прекращением процесса фотосинтеза.
4. Прорастание семян в сильном электрическом поле (например‚ вблизи коронирующего электрода) приводит к изменениям высоты и толщины стебля и густоты кроны развивающихся растений. происходит это в основном благодаря перераспределению в организме растения под влиянием внешнего электрического поля объемного заряда.
5. Поврежденное место в тканях растений всегда заряжается отрицательно относительно неповрежденных участков‚ а отмирающие участки растений приобретают отрицательный заряд по отношению к участкам‚ растущим в нормальных условиях.
6. Заряженные семена культурных растений имеют сравнительно высокую электропроводность и поэтому быстро теряют заряд. Семена сорняков ближе по своим свойствам к диэлектрикам и могут сохранять заряд длительное время. Это используется для отделения на конвейере семян культурных растений от сорняков.
7. Значительные разности потенциалов в организме растений возбуждаться не могут ‚ поскольку растения не имеют специализированного электрического органа. Поэтому среди растений не существует «древа смерти»‚ которое могло бы убивать живые существа своей электрической мощностью.

Влияние атмосферного электричества на растения

Одна из характерных особенностей нашей планеты – наличие постоянного электрического поля в атмосфере. Человек не замечает его. Но электрическое состояние атмосферы не безразлично для него и других живых существ, населяющих нашу планету, включая растения. Над Землей на высоте 100-200 км, существует прослойка из положительно заряженных частиц – ионосфера.
Значит, когда идешь по полю, улице, скверу, то движешься в электрическом поле, вдыхаешь электрические заряды .

Влияние атмосферного электричества на растения исследовалось с 1748 года многими авторами. В этом году аббат Нолет сообщал об экспериментах, в которых он электризовал растения, поместив их под заряженные электроды. Он наблюдал ускорение прорастания и роста. Грандиеу (1879) наблюдал, что растения, которые не подвергались влиянию атмосферного электричества, так как были помещены в проволочный сеточный заземленный ящик, показали уменьшение веса на 30 – 50% по сравнению с контрольными растениями.

Лемстрем (1902) подвергал растения действию ионов воздуха, располагая их под проволокой, снабженной остриями и подключенной к источнику высокого напряжения (1 м над уровнем земли, ток ионов 10 -11 – 10 -12 А/см 2 ), и он нашел увеличение в весе и длине больше, чем на 45% (например, морковь, горох, капуста).

Тот факт, что рост растений ускорялся в атмосфере с искусственно увеличенной концентрацией положительных и отрицательных малых ионов недавно подтвердился Круегером и его сотрудниками. Они нашли, что семена овса реагировали на положительные, а также отрицательные ионы (концентрация около 10 4 ионов/см 3 ) увеличением на 60% общей длины и увеличением свежего и сухого веса на 25-73%. Химический анализ надземных частей растений обнаружил увеличение содержание протеина, азота и сахара. В случае ячменя имело еще большее увеличение (приблизительно на 100%) в общем удлинении; увеличение в свежем весе не было большим, но существовало заметное увеличение в сухом весе, которое сопровождалось соответствующим увеличением содержания протеина, азота и сахара.

Эксперименты с семенами растений также проводил Ворден. Он нашел, что прорастание зеленых бобов и зеленого горошка становилось более ранним при увеличении уровня ионов любой полярности. Конечное процентное отношение проросших семян было более низким при отрицательной ионизации по сравнению с контрольной группой; прорастание в положительно ионизированной группе и контрольной было одинаковым. По мере роста сеянцев контрольные и положительно ионизированные растения продолжали свой рост, в то время как растения, подвергавшиеся отрицательной ионизации, в большинстве чахли и погибали.

Влияние в последние годы произошло сильное изменение электрического состояния атмосферы; различные районы Земли стали отличаться друг от друга по ионизированному состоянию воздуха, которое обусловлено его запыленностью, загазованностью и т.д. Электрическая проводимость воздуха – чуткий индикатор его чистоты: чем больше в воздухе посторонних частиц, тем больше число ионов оседает на них и, следовательно, меньше становится электропроводимость воздуха.
Так, в Москве в 1 см 3 воздуха содержится 4 отрицательных заряда, в Санкт-Петербурге – 9 таких зарядов, в Кисловодске, где эталон чистоты воздуха – 1,5 тыс. частиц, а на юге Кузбасса в смешанных лесах предгорья количество этих частиц доходит до 6 тысяч. Значит, где больше отрицательных частиц, там легче дышится, а где пыль – человеку достается их меньше, так как пылинки оседают на них.
Хорошо известно, что возле быстро текущей воды воздух освежает и бодрит. В нем много отрицательных ионов. Еще в XIX веке было определено, что более крупные капли в брызгах воды заряжены положительно, а капли поменьше – отрицательно. Поскольку большие капли оседают быстрее, в воздухе остаются отрицательно заряженные маленькие капельки.
Наоборот, воздух в тесных помещениях с обилием разного рода электромагнитных приборов насыщен положительными ионами. Даже сравнительно непродолжительное нахождение в таком помещении приводит к заторможенности, сонливости, головокружениям и головным болям.

1. Методика проведения исследования

Исследование токов повреждения у различных растений.

1. ЛИТЕРАТУРА

1. Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. - М.: Наука, 1986. 144 с.
2. Воротников А.А. Физика – юным. – М: Харвест, 1995-121с.
3. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – М: Просвещение, 1971-158с.
4. Перельман Я.И. Занимательная физика. – М: Наука, 1976-432с.
5. Артамонов В.И. Занимательная физиология растений. – М.: Агропромиздат, 1991.
6. Арабаджи В. И. Загадки простой воды.- М.: «Знание», 1973.
7. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/163.html
8. http://www.npl-rez.ru/litra/bios.htm
9. http://www.ionization.ru

8 февраля 2012 в 10:00

Биологическое влияние электрических и магнитных полей на организм людей и животных достаточно много исследовалось. Наблюдаемые при этом эффекты, если они и возникают, до сих пор не ясны и трудно поддаются определению, поэтому эта тема остается по-прежнему актуальной.

Магнитные поля на нашей планете имеют двоякое происхождение - естественное и антропогенное. Естественные магнитные поля, так называемые магнитные бури, зарождаются в магнитосфере Земли. Антропогенные магнитные возмущения охватывают меньшую территорию, чем природные, зато их проявление значительно интенсивнее, а следовательно, приносит и более ощутимый ущерб. В результате технической деятельности человек создает искусственные электромагнитные поля, которые в сотни раз сильнее естественного магнитного поля Земли. Источниками антропогенных излучений являются: мощные радиопередающие устройства, электрифицированные транспортные средства, линии электропередачи.

Частотный диапазон и длины волн некоторых источников электромагнитного излучения

Один из наиболее сильных возбудителей электромагнитных волн — токи промышленной частоты (50 Гц). Так, напряженность электрического поля непосредственно под линией электропередачи может достигать нескольких тысяч вольт на метр почвы, хотя из-за свойства снижения напряженности почвой уже при удалении от линии на 100 м напряженность резко падает до нескольких десятков вольт на метр.

Исследования биологического воздействия электрического поля обнаружили, что уже при напряженности 1 кВ/м оно оказывает неблагоприятное влияние на нервную систему человека, что в свою очередь ведет к нарушениям эндокринного аппарата и обмена веществ в организме (меди, цинка, железа и кобальта), нарушает физиологические функции: ритм сердечных сокращений, уровень кровяного давления, активность мозга, ход обменных процессов и иммунную активность.

Начиная с 1972 г. появились публикации, в которых рассматривалось влияние на людей и животных электрических полей с величинами напряженности более 10 кВ/м.

Напряженность магнитного поля пропорциональна току и обратно пропорциональна расстоянию; напряженность электрического поля пропорциональна напряжению (заряду) и обратно пропорциональна расстоянию. Параметры этих полей зависят от класса напряжения, конструктивных особенностей и геометрических размеров высоковольтной ЛЭП. Появление мощного и протяженного источника электромагнитного поля приводит к изменению тех естественных факторов, при которых сформировалась экосистема. Электрические и магнитные поля могут индуцировать поверхностные заряды и токи в теле человека.

Исследования показали, что максимальный ток в теле человека, индуцированный электрическим полем, намного выше, чем ток, вызванный магнитным полем. Так, вредное воздействие магнитного поля проявляется лишь при его напряженности около 200 А/м, что бывает на расстоянии 1—1,5 м от проводов фазы линии и опасно только для обслуживающего персонала при работах под напряжением. Это обстоятельство позволило сделать вывод об отсутствии биологического влияния магнитных полей промышленной частоты на людей и животных, находящихся под ЛЭП Таким образом, электрическое поле ЛЭП является главным биологически действенным фактором протяженной электропередачи, который может оказаться барьером на пути миграции движения разных видов водной и сухопутной фауны.

Силовые линии электрического и магнитного полей воздействующих на человека, стоящего под воздушной линией электропередачи переменного тока

Исходя из конструктивных особенностей электропередачи (провисания провода) наибольшее влияние поля проявляется в середине пролета, где напряженность для линий сверх - и ультравысокого напряжения на уровне роста человека составляет 5 - 20 кВ/м и выше в зависимости от класса напряжения и конструкции линии.

У опор, где высота подвеса проводов наибольшая и сказывается экранирующее влияние опор, напряженность поля наименьшая. Так как под проводами ЛЭП могут находиться люди, животные, транспорт, то возникает необходимость оценки возможных последствий длительного и кратковременного пребывания живых существ в электрическом поле различной напряженности.

Наиболее чувствительны к электрическим полям копытные животные и человек в обуви, изолирующей его от земли. Копыто животных также является хорошим изолятором. Наведенный потенциал в этом случае может достигать 10 кВ, а импульс тока через организм при касании к заземленному предмету (ветке куста, травинке) 100 - 200 мкА. Такие импульсы тока безопасны для организма, но неприятные ощущения заставляют копытных животных избегать трассы высоковольтных ЛЭП в летнее время.

В действии электрического поля на человека доминирующую роль играют протекающие через его тело токи. Это определяется высокой проводимостью тела человека, где преобладают органы с циркулирующей в них кровью и лимфой.

В настоящее время экспериментами на животных и людях-добровольцах установлено, что плотность тока проводимостью 0,1 мкА/см и ниже не влияет на работу мозга, так как импульсные биотоки, обычно протекающие в мозгу, существенно превышают плотность такого тока проводимости.

При плотностью тока проводимостью 1 мкА/см в глазах человека наблюдается мелькание световых кругов, более высокие плотности токов уже захватывают пороговые значения стимуляции сенсорных рецепторов, а также нервных и мышечных клеток, что ведет к появлению испуга, непроизвольным двигательным реакциям.

В случае касания человека к изолированным от земли объектам в зоне электрического поля значительной интенсивности, плотность тока в зоне сердца сильно зависит от состояния «подстилающих» условий (вида обуви, состояния почвы и т. д.), но уже может достигать этих величин.

При максимальном токе, соответствующем Еmах == 15 кВ/м (6,225 мА), известной доле этого тока, втекающего через область головы (около 1/3), и площади головы (около 100 см) плотность тока<0,1 мкА/см, что и подтверждает допустимость принятой напряженности 15 кВ/м под проводами воздушной линии.

Для здоровья человека проблема состоит в определении связи между плотностью тока, наведенного в тканях, и магнитной индукцией внешнего поля, В. Вычисление плотности тока

осложняется тем, что его точный путь зависит от распределения проводимости у в тканях тела.

Так, удельную проводимость мозга определяют у=0,2 см/м, а сердечной мышцы у=0,25 см/м. Если принять радиус головы 7,5 см, а сердца 6 см, то произведение yR получается одинаковым в обоих случаях. Поэтому можно давать одно представление для плотности тока на периферии сердца и мозга.

Определено, что безопасная для здоровья магнитная индукция составляет около 0,4 мТл при частоте 50 или 60 Гц. В магнитных полях (от 3 до 10 мТл, f =10 - 60 Гц) наблюдалось возникновение световых мерцаний, аналогичных тем, которые возникают при надавливании на глазное яблоко.

Плотность тока, индуцированного в теле человека электрическим полем с величиной напряженности Е, вычисляется таким образом:

c различными коэффициентами к для области мозга и сердца.

Значение к=3-10-3 см/Гцм.

По данным немецких ученых напряженность поля, при которой вибрацию волос ощущают 5% испытуемых мужчин, составляет 3 кВ/м и для 50% мужчин, подвергшихся испытаниям, она равна 20 кВ/м. В настоящее время отсутствуют данные о том, что ощущения, вызванные действием поля, создают какое-либо неблагоприятное влияние. Что касается связи плотности тока с биологическим влиянием, то можно выделить четыре области, представленные в таблице.

Последняя область значения плотности тока относится к временам воздействия порядка одного сердечного цикла, т. е. приблизительно 1 с для человека Для более коротких экспозиций пороговые значения выше. Для определения порогового значения напряженности поля были выполнены физиологические исследования на людях в лабораторных условиях при напряженности от 10 до 32 кВ/м. Установлено, что при напряженности 5 кВ/м 80% людей не испытывают болевых ощущений при разрядах в случае касания заземленных предметов. Именно эта величина была принята в качестве нормативной при работах в электроустановках без применения средств защиты.

Зависимость допустимого времени пребывания человека в электрическом поле с напряженностью Е более порогового аппроксимируется уравнением

Выполнение этого условия обеспечивает самовосстановление физиологического состояния организма в течение суток без остаточных реакций и функциональных или патологических изменений.

Ознакомимся с основными результатами исследований биологических влияний электрических и магнитных полей, проведенных советскими и зарубежными учеными.

Влияние электрических полей на персонал

Во время исследований на верхней части предплечья каждого рабочего закрепляли интегрирующий дозиметр. Установлено, что у рабочих на высоковольтных линиях среднее значение дневной экспозиции составило от 1,5 кВ/(м-ч) до 24 кВ/(м-ч). Максимальные значения отмечены в очень редких случаях. Из полученных данных исследования можно сделать вывод об отсутствии заметной взаимосвязи между экспозицией в полях и общим состоянием здоровья людей.

Воздушные ЛЭП и рак у детей

В жилых помещениях магнитное поле может создаваться бытовым электрооборудованием и электропроводкой, внешними подземными кабелями, а также воздушными ЛЭП. Исследуемые и контрольные объекты группировали в интервалах 25 м до воздушной ЛЭП, причем степень риска на расстоянии более 100 м от линии была принята за единицу.

Полученные результаты не подтверждают гипотезы о том, что магнитные поля промышленной частоты влияют на возникновения рака у детей.

Электростатическое влияние на волосяной покров человека и животных

Исследования проводились в связи с гипотезой о том, что влияние поля, ощущаемое поверхностью кожи, вызвано действием электростатических сил на волосы. В результате получено, что при напряженности поля в 50 кВ/м испытуемый ощущал зуд, связанный с вибрацией волос, что зарегистрировано специальными приборами.

Влияние электрического поля на растения

Опыты проводились в специальной камере в неискаженном поле с напряженностью от 0 до 50 кВ/м. Было выявлено небольшое повреждение ткани листьев при экспозиции от 20 до 50 кВ/м, зависящее от конфигурации растения и первоначального содержания влаги в нем. Омертвление ткани наблюдалось в частях растений с острыми краями. Толстые, с гладкой закругленной поверхностью растения не повреждались при напряженности 50 кВ/м. Повреждения являются следствием короны на выступающих частях растений. У наиболее слабых растений повреждения наблюдались уже через 1 - 2 ч после экспозиции. Важно, что у сеянцев пшеницы, имеющих очень острые концы, корона и повреждения были заметны при сравнительно низкой напряженности, равной 20 кВ/м. Это был самый низкий порог появления повреждений в исследованиях.

Наиболее вероятный механизм повреждения ткани растений - тепловой. Поражение ткани появляется тогда, когда напряженность поля становится достаточно высокой, чтобы вызвать коронирование, и через кончик листка течет ток короны высокой плотности. Тепло, выделяемое при этом на сопротивлении ткани листа, приводит к гибели узкого слоя клеток, которые сравнительно быстро теряют воду, высыхают и сжимаются. Однако этот процесс имеет предел и процент высохшей поверхности растения невелик.

Влияние электрического поля на животных

Исследования проводились по двум направлениям: изучение на уровне биосистемы и изучение порогов обнаруженных влияний. Среди цыплят, помещенных в поле с напряженностью 80 кВ/м, отмечалась прибавка массы, жизнеспособность, низкая смертность. Порог восприятия поля измерялся на домашних голубях. Было показано, что голуби обладают каким-то механизмом для обнаружения электрических полей малой напряженности. Генетических изменений не наблюдалось. Отмечено, что животные, пребывающие в электрическом поле большой напряженности, могут испытывать мини-шок из-за посторонних факторов, зависящих от условий эксперимента, которые могут привести к некоторому беспокойству и возбуждению испытываемых.

В ряде стран имеются нормативные документы, ограничивающие предельные значения напряженности поля в зоне трасс воздушных ЛЭП. Максимальная напряженность 20 кВ/м была рекомендована в Испании, и такое же значение рассматривается в настоящее время как предельное в Германии.

Общественная осведомленность о влиянии электромагнитного поля на живые организмы продолжает расти, и некоторый интерес и беспокойство в связи с этим влиянием будут приводить к продолжению соответствующих медицинских исследований, особенно на людях, проживающих вблизи воздушных линий электропередачи.

Еще больше информации по этой теме:

В. И. Чехов "Экологические аспекты передачи электроэнергии"

В книге дана общая характеристика влияния воздушных линии электропередачи на окружающую среду. Рассматриваются вопросы расчета максимальной напряженности электрического поля под линией переменного тока и методы его уменьшения, отторжения земель под трассу линии, воздействия электромагнитного поля на людей, животный и растительный мир возникновения радио - и акустических шумов. Рассмотрены особенности воздействия на окружающую среду линий постоянного тока и кабельных линий сверхвысокого напряжения.

Последние публикации