Он оказался инсектицидом универсального действия. Почти все насекомые погибают от соприкосновения с ДДТ. Проникая через покровы в тело, он поражает нервную систему. Токсичность ДДТ чрезвычайно высока. Чтобы отравить личинок мух, достаточно на один квадратный сантиметр обрабатываемой площади подействовать одной миллиардной долей грамма. Чтобы убить личинок малярийного комара на одном гектаре водной поверхности, хватит 125 граммов ДДТ.

Новый препарат, создателям которого была присуждена Нобелевская премия, начал свое триумфальное шествие по планете. Всюду, где раньше кишмя кишели вредители — сосущие и грызущие насекомые, паразиты человека, мухи, переносчики заразных болезней, — ДДТ наносил смертельные удары этим полчищам вредоносных карликов. Зато сам он казался практически безвредным для растений, для скота и для людей.

ДДТ взял под свою защиту плодовые сады и ягодники, огороды и цветники, табачные и цитрусовые плантации. Нахлебников словно метлой смело. Возросли урожаи. Уменьшились затраты на борьбу с насекомыми. Так длилось несколько лет.

И вдруг стали происходить парадоксальные явления. Чем больше применялся яд, тем чаще воскресал уничтоженный, казалось бы, враг.

Помню, как радовались мои земляки — кубанские садоводы, — когда после первого опыления дустом ДДТ подскочил урожай семеринки, исчезла плодожорка. Года три яблони в колхозном саду давали полновесные сборы плодов. Неожиданно верхушки самых мощных деревьев стали усыхать. Вызвали специалистов.

— Больше применяйте ДДТ! Опрыскивайте смелее — вредители не устоят, — таково было заключение спецов.

Пять, шесть, семь раз в год на деревья обрушивался дождь ДДТ. Все делалось в соответствии с инструкциями Всесоюзного института защиты растений. Но вредителей становилось все больше. На каждом гектаре сада насчитывались десятки тысяч паразитов — червецов, клещиков. Они губили молодые побеги. Откуда-то появилась калифорнийская щитовка — паразит, редкий в этих местах.

Неужели организм насекомого приспособился к яду? Ведь привыкает же человек к мышьяку, употребляя его внутрь понемногу и постепенно увеличивая дозы. Или, может быть, яд, попав в организм, изменяет его наследственность? Ни то, ни другое.

Просто среди каждого вида насекомых есть особи с различной восприимчивостью к яду. Восприимчивые погибают, а устойчивые остаются и плодятся. Каждое опрыскивание ядохимикатами производит своеобразный искусственный отбор более жизнеспособных организмов. Те насекомые, у которых, скажем, толще покров и меньше его проницаемость, более живучи. А их потомство наследует эти качества. Так возникают ядоустойчивые паразиты.

Есть еще одна особенность у ДДТ. Выше было сказано, что почти все насекомые погибают от контакта с этим ядом. Но ведь в саду живут не только вредители деревьев, но и враги вредителей.

Возьмем увеличительное стекло и посмотрим, что же происходит на яблоне в момент опрыскивания ДДТ. Вот притаилась калифорнийская щитовка. Смертоносный дождь ей явно не нравится, и она сидит под своим щитком не шевелясь, как под зонтиком. Капли яда скатываются по зонтику, не достигая цели. Контакта нет — щитовка спасена. Зато жуки хилокорусы один за другим падают с ветвей, пораженные каплями раствора. Щитовка может теперь жить спокойно — ее смертельный враг хилокорус уничтожен. Ядом убиты и другие полезные насекомые — враги вредителей: божья коровка, поедающая тлю, тифлодромус, уничтожающий клещей. Все они не защищены от действия контактного яда. ДДТ приносит им смерть.

Около 100 видов паразитов быстро «привыкло» к ДДТ. Начиная с 20-го поколения их потомство не чувствительно к яду. У некоторых вредителей в результате отбора выработались особые ферменты. Они разрушают попавшие в их организм яды. Насекомые «научились» улетать из зараженного места. У них изменилась способность выбирать место для кладки яиц.

Зато для многих животных ДДТ оказался небезопасен. Один грамм этого яда, растворенный в тысяче кубометров морской воды, мгновенно убивает голубого краба. Но самое страшное — способность ДДТ накапливаться и в почве и в жизнетворных органах, например в печени.

Малая доза не пугает, скажем, корову. Но если животное изо дня в день пьет воду из реки, куда систематически попадает порошок ДДТ, сброшенный на посевы с самолета, дело может кончиться плохо.

Вот почему медицина наложила свое вето на применение ДДТ.

Нужен был поиск нового препарата.

Легко сказать: искать. Каждые десять минут экспериментаторы планеты открывают, синтезируют, получают новое вещество. Ежегодно испытывается около 50 тысяч новых ядов. Но из многих сотен тысяч, найденных в лабораториях мира, в сельское хозяйство вошли лишь несколько сот. Примерно один препарат из 2 тысяч испытанных. И каждый препарат должен отвечать множеству требований, без которых он не имеет права получить путевку в жизнь.

Вот перечень основных свойств ядов, которые приходится изучать, прежде чем решить, целесообразно ли применять тот или иной химикат в хозяйстве.

Биологические: достаточно ли ядовит для вредных насекомых; не опасен ли для скота, птиц, пчел; не приносит ли вреда полезным растениям — ожоги, отравления.

Физические: дисперсность порошков; стабильность эмульсий и суспензий; устойчивость аэрозолей; сыпучесть; вязкость; смачиваемость; растекаемость; прилипаемость; удерживаемость; парусность.

Химические: растворимость; гигроскопичность; гидрофильность; гидрофобность; слеживаемость; стойкость к свету и переменам температуры; огнеопасность и взрывоопасность; допустимость смешения с другими препаратами и удобрениями; реакция на кислоты и щелочи; влияние на вкус и запах пищевых продуктов.

Экономическая характеристика: сумма необходимых капиталовложений; себестоимость; сырьевая база; потребности сельского хозяйства и нормы применения; экономическая эффективность применения.

И наконец, гигиенические: безвреден новый препарат (или нет) для человека.

Ясно, что каждый ядохимикат должен пройти длинный и сложный путь тщательных испытаний всех этих свойств. В США исследования и эксперименты с каждым препаратом длятся от 2 до 5 лет. На поиски и открытие нового яда тратится от 700 тысяч до полутора миллионов долларов, если не больше.

Ясно и другое. Для проверки всех качеств химиката необходима хорошо организованная кооперация ученых — химиков, физиков, биологов, энтомологов, фитопатологов, токсикологов, ветеринаров, микробиологов, врачей, биохимиков, экономистов.

Новые проблемы

Яблони в кубанских садах были спасены новым препаратом. Его создали казанские химики. Это меркаптофос, жидкость неприятного запаха, действующая не через нервную систему, а через кишечник. Меркаптофос свободно проникает в листья и стебли и разносится соком по всему растению. Отравляя сок, препарат делает яблоню ядовитой для тлей, трипсов и клещей. Яд держится около месяца, а потом разлагается в тканях растения. Плоды «отравленного» дерева совершенно безвредны. Но сам меркаптофос чрезвычайно ядовит и опасен для человека. Работая с ним, надо соблюдать особую осторожность. На небольших площадях это сделать нетрудно, а как быть, если вредитель распространился на территории целой области или даже страны?

Повышая урожай на некоторое время, побеждая врагов его на определенной территории, химические средства борьбы с сельскохозяйственными вредителями создали столько же проблем, сколько и разрешили. Обработка за обработкой яд накапливается в почве и воде. Из союзника человека он превращается в его врага, заражая пищевые продукты и кормовые травы, убивая рыб и птиц. Широкое применение того же ДДТ в конце концов нанесло чувствительный урон пчеловодству.

Наносится ущерб и экономике, ибо растут расходы на ненужное уже производство.

Почему же химические средства борьбы остаются необходимыми? Ученый ответил бы, что это объясняется упрощением экологической системы. (Экология — наука о месте обитания организмов и их взаимоотношениях с окружающей средой.)

Экологическая система представляет собой живой комплекс, относительно стабильный, включающий в себя большое разнообразие действий и видов организмов.

Если в такой системе какое-то равновесие нарушается, оно быстро восстанавливается. Скажем, ястребы и совы скопляются в необычайно больших количествах там, где много мышей. Уменьшается скопление мышей — уменьшается число этих птиц в данном районе. Словом, экологической системе природы присущ контроль над ненормальным увеличением какого-либо вида.

Вторгаясь в определенную экологическую систему, человек нарушает биологическое равновесие, ломает природный контроль.

Потенциальные вредители становятся в таких условиях действующими вредителями.

Об этом говорит история с хлопковой совкой. Невзрачная серая бабочка вполне безобидна. Не обращая на себя особого внимания, она неутомимо трудится на хлопковых плантациях, откладывая каждый день по 100 яичек. Каждое яичко — эта бомба замедленного действия. Весной, когда станет потеплее, из яичка выползет гусеница. Она грызет стебель, съедает листья, перегрызает корни, выедает семена. Гусеницы хлопковой совки могут остричь наголо посевы молодого хлопчатника. Ожиревшая куколка проникает в почву и впадает в глубокую спячку. До будущей весны, до тепла. Если весна холодная, куколка долго не просыпается. Она ждет благоприятных условий. Состояние спячки — дипаузы — у многих вредителей может длиться годами. Организм словно бы и не живет — не дышит, не ест, не развивается. Клещи иной раз находятся в дипаузе до 20 лет. И вот, когда природа создает особо благоприятные условия, вредители немедленно просыпаются и торопятся натворить побольше безобразий. Хлопковая совка успевает произвести за хорошее лето несколько поколений, основательно «заминировав» плантации. Весной мины снова взорвутся.

Энтомологи научились сравнительно точно предсказывать, какая численность вредителей ожидается в очередном году, в какие сроки появятся гусеницы новых генераций. Служба сигнализации и прогнозов в хлопковых районах сообщает химическим отрядам, когда начинать атаку на вредителя. Конные, пешие и механизированные защитники урожая окружают зараженные поля, и начинается обстрел посевов эмульсией ДДТ.

После каждой «артподготовки» на землю падают трупы гусениц. Погибают десятки еще каких-то насекомых. Каких? Это очень важно.

Заглянув под лист хлопчатника в момент химической атаки, мы сможем увидеть, что там плетет свою паутину одинокий клещик. Он живет на нижней стороне листа, посасывая из него соки. Паутинный клещик обижен природой и врагами. За его счет существует 19 видов хищных и паразитических членистоногих. Они и не дают ему развернуться. Но вот всех его врагов химия смела с лица земли. А паутинный клещик уцелел!

Неприметный ранее карлик вырос в чудовищную силу. Он стал главным врагом хлопчатника, перекинулся на бахчи, горох, сою. Только меркаптофос приостановил его нашествие.

Но и это сильнодействующее средство не может удовлетворить нас до конца. Работая с фосфорорганическими препаратами, человек должен себя тщательно обезопасить — вооружиться противогазом, защитными очками, противоядной одеждой. Это и хлопотно и много дороже. Выход? Надо искать, создавать новые препараты. Значит, опять затраты, опять повторение пройденного.

Нет ли пути попроще? И понадежнее?

Славный наездник агениаспис

Химия всесильна. Она создает вещества по заказу, кормит, одевает, лечит человека.

Химия бессильна. Она не может иной раз защитить плоды наших трудов и нас самих от ничтожных карликов.

Леса южной Киргизии уникальны. Отроги гор на огромной площади покрыты грецким орехом, алычой, миндалем, боярышником. Плоды дикой яблони в этих местах не уступают по величине и по вкусу культурным сортам. Урожай орехоплодовых лесов исчисляется тысячами тонн. И миллионами рублей исчисляются потери урожая. Виновник — яблоневая моль. Она поедает листья и ослабляет деревья. Попытки использовать химический метод борьбы оказались неудачными. Моль осталась живой. Гибли полезные насекомые и появлялись новые вредители. Горы есть горы. Труднодоступный рельеф местности, бездорожье, обилие дождей весной — все затрудняет применение ядохимикатов. Но у моли есть естественные враги — в лесах Киргизии их 69 видов. Может быть, попытаться привлечь их на свою сторону? И это не удалось. В силу разных причин ни один из паразитов моли не способен стать ее грозным врагом. И все же остановились на биологическом методе борьбы.

…В 1956 году самолет привез из Краснодара в Ош 100 тысяч «пассажиров». Все они разместились в небольшой посылочке за сургучной печатью. «Путешественники» перенесли дорогу отлично, но, разумеется, не прочь были глотнуть свежего воздуха. Такая возможность была им незамедлительно предоставлена. Работники лесной опытной станции выпустили «путешественников» на свободу, в горы. «Пассажирам» с краснодарского самолета понравилось новое место. Они стали устраиваться на жительство.

Речь идет о наезднике агениасписе — насекомом, которое паразитирует на гусеницах плодовой моли.

Наездник удивительно быстро размножается, уничтожая при этом вредителя. За год он распространяется от места выпуска на 10 километров. На четвертый год после высадки в Оше агениаспис полностью оградил яблоню, алычу и боярышник от моли. Дички и привитые яблони стали снова обильно плодоносить. Наездник акклиматизировался по всей зоне, зараженной молью, в горах, перебрался и в культурную зону садоводства — в Ферганскую долину.

Возникает законный вопрос: а не станет ли сам агениаспис вредителем, не перекинется ли он, уничтожив моль, на другое, полезное насекомое? Таких опасений нет. У агениасписа нашелся в ореховых лесах свой собственный враг — хищная муха. Она и будет осуществлять необходимый контроль за биологическим равновесием.

Идея биологической защиты урожая не нова. Но сделано в этой области, увы, ничтожно мало. И чем энергичнее вторгаются в жизнь природы химики, тем больше хлопот причиняют они биологам (да и себе в конечном счете тоже).

«Столетняя война»

Упрощение экологической системы и нарушение ее равновесия создают громадные биологические и экономические проблемы. Они непрестанно усложняются. Человечество старается привлечь все пищевые ресурсы мира. Разные сорта растений, разные породы животных перевозятся из одной страны в другую. Это делается в поисках лучшего, делается в беспрецедентных размерах. Но не все, что делается, к лучшему. Иногда с отличным сортом можно завезти такого вредителя, что самые добрые замыслы оборачиваются неслыханным злом. Государства, правда, устанавливают карантин. Но не всегда эти меры бывают эффективны. Пятнадцать видов сельскохозяйственных вредителей, имеющих теперь широкое распространение, появились после установления карантинов. Предотвратить проникновение вредителей практически почти невозможно или невероятно трудно. А нарушения равновесия, создаваемые ими, носят иногда характер национальных катастроф.

Сто лет назад французские виноградари решили обогатить ассортимент лозы. Из Соединенных Штатов Америки во Францию был завезен посадочный материал. А вместе с ним микроскопическая тля — филлоксера. На новом месте у филлоксеры не оказалось врагов, которые сдерживали ее развитие на родине. Тля стремительно размножилась. Сто яиц в каждой кладке, восемь поколений каждое лето. Высасывая соки из лозы, тля откладывает яйца в листья. В каждом месте, где она производит укол для кладки, образуются желваки, своеобразные опухоли. Листья теряют способность к ассимиляции, и виноград погибает. Филлоксера заселила во Франции 90 процентов всех виноградников, уничтожив их на площади полтора миллиона гектаров и разорив их хозяев. Убытки составили чудовищную сумму — 20 миллиардов франков. Перекинувшись в другие страны, этот прожорливый карлик проглотил еще 6 миллионов гектаров виноградников из общего числа имевшихся тогда 9 миллионов гектаров.

Живя под землей, на корнях лозы, эта почти микроскопическая тля настойчиво ведет свою разрушительную работу, переходя с куста на куст, из виноградника в виноградник, из страны в страну, внося повсюду опустошения и бедствия. Ни один сельскохозяйственный кризис на земном шаре и ни в какое время не был отмечен такой стойкостью и продолжительностью, такими колоссальными жертвами. Этот жестокий бич перешел почти во все винодельческие страны всех частей света, причем не обошел, конечно, и Россию. Так оценивал нашествие филлоксеры в 1910 году русский ампелограф В. Таиров.

Прошло еще полвека, а филлоксера по-прежнему остается для винограда врагом № 1.

Еще недавно единственным радикальным средством борьбы с этой тлей считалось полное уничтожение зараженной лозы и перенос виноградников в новые места. Виноградари немного вздохнули, когда появился гексахлоран. Однако и он не решил проблемы полностью.

Кое-где применили такой биологический способ борьбы: известно, что американская лоза устойчива к филлоксере. Правда, она дает низкокачественные плоды, но может послужить подвоем для прививок европейской лозы… Как будто бы найден выход из положения. Но подумайте, сколько времени и труда нужно, чтобы выращивать миллионы саженцев для последующих прививок.

Филлоксера была одним из первых объектов массового применения химии. Какие только препараты на ней не испытывались! Грозные для других вредителей, они оказались бессильными против виноградной тли.

Столетняя война, начатая против филлоксеры в 1863 году, ведется и по сию пору. В чем же дело? Почему так трудно нанести этой мелюзге решительный удар?

На европейских сортах тля живет главным образом на корнях. Корни лозы углубляются в почву на метр и больше. Значит, зона обитания филлоксеры на гектаре составляет по крайней мере 10 тысяч кубических метров. Следовательно, и зона действия химиката должна быть распределена на весь этот объем. Распределена равномерно, иначе часть паразитов останется безнаказанной.

Научно-исследовательский институт удобрений и инсектофунгицидов (НИИУИФ) предлагает для борьбы с тлей малоизвестное пока вещество гексахлорбутадиен. Опыты подтвердили действенность препарата. Он может уничтожить филлоксеру полностью по всей зоне ее обитания. Но для этого надо затратить примерно 200 килограммов химиката. Много. И покамест дорого. Где же выход? Искать дальше!

Зеленый враг

Лихорадочные поиски яда для филлоксеры привели крестьян Франции к неожиданному открытию. Опрыскивая лозы от вредителей, виноградари не раз проливали медный купорос или бордосскую жидкость на землю. Там, куда попадал раствор, погибала трава.

Родилась идея использовать химию для борьбы с сорняками. Идея эта привела к созданию нового вида химикатов — гербицидов (от латинских слов: «гербум» — «трава» и «цэдо» — «убиваю»).

Серная кислота, точнее ее соль — медный купорос, была, пожалуй, первым неорганическим гербицидом. Но она была не очень разборчивой — уничтожала всю растительность подряд — и культурную и сорную. Надо было найти вещества избирательного действия.

…В той армии вредителей, которые наступают со всех сторон на урожай, сорняки занимают особое место. Это пятая колонна. И по счету — после грызунов, насекомых, червей, микроорганизмов. И в переносном смысле слова.

Зеленый враг подтачивает силы урожая изнутри. Подсчитано, что злостный сорняк осот берет из почвы азота в полтора, а калия в два раза больше, чем зерновые хлеба. Полынь, лебеда, проникнув на пшеничное, кукурузное или ячменное поле, вытягивают из него в 2–3 раза больше влаги, чем культурные растения. Сорняки, таким образом, отнимают у хлебов и пищу и воду. Хлеба чахнут — урожай падает. Четыре стебля канадского чертополоха на участке в 16 квадратных футов снижают урожай яровой пшеницы на треть!

Тысячи лет земледелец беспрерывно борется с зеленым врагом. Мотыга, кетмень, тяпка. Эти орудия ручного труда известны испокон веков. И сегодня мы видим их на поле рядом с трактором и комбайном, картофелесажалкой и дождевальной машиной. Наш век ознаменовался решительным переходом к механизации. Иначе было нельзя, ибо посевные площади резко возросли. Машины теперь пашут, сеют, боронуют, культивируют, поливают. Но даже квадратно-гнездовые посевы, которые позволяют вести обработку в двух направлениях, не решили проблемы сорняков.

В рядках, куда стальные ножи культиватора не могут дотянуться, растут себе осот и вьюнок, молочай и сурепка. Только кетмень или мотыга выручают современную технику. На огородах и хлопковых плантациях, на картошке и кукурузе без них не обойтись и сегодня. А хлеба? Ведь туда, где пашня занята сплошным посевом, мотыге дороги нет. И руками рожь не прополешь. Там-то и воцаряется зеленый враг. Как и положено лазутчику, он до поры до времени незаметен. Насыпьте в ладонь горсть семенной ржи и семена костра ржаного. Вряд ли вы их отличите. Семена сорных растений часто схожи с культурными по форме, величине и весу, и их трудно бывает разделить.

Сорняки при первом удобном случае поднимают голову. Брошенные в почву, их семена держатся в тени долгие годы, чтобы неожиданно объявиться и начать действовать во вред урожаю. Очень долго не теряют всхожести семена звездчатки — в воде два года, в почве до пяти лет. Семена овсюга сохраняются в складских помещениях до 20 лет!

Беспощадная истребительная война, объявленная зеленому врагу тысячи лет назад, так и не привела к окончательной победе. Выкорчевывая сорняки одной рукой, другой земледелец осуществлял жестокий отбор наиболее выносливых организмов. Эта непроизвольная селекция сделала и делает свое дело. Слабые погибали, стойкие оставались и давали потомство еще более жизнеспособных и плодовитых представителей. Колос овса приносит сотню-другую зерен, овсюг — в 5–6 раз больше. Только одно растение лебеды оставляет на квадратном метре пашни в несколько раз больше потомков, чем сеялка бросит в борозду хлебных зерен. Просо волосовидное — чемпион плодовитости — дает 1 миллион 250 тысяч семян.

Вред, причиняемый хозяйству сорняками, не ограничивается тем, что они грабят урожай, отнимая у культурных растений пищу, свет, влагу. Многолетние сорняки — пырей, острец, свинорой — своими мощными корневищами мешают вспашке. Зеленый враг затрудняет уборку, забивая режущий аппарат и молотилку комбайнов. Падает производительность машин, растягиваются сроки полевых работ.

Куколь, плевел опьяняющий делают муку ядовитой. Лютик, чемерица, безвременник отравляют скот на пастбищах. Полынь и щавель ухудшают вкус молока.

Сорняки, как правило, представляют рассадник для всяческой нечисти, жаждущей полакомиться плодами урожая. Вот заразиха. Это растение-паразит не имеет зеленых листьев. Оно присасывается к полыни или дурнышнику, а оттуда перекидывается на подсолнечник.

Опасная болезнь — ржавчина, поражающая пырей, переходит на хлебные злаки.

Луговой мотылек и озимая совка гнездятся на листьях лебеды или осота. Здесь они кладут свои яйца, отсюда гусеницы их совершают набеги на культурные растения.

Нанести удар по сорнякам — это значит оздоровить всю обстановку в земледелии.

Полторы тысячи сорняков разных видов наносят колоссальный ущерб сельскому хозяйству СССР. Ежегодные потери составляют около 1 миллиарда рублей.

Отступление первое. «Нет ничего практичнее хорошей теории».

Не помню, кому принадлежит это выражение. Подобную мысль высказывали многие исследователи — и теоретики и практики. «Наука — капитал, а практика — солдаты», — говорил Леонардо да Винчи. Положение, справедливое для всех времен, на иных этапах развития науки становится как никогда злободневным. Нечто подобное происходит сейчас в биоорганической химии. Совершены сотни открытий, больших и малых, созданы или синтезированы многие тысячи неизвестных ранее веществ, накоплены миллионы (я нисколько не преувеличиваю, скорее всего преуменьшаю) новых фактов. Разобраться в их сложнейшем лабиринте возможно, только осветив дорогу вперед лучом теории. Выхватив главное, обойдя второстепенное.

В распоряжении химика, который ищет новый ядохимикат, находится ошеломляюще большой выбор препаратов. Идти путем, каким идут, скажем, селекционеры, — путем обычного отбора — не лучший выход. Во всяком случае, это не быстрейший способ. Чтобы перебрать, испытать в разных условиях и на разные свойства сотни тысяч веществ, требуются годы, десятилетия. И не всегда найденный таким путем препарат полностью отвечает возложенным на него надеждам. Вредители сумели отлично приспособиться, например, к ДДТ. Дошло до курьезов, впрочем, весьма печальных. Яд, направленный против паразита, неожиданно стал для него своеобразным «витамином». Клеши так к нему привыкли, что уже не могут жить без бывшего яда!

Итак, нужна теория, которая помогла бы найти такой яд, который нарушил бы звенья в обмене веществ вредоносных организмов необратимо.

Поиски новых препаратов велись до последнего времени ощупью, эмпирически. Достаточно надежные теории, которые помогли бы найти искомое на основе зависимости между составом, строением и биологической активностью вещества, только рождаются в умах ученых. Закономерно, что первые положительные результаты получаются там, где объединяют теоретические усилия мыслители разных направлений — биологи, химики, физики. Так был найден, например, уже упомянутый гексахлорбутадиен. Исследования по упругим парам и другим химическим и физическим свойствам, проведенные учеными НИИУИФ и МГУ, привели к открытию этого нового инсектицида. Исследования категорий дипаузы — периода покоя — у колорадского жука помогли ученым Института морфологии животных имени А. Н. Северцова разработать теоретическую базу для совершенствования борьбы с этим вредителем. Теория эта ложится в основу прогноза, когда колорадский жук наиболее уязвим, когда его легче уничтожить.

Теория прогноза, пожалуй, менее всего разработана. В области прогнозов погоды наукой достигнуты кое-какие успехи. Сельскому хозяйству нужен и другой прогноз: предсказать время появления, масштаб распространения и динамику развития вредителей и болезней растений.

Именно теория, разработанные ею основа и методы долгосрочных и краткосрочных предсказаний должны дать практикам могучее оружие для защиты урожая. Определить сроки проведения оздоровительных работ, спланировать заранее необходимые мероприятия и выбрать самый подходящий момент для нанесения превентивного удара по вредителям — это половина победы.

2,4-Д оказывает на зерновые и прямое воздействие. Как стимулятор роста. Доказательства? Достаточно сослаться на эксперименты, проделанные Центральным ботаническим садом Сибирского отделения Академии наук. Но прежде сделаем…

…еще одно отступление. Можно ли убить одним выстрелом трех зайцев?

Вопрос вовсе не риторический. Можно и нужно, если речь идет о практике ведения современного сельского хозяйства. Тут частенько мы сталкиваемся с необходимостью поступать именно так.

Вспомним одного из наших неприятных знакомых — хлопковую тлю. Опаснейший враг! До ¾ урожая может она погубить, высасывая соки из растений. Мало того, тля эта выделяет липкий секрет, который склеивает волокно. На выделениях поселяются микроорганизмы, образуя «ширу». Такой хлопок трудно собирать и еще труднее очистить.

Когда этот вредитель появляется на посевах, в ход пускаются все доступные средства: карболинеум, анабазинсульфат, внутрирастительные фосфорорганические яды.

Но ведь мы знаем, откуда берется тля! Она начинает свое развитие на сорняках. Зеленый враг очень часто поднимает голову раньше, чем появляются всходы хлопчатника. И именно здесь вредитель занимает первый плацдарм.

Не дать насекомым перекочевать на посевы. Не защищаться, а наступать! Уничтожать врага в зародыше. Это значит: первый выстрел должен быть произведен по сорнякам — на обочинах полей и перелогах, на межах и краях оросителей. По сорнякам — по насекомым — по болезням. По трем зайцам сразу.

Триединая формула эта может быть расшифрована и другим образом. Ботаники — энтомологи — фитопатологи. Ученые трех узких направлений должны действовать вместе, разрабатывая единый комплекс защиты.

Идея комплекса в наше время все настойчивее заявляет о себе. Парадоксально, но факт: чем дальше развивается та или иная отрасль знания, чем уже становится специализация, чем глубже уходит ученый в проблемы той же энтомологии, тем острей он чувствует потребность сомкнуть свои усилия с ботаником или физиологом, с биохимиком или физиком. И все чаще биолог жалеет, что он, скажем, не физик, а энтомолог — что он не химик. Не здесь ли скрыто начало новых и новейших наук, возникающих на стыках старых? Биолог стал одновременно физиком — и родилась биофизика. Примеры можно продолжить. Принцип останется тот же. Отцом новейшей науки является новый — комплексный — подход к старым отраслям знания.

Идея комплекса диктуется и экономической необходимостью. Цифры, которые характеризуют затраты на открытие или синтез новых препаратов, уже приводились. Речь идет о миллионах. Затраты эти в конечном счете окупаются. И все же хочется попроще, подешевле, поэкономнее. Конечно, не стоит бросаться в крайности.

Препараты широкого спектра действия нередко оказываются с подвохом. Примеры? Да возьмите любой инсектицид. Одним концом он наносит удар по врагу, другим — по союзнику. Если, конечно, не соблюдать мер предосторожности. И даже если соблюдать.

Препараты избирательного действия, как правило, дороги. Они тоже имеют слишком узкую специализацию. Узкая сфера применения — малый объем производства. Малый объем — большая стоимость.

Вот почему так радуются химики, когда оказывается, что их новое детище осваивает сразу две или три профессии. Что показала история с меркаптофосом? Этот фосфорорганический яд при всей своей эффективности в борьбе с насекомыми опасен и для человека. Санитарные органы настояли на его замене. Нужно было найти менее вредный, менее токсичный препарат. Но разве химики отказались от идеи использовать фосфорорганические соединения? Нет! Что это? Желание идти по уже проторенной дорожке? Не совсем так.

Эти соединения называют препаратами внутрирастительного действия. Что это значит? Яд всасывается растением. Он входит в его ткани, клетки, смешивается с его соком. Листья, бутоны, стебель, корни, цветы — все становится ядовитым в растении.

Будучи ядом для насекомых, препарат в то же время становится лекарством для самого растения. В фосфорорганические соединения входят сера и фосфор, микроэлементы, необходимые для питания растения. Выходит, что, защищая хлопчатник от вредителей, мы одновременно подкармливаем его через листья. Простейший комплекс воздействия: борьба с насекомыми плюс удобрение. Результат? Урожай хлопка-сырца выше, чем там, где обработка была проведена препаратом, не включающим в свой состав фосфор.

Отказавшись поневоле от меркаптофоса, химики создали новый фосфорорганический препарат М-81. Значительно менее токсичный для человека, он не уступает своему предшественнику по инсектицидному действию.

Другой пример. Авиахимическая прополка. С того дня, как над Ходынским полем в Москве поднялся маленький самолет «Конек-Горбунок» и разбрызгал какую-то жидкость, прошло более сорока лет. Сегодня сельскохозяйственная авиация вошла в деревенские будни. На ее плечи, точнее на ее крылья, возложены борьба с вредителями, прополка полей, подкормка их удобрениями с воздуха — два десятка видов сельхозработ. Авиация позволяет провести все эти операции в сжатые сроки.

Опрыскивая виноградник из ранцевого аппарата рабочий способен за день обработать всего 0,3 гектара. Вертолет МИ-1 делает за то же время в 200 раз больше! Один самолет АН-2 может за день подкормить удобрениями 400 гектаров. А прополка зерновых? Она стала осуществимой только благодаря химической авиации. При этом очистка полей от сорняков облегчилась и ускорилась в десятки раз.

Сорок миллионов гектаров посевов, виноградников, садов, пастбищ! Таков масштаб авиахимработ в 1965 году. Себестоимость их примерно одинакова по сравнению с наземными операциями. Но не всегда. Иногда над одним и тем же местом летчику приходится пролететь и два, и три, и пять раз. Сорняки, удобрения, разные вредители… Обработка одного гектара с воздуха влетает тогда колхозу в копеечку.

Как удешевить ее? Нужен комплексный подход, совмещение различных операций…

Тут мы возвратимся к нашей основной теме.

В 1961 году самолеты Западно-Сибирского управления ГВФ обработали с воздуха примерно 80 тысяч гектаров. Подкормка посевов удобрениями и химическая прополка производились одновременно. Минус одна обработка — это экономия средств, времени, горючего. И — как совершенно отчетливо выяснилось — существенная экономия химикатов.

В качестве иллюстрации просмотрим результаты комплексной обработки посевов пшеницы. Контрольное необработанное поле. Урожай — 17 центнеров с га. Вес сырой массы сорняков — 100 единиц.

Поле, опрыснутое гербицидом (из расчета 1 килограмм 2,4-Д на гектар). Урожай — 19 центнеров с гектара. Вес сорняков — 32 единицы. Почему меньше сорняков — понятно: сработала химия. Почему больше урожай — тоже ясно: хлеба не были угнетены сорняками и получили лучшее развитие.

Третье поле. Комплексная обработка: гербицид (из того же расчета) плюс удобрение (17 килограммов сульфата аммония). Эффект наводит на новые мысли.

Урожай — 20 центнеров с гектара. Вес сырой массы сорняков — 23. Откуда прибавка в зерне — понятно: сработал сульфат аммония. Но почему стало меньше сорняков — неясно. Ведь доза гербицида не увеличена? Следовательно, ответ надо искать в совместном действии удобрения и 2,4-Д. Видимо, добавление туков в раствор увеличивает токсичность.

Это предположение было подтверждено десятками других опытов. Добавка любых питательных солей — фосфорных, калийных, азотных — к гербициду усиливает его воздействие на сорняки. А поскольку яд стал сильнее, дозу его можно уменьшить. Допустим, на 200–300 граммов. Вот и еще один неожиданный источник экономии. Гербициды пока еще дороги — килограмм пентахлорфенолята стоит 2600 рублей. Экономя на граммах, можно сберечь миллионы.

Еще более важна экономия самих гербицидов. Химическая промышленность выпускает 30 тысяч тонн препарата 2,4-Д. Если применить его только на хлебных полях, гербицида и тогда хватит всего на 30 миллионов гектаров. Это пятая часть пашни. Двадцать процентов экономии — это еще 6 миллионов гектаров прополотых посевов. При минимальной прибавке урожая и то лишних 120 миллионов пудов хлеба!

Исследуя материалы тех же комплексных обработок посевов, сибирские ученые пришли к убеждению, что 2,4-Д действует двояко. На сорняки как гербицид. На культурные растения как регулятор роста.

Об этом заставляло думать самое простое сравнение двух опытных делянок. Там, где сорняки пропололи руками, урожай вырос на 10 процентов. Там, где применили химическую прополку, — на 15! Выходило, что гербицид не простой «санитар», но и вполне квалифицированный «врач».

Эксперимент с меченым фосфором лишний раз подтвердил догадки. Кормовые бобы были опрыснуты раствором фосфорной соли. Листья стали поглощать радиоактивный изотоп фосфора (P³²) с активностью 7996 импульсов в минуту. Стоило к раствору добавить гербицид — всего одну сотую процента 2,4-Д! — как активность поглощения выросла вдвое, до 15 883 импульсов в минуту.

Итак, второе лицо гербицида — стимулятор роста. У нас еще будет повод поговорить об этих его качествах. А пока вернемся к ядам.

«Химический топор», или снова 2,4-Д

Чудесная мотыга, подаренная химиками земледельцу, вызвала здоровую и не случайную зависть у лесников, животноводов и рыбаков. Люди этих профессий тоже сталкиваются с сорняками. Лесники — с сорными деревьями, животноводы — с сорными кустарниками на лугах и пастбищах, рыбаки — с сорной рыбой.

Загляните на вырубку, где был недавно сосновый лес, кедрач или ельник. Добрая половина молодых деревцев, поднявшихся возле пней, — ольха, осина, березка. Лиственные породы растут быстро, дружно. Хвойные возобновляются трудно, медленно. За десять лет кедр вырастает на каких-то полметра. Пока сосна укоренится и соберется с силами для быстрого роста, осина успевает стать взрослым деревом. Она затеняет хвойным дорогу к солнцу, глушит их и становится хозяйкой леса.

Деловая древесина уступает место сорной. Масштабы этого явления значительны. Каждый год площадь, занимаемая хвойными в нашей стране, уменьшается примерно на 2,5 миллиона гектаров. Даже если не рассчитывать на стихийное возобновление леса и засевать вырубки сосной или елью, все равно лиственные породы подбросят в хвойный лес своих крылатых диверсантов, свои семена.

Два с половиной миллиона гектаров — это 25 тысяч квадратных километров. Прополоть такой лес вручную — скажем, вырубить осину топором — немыслимое дело.

На помощь пришли арборициды (от слова «арбор» — «дерево»). Химики Ленинградского НИИ лесного хозяйства применили для «прополки» леса уже знакомое нам вещество — 2,4-Д. Способ употребления тоже знакомый — опрыскивание с самолета или обработка наземными аэрозольными генераторами.

Арборициды помогают наводить порядок не только в лесу. Область их действия может быть много шире. Пашня, луга и покосы, поймы северных рек — всюду, где дикие заросли кустарника вытесняют кормовые травы, самое место пройтись «химическим топором».

Возьмем, к примеру, Вологодщину. Здесь заросло кустами и малоценным лесом более миллиона гектаров кормовых угодий. В ольшанике не очень-то разойдется коса, здесь нет раздолья скоту, да и трава не та — чахлая, несъедобная. Наверное, реальной может быть такая картина. Над зарослями прошелся самолет-корчеватель. Минует неделя-другая, и в чащобе наступает осень, хотя на календаре пока что июль. Листья буреют, жухнут и осыпаются. Зато внизу, под оголенными деревьями, начинается весна. Поднимаются в рост кормовые травы: мятлик, овсяница, райграс, луговица. Пастбище возвращается в строй!

Чтобы лес и кустарник засохли на корню, нужны более внушительные дозы яда, чем для сорняков в поле. Но и 5 килограммов на гектар — это сравнительно немного. Против кустарников лучший результат дает другой препарат — 2, 4, 5-Т. Он уже испытан на площади 70 тысяч гектаров и неплохо зарекомендовал себя. Широкое применение химических «авиабомб» позволит быстро ввести в сельскохозяйственный оборот миллионы гектаров сенокосов, пастбищ и залежей.

И опять следует оговориться: «бомбометание» непременно должно быть прицельным! Под крылом самолета не только сорный кустарник. Там, внизу, — гнезда птиц, норы животных, полезные насекомые… Чтобы не задеть ненароком этих союзников земледельца, наука и создает «самонаводящиеся бомбы». Гербициды избирательного действия — сайфос, пропантид, карбин — настойчиво просятся на поля: ведь в конечном счете они обойдутся народному хозяйству дешевле, чем неразборчивые «фугасы», уничтожающие все живое.

Сорную траву с поля — вон!

Химическая прополка вносит буквально революцию в борьбу с сорняками.

Несмотря на сравнительно высокую еще стоимость, гербициды оказались очень экономичными со всех точек зрения.

Экономия времени прежде всего. Чтобы прополоть гектар льна вручную, требуется 20 и больше рабочих дней. Химическая прополка той же площади может быть осуществлена за 40–50 минут.

Экономия средств, во-вторых. Применение гербицида дикотекс на посевах льна обходится в 10–12 раз дешевле, чем ручная прополка сорняков.

Экономия труда, в-третьих. Препарат симазин, уничтожая сорные травы на кукурузных полях, сокращает затраты труда в 20–30 раз.

Но это не все преимущества гербицидов.

В большинстве случаев их применение приносит не только экономию, но даже прибыль. «Посеешь рубль — соберешь десять», говорят химики. Эта цифра средняя. В некоторых ситуациях рубль, затраченный на внесение гербицидов, приносит урожай дополнительной стоимостью в 200–300 рублей!

Особую ценность представляют препараты, которые применимы там, где ни человеческие руки, ни самая хитроумная агротехника не в состоянии бороться с зеленым врагом.

Повилика… Этот злостный сорняк-паразит резко снижает урожайность клевера, люцерны, сахарной свеклы. У повилики нет своих корней. Она впивается в стебель растения своими присосками и тянет из него соки. Выполоть ее нет никакой возможности.

Против повилики применяются гербициды контактного действия, допустим — нитрофен. Они обжигают листья растений, те желтеют и засыхают. Нитрофен не очень-то разборчив — от его ожогов страдают все растения подряд. Но есть одна тонкость в его действии. Он поражает листья, не трогая корневой системы. У повилики нет своих корней, и, когда засыхают ее листья, она погибает. Люцерна же быстро оправляется от ожогов и отрастает вновь.

Хлебные злаки тоже устойчивы к контактным гербицидам. Точка роста их в фазу кущения хорошо защищена. Даже если в результате ожога все листья пшеницы отомрут, растение переболеет и после некоторой задержки снова пойдет в рост.

Но мы все говорим о препаратах, которые защищают урожай хлебов. А как быть, если нужно защитить овощи или картофель, защитить от злаков, среди которых много сорных видов?

Злаки тоже могут быть уничтожены химическим путем.

Противозлаковые препараты сильнее всего действуют на корни растений и потому вносятся в почву. Они проникают в ткани злака и парализуют процесс деления клеток. Корешок пшеницы, встретившись в почве с раствором ИФК или другого химиката, перестает расти. Одна за другой останавливаются точки роста — и весь организм гибнет. Даже такой жизнеспособный сорняк, как пырей ползущий, не выдерживает натиска химии.

Значительно сложнее приходится земледельцу, когда посевы зерновых засоряются растениями из того же семейства. Применить в посевах пшеницы противозлаковый препарат — значит сгубить урожай.

Освоение целины идет уже более десяти лет. Из года в год на одних и тех же площадях сеется пшеница по пшенице. Из года в год на целинных полях все меньше урожайность хлебов. Почему? Истощение почвы? Не только и не столько.

Вглядимся внимательно в желтеющую ниву где-нибудь в Карагандинской области. Посмотрите, сколько здесь сорняков. Откуда они? Их вывел человек, отобрав самые жизнеспособные вредные растения. Ведя одной рукой борьбу с сорняками, другой рукой земледелец совершает бессознательную и неизбежную селекцию. Вот в поле идет авиахимобработка. Ее цель — уничтожить двудольные, чтобы дать простор злакам. Пшеница — злак. Но злак и овсюг. И заодно с пшеницей он тоже получает простор. На одном квадратном метре пшеничного поля в совхозе «Рассвет» я насчитал до тысячи сорняков. Овсюг настолько заполонил посевы, что урожай зерна составил чуть больше 4 центнеров с гектара.

Казалось, химия зашла в тупик. Применять против злаков противозлаковые препараты? Не бессмыслица ли? Нет. Тому пример действие карбина. Получить его было нелегко — 4 тысячи образцов химических соединений типа карбаматов были синтезированы и испытаны. И только один был допущен к эксперименту на больших площадях.

Карбин действует системно. Проникая в ткань растения, он угнетает его развитие. Карбин убивает и овсюг и пшеницу. Но у каждого из этих злаков своя смертельная доза. Овсюг начинает страдать, если внести на гектар всего 200 граммов карбина. При дозе в 500 граммов он гибнет. А пшеница не так чувствительна к этому яду. Она угнетается только при дозе выше чем полкилограмма на гектар.

Опыты двух последних лет в Целинном крае показали, что карбин может сберечь миллионы пудов зерна.

Использование гербицида на сотнях тысяч гектаров дало настолько большой агротехнический и экономический эффект, что необходимо позаботиться о применении их на миллионах и десятках миллионов гектаров, на посевах не только технических, но и продовольственных и кормовых культур. Это не только гарантирует высокий и устойчивый урожай, но и резко повысит производительность труда, высвободит колоссальное количество рабочей силы для других работ.

Наш брат журналист любит писать о гербицидах как о волшебных помощниках земледельца. Так оно, конечно, и есть. Не нужно забывать только, что эти волшебники — творение мозга и рук человеческих, что на пути их создания еще много «белых пятен».

Биологам, работникам сельскохозяйственной науки предстоит исследовать и понять, как и во что превращаются эти соединения в организме растений и как они влияют в дальнейшем на обмен веществ.

В проблеме гербицидного действия еще многое неясно, не решено и просто неизвестно. Это признают сами ученые. Академик Н. М. Сисакян пишет, например:

«Пока еще в большинстве случаев люди ищут новые регуляторы роста эмпирически, отбирая лишь на основании опытов химические соединения, которые оказывают влияние на рост и развитие растений. До сих пор нет удовлетворительного объяснения природы действия гербицида на растение. Неизвестно даже — общий ли механизм действия всех гербицидов или каждый из них действует по-своему».

В арсенале земледельцев появился недавно новый страж урожая — симазин. Он применяется для химической прополки кукурузы. Внесенный в почву до посева, он беспощадно уничтожает все живое, не трогая только кукурузы. Секрет иммунитета кукурузы скрыт в ней самой. В ее тканях содержится комплекс ферментов, разрушающих ядохимикат и обезвреживающих его действие. Ферменты — новое слово в нашем рассказе. Подобный разговор о них мы отложим до более удобного случая. А пока — об иммунитете и о болезнях растений.

«…Что значит золотуха в сравнении с тем голодом, который в 1847 году постиг в результате болезни картофеля Ирландию и который свел в могилу миллион питающихся исключительно — или почти исключительно — картофелем ирландцев, а два миллиона заставил эмигрировать за океан!» Я привожу эту цитату из «Диалектики природы» Ф. Энгельса для того, чтобы читатель представил себе, какое важное значение имеет организация борьбы с болезнями сельскохозяйственных культур.

Стимуляторы только усиливают жизнедеятельность организма. Они не заменяют ему питательных веществ. Ни ауксин, ни другие ростовые вещества не могут стать пищей. Но они могут помочь растению лучше усваивать удобрения, а животному — корм. Подстегнутая кнутом овца бежит в указанную пастухом сторону. Там больше травы — этот толчок пойдет ей на пользу. Ауксин тоже подталкивает растение, заставляя его интенсивнее питаться.

Если пастух собьется с верной дороги, палочка-погонялочка вряд ли выручит и стадо и его самого. Придется поголодать в поисках хорошего пастбища. Правильный севооборот и разумная агротехника — вот та надежная дорога, с которой не должен сбиваться земледелец.

Миллион поклонов

Хлопок царствует в республиках Средней Азии безраздельно. Это неумолимый тиран в пору уборки. Города и кишлаки пустеют, караваны автобусов и грузовиков отвозят на плантации добровольцев — мужчин, женщин и даже детей.

Каждое утро жители Ташкента, Душанбе, Ашхабада, Фрунзе открывают газету, чтобы прежде всего прочитать оперативную сводку с хлопкового фронта.

Сборщики подвязывают себе на шею канар — фартук и углубляются в поле, срывая с каждого куста несколько белоснежных клочков, выглянувших из раскрытых коробочек. Когда канар наполнится хлопком, его относят на весы. Опытный дехканин может собрать до 100 килограммов сырца в день. Горожане умудряются сдавать по 60–70 килограммов. В конце дня после этой работы непривыкший человек чувствует себя разбитым.

Композитор В. П. Соловьев-Седой побывал как-то в хорезмском колхозе. После шефского концерта он решил выступить в несколько необычном амплуа. Повязав канар, именитый песенник несколько часов, не разгибая спины, трудился на хлопковом поле. Десять килограммов сырца отнес он в конце концов на весы. Столичной знаменитости и в этой обстановке не удалось избежать интервью. Отирая соленый пот, композитор сказал: «Теперь я понимаю, каково женщине на хлопке. Понимаю, почему узбечка так упрямо стремится за руль хлопкоуборочного комбайна!»

Да, хлопок требует великих затрат человеческих сил. И лежит эта работа в основном на плечах женщин.

Опытные сборщицы собирают за сезон до 20 тонн сырца. Тонны складываются из граммов: каждый пушок хлопка в одной коробочке весит 3–3,5 грамма. Шесть-семь миллионов коробочек нужно опорожнить, чтобы набрать 20 тонн. Миллион раз женщине приходится нагибаться и разгибаться, присаживаться на корточки и вставать возле хлопкового куста. Десятки тысяч раз ей необходимо отнести на себе немалый груз на расстояние, которое к концу уборки достигает сотен километров.

Но, пожалуй, самое сложное заключается в том, что урожай нельзя собрать за один раз. Я вспоминаю время, когда пытались внедрить эту культуру у нас на Кубани. Хлопок был посеян по всем правилам агротехники. Обработан и полит. Несмотря на относительную прохладу климата, поздней осенью раскрылись белые коробочки. Казаки дружно вышли на уборку. Урожай — а он был весьма скуден — был собран и сдан. Все с облегчением вздохнули. С новой культурой было слишком много хлопот, и занимались ею с неохотой, под нажимом сверху. Наступил декабрь. Однажды утром, после трех теплых ясных дней, поле снова покрылось белоснежными хлопьями. То был не снег, а снова хлопок. Второй урожай собрали. Подсчитали казаки, сколько он стоит, а также сколько стоит уборка. И — отказались от хлопка!

Хлопковые коробочки созревают постепенно. На одном кусте можно увидеть сразу и цветы, и зеленые капсулы, и горсти «белого золота». Поэтому уборка длится до четырех месяцев — последний урожай собирается только в декабре.

Сбор хлопка в течение веков ведется руками, требуя мобилизации всех сил, всех транспортных средств. Еще не так давно трудно было вообразить, что одним прекрасным днем уборка будет механизирована. Да и можно ли создать машину, которая, пройдя по полю, сорвет только созревшие коробочки, оставив в покое еще не раскрывшиеся? Так или иначе, конструктивное решение было найдено, хотя хлопкоуборочный комбайн еще далек от совершенства.

Голубые корабли стали непременной деталью пейзажа на орошаемых землях. Величественно и неторопливо они движутся вдоль борозд, втягивая хлопок своими щупальцами и набивая огромные горбы белой ватой.

Борозда остается позади. «Растаяли» белоснежные хлопья, только что усыпавшие кусты хлопчатника. Да и кустов в привычном понимании этого слова больше нет. Остались торчать только голые стебли гуза-пая. Точность требует сказать, что на стеблях осталось еще немало нераскрывшихся коробочек. Серовато-рыжие, под цвет поля, они не очень-то различимы. Мы вернемся вместе с комбайном через некоторое время, когда коробочки раскроются и на плантации снова «выпадет снег». А пока разговор о листьях.

Листопад по заказу

Хлопчатник — растение многолетнее, листопадное. Он сбрасывает листья к концу своей вегетации. У себя на родине, в сухих тропиках Перу и Мексики, дикий хлопчатник вегетирует только в период дождей. Наступает засуха — листья осыпаются. Это предохраняет растение от гибели.

Культурный хлопок тоже иногда сбрасывает листву. Это случается при неблагоприятных внешних условиях — засолении почвы, пыльных бурях, заморозках. Недостаток воды, болезни вызывают ту же защитную реакцию у растения. Оно сбрасывает листья и переходит в состояние покоя. Резкое сокращение жизненных функций помогает ему безболезненно перенести неблагоприятные внешние воздействия.

У многолетних растений северных широт реакция на морозы та же — прекратить рост, сбросить листья, иногда даже побеги, и уснуть до следующей весны.

Каков механизм этого процесса? Кто управляет им?

Механизм опадения листьев — дефолиации — отчасти можно наблюдать невооруженным глазом. У основания черешка листа появляется полоска отделительного слоя. Черешок как будто перетянут ниткой, врезающейся в ткань все глубже и глубже. Вооружившись микроскопом, мы увидим, что происходит внутри ткани растения. Клетки ее одна за другой делятся, округляются и обособляются друг от друга. Они жадно всасывают воду, растут и разрывают покровные ткани.

Лист теперь держится только на сосудисто-волокнистом пучке. Малейший толчок, дуновение ветра, и он осыпается. Нечто похожее мы уже видели. Помните, как гербициды убивают сорняки?

Дефолианты действуют тоже избирательно. Только они убивают не весь организм, а часть его — листья. Потому они и называются «дефолианты», то есть «лишающие листьев».

Зеленые листья — серьезное препятствие для работы хлопкоуборочных машин. Рабочие органы комбайнов обрывают листву при сборе хлопка и выжимают из нее зеленый сок — он пачкает сырец. Зеленая масса забивает шпиндели — машину приходится останавливать для очистки и промывки. Попав в хлопок, листья быстро засыхают, крошатся — сырец засоряется.

Влага, испаряющаяся из листа, поглощается волокном — хлопок приходится лишний раз сушить.

Выход один — убрать листья, прежде чем пустить на плантацию машины. Еще одна уборка на том же поле? Да. Но иногда выхода нет. Путь на поля хлопкоуборочной машине прокладывает химия.

В 1938 году впервые был применен для предуборочного удаления листьев хлопчатника цианамид кальция. Вещество это давно известно сельскому хозяину. Уже около семидесяти лет цианамид используется как азотное удобрение. Азота в нем содержится значительно больше, чем, скажем, в аммиачной селитре. Но и стоит он соответственно дороже. Поэтому и применялся цианамид на небольших площадях.

Шаг за шагом агрохимики открывали цианамид заново.

Сначала было обнаружено, что он может быть не только удобрением, но и гербицидом. Применив однажды цианамид для подкормки трав, фермер заметил, что химикат заодно уничтожил все мхи на лугу. Потом оказалось, что цианамид — союзник лука, моркови и капусты. Он избавляет овощи от сорняков семейства крестоцветных.

Были обнаружены и фунгицидные свойства цианамида. Он стал применяться как лекарство против ржавчины хлебных злаков.

И наконец, он стал дефолиантом.

Дана команда «стоп!»

Еще со школы мы знаем, что растение дышит; что в зеленом листе непрерывно осуществляется фотосинтез: образуются углеводы, белки и другие необходимые для питания растения органические вещества; что в этом процессе поистине «космическую роль» (слова Тимирязева) играет пигмент хлорофилл. Он поглощает энергию солнечных лучей и трансформирует ее в химическую энергию органических соединений.

Зеленый лист — это огромный город. Тысячи его кварталов-клеток пересекаются во всех направлениях узкими улочками и широкими проспектами. Движение на улицах не прекращается ни на минуту. Оно затихает только ночью. Здесь господствуют свои правила уличного движения. За их неуклонным исполнением следит целая армия регулировщиков — и знакомые нам ауксины и еще незнакомые ферменты.

Частицы хлорофилла — это своеобразные гаражи, откуда начинают свое движение по разным маршрутам транспорты с пищей и строительным материалом. Летом поток их непрерывно поступает на новостройки города.

Осень включает стоп-сигнал на всех перекрестках города. Жители его не приспособлены к холодной зиме. Дома не отапливаются. Надо покидать обжитые квартиры. И начинается всеобщая эвакуация.

Представителей ОРУДа сменяют регулировщики «военного времени». Это так называемые антиауксины и прежде всего газ этилен. Перед осенним листопадом он занимает все перекрестки зеленого листа. Этилен и направляет эвакуацию. Он же стимулирует образование отделительного слоя у листового черешка, то есть ставит последний шлагбаум. Но прежде чем у черешка будет поставлен этот шлагбаум, палочка этого регулировщика направляет весь поток беженцев на новые квартиры. Питательные вещества и физиологически активные элементы протоплазмы, покинувшие клетки листа, — аминокислоты, продукты гидролиза белков, витамины, ферменты, сахар, органические кислоты — транспортируются в семена. Там они превращаются в крахмал, жиры и белки. Процесс созревания семян заметно ускоряется.

Так происходит в природе.

Тот же процесс искусственно вызывают дефолианты. Попав на увлажненные росой листья, цианамид кальция уже через час начинает хозяйничать в «зеленом городе». Прежде всего он отстраняет от работы регулировщиков. Ферменты, регулирующие фотосинтез, им разрушаются. Движение стройматериалов на новостройки прекращается. Крупные блоки белков «разбираются» на отдельные кирпичи — аминокислоты и отправляются за пределы города. Они поступают теперь на объект № 1. Это хлопковые коробочки, в которых идет процесс созревания волокна и семян.

Если обработать плантацию хлопчатника 1 сентября, то уже 20-го можно начинать уборку. К этому времени листопад почти закончится. Главная помеха на пути комбайна будет устранена.

За те же двадцать дней мы можем убедиться, что дефолиант дал мощный толчок и другим процессам. Как только начали опадать листья, изменился климат на плантации. Стало теплее. Коробочки, скрытые раньше в тени листьев, попали под действие солнечных лучей и стали быстрее созревать и быстрее подсыхать. Это очень важно: чем суше волокно, тем меньше с ним возни при дальнейшей обработке. Прежде чем направить свой комбайн в борозду, механизатор подсчитывает количество раскрывшихся коробочек. Арифметика простая: чем их больше сейчас, тем меньше останется для следующего захода.

На каждом кусту насчитывается примерно с полсотни бутонов. К 20 сентября обычно раскрыто всего 2–3 коробочки. Дефолиант резко сдвигает все процессы. Под его воздействием к тому же дню открывается 35–40 коробочек. И открывается зеленая улица хлопкоуборочным комбайнам.

При хорошей дефолиации механизатор убирает примерно 90 процентов урожая за два раза. Только десятая часть остается на долю ручного труда. С этим пока можно смириться. Но только «пока».

…Отступление четвертое. Пустое поле, хлопковый фронт и другие проблемы.

Каждый год, когда теплые апрельские дожди прибьют пыль на дорогах и смоют с неба скучную серую дымку, я еду в пустыню! Еду, как и многие жители Ташкента или Ашхабада в эту пору, собирать грибы. Да, да, по грибы. И не в лес, а в пески или такыры. Обычно бурая мертвая гладь их весной поражает буйством красок и жизненных сил. Зеленая отава трав, алые костерки маков. И белые степные грибы. Они вспарывают гладь такыра своими упругими телами и просятся в лукошко или заменяющий его нынче полиэтиленовый мешочек.

Возвращаешься не с пустыми руками.

Пестрые краски Голодной степи или Каракумов по мере приближения к городу сменяются унылым однообразием сероземов. Щемит сердце, когда после только виденного великолепия природы перед взором расстилается пустое поле. Только торчат на нем бодылки запаханной с осени гуза-паи.

Пустое поле… Нерадостен его вид, хотя и знаешь, что через день-другой, когда пообсохнет и потеплеет земля, здесь зашумят деловито машины и в пашню упадет добротное семя хлопка, джугары или люцерны.

Сев начинается в апреле. С ноября, чаще с декабря, поле стоит голым под солнцем, под ветрами. Реже под дождем или снегом.

Пустое поле… Оно и не может быть другим в это время. Ну что можно сеять в пору, когда землю схватывают заморозки и она звенит под ногами, как туго натянутый бубен? Сеять можно было бы пораньше, в октябре, когда зерна пшеницы или бобы еще успевают дать всходы и уйти под зиму сплошным зеленым ковром.

Но уборка хлопчатника тянется до конца ноября. Человеческие руки с трудом справляются с этим делом, доставая в иные годы хлопок прямо из-под снега в преддверии Нового года. Хлопковый фронт требует едва ли не полных мобилизаций. Посудите сами: чтобы собрать в 1964 году весь сырец Ферганы, потребовалось 300 тысяч сборщиков из городов области. Не дехкан, не жителей сел, а в помощь им еще и 300 тысяч человек из города. Студенты, рабочие, служащие вносят ежегодно свой вклад в сбор «белого золота». Но это становится слишком накладным для государства. Чтобы собрать весь урожай хлопка в стране, требуется ежегодно отрывать от работы на предприятиях, от учебы и даже от научной деятельности миллион горожан. Отрывать не на субботники и воскресники, а на целый месяц, а то и больше.

Выход один — химизация и механизация уборки. Создание более эффективных и дешевых дефолиантов и более совершенных машин.

Цианамид — неплохое средство. Но он хорош для Америки, где более влажный климат. В Средней Азии росное утро — редкость. Роса, если она выпадает, держится до восьми утра, и летчики, обрабатывающие поля дефолиантами, должны иной раз укладываться в эти часы и минуты.

Химики ищут — и находят! — новые препараты. В НИИУИФ изучено более 250 химических веществ. Некоторые перспективны. Назовем их: хлорат магния, эндотал. Они действуют резче и быстрее цианамида.

Эндотал ускоряет раскрытие коробочек в 2–3 раза. Уже на 6-й день созревают и готовы к уборке до 97 процентов коробочек! Это значит, хлопок можно значительно скорее убрать весь. И убрать машинами. Три-пять процентов урожая останутся только на долю ручного труда. Очень важно, что урожай будет снят до морозов. Доморозное волокно — это первый сорт. Из него ткутся лучшие хлопчатобумажные ткани. Коробочки, которые, не успев раскрыться, попали в заморозки, — это курак. Он годится только на химическую переработку — из него получают целлюлозу, гидролизный спирт, кормовые дрожжи. Тоже неплохо, но главная цель выращивания хлопка — получить волокно.

Новые препараты помогают ее добиваться с большим успехом. Они отлично действуют в меньших дозах. Расход цианамида кальция на гектар достигает 50 килограммов. Хлората магния — только 10. Эндотала и того меньше — 1,2 килограмма.

Допустим, что на одном гектаре растет 24 тысячи кустов. Значит, на каждый куст попадет вместе с раствором всего лишь пять сотых грамма химиката. Каких-то несколько пылинок! Но именно эти карлики приведут в действие гигантские силы. Я был на полях прославленного совхоза «Савай», когда там испытывались эндотал и другие препараты. Искусственный листопад был произведен здесь за неделю. Уборка проведена за две. Следом за голубыми кораблями на плантациях появились корчеватели. Они быстро собрали гуза-паю — стебли хлопчатника. И уже в начале октября поле было готово принять семена нового урожая.

Только месяц на всю уборку! По этому поводу можно было сказать много красивых и возвышенных слов. О техническом прогрессе. О новой агротехнике. О новых возможностях, которые открывает химия в хлопковом деле.

А я почему-то думаю о старине. Думаю о забытом. Есть такая культура, древняя, как сама земля. Шабдар, или персидский клевер. Дехканин, который возделывал хлопок — гузу, никогда не забывал о шабдаре. Как только кусты гузы покрывались белоснежными хлопьями, он бросал в борозду семена шабдара.

К тому времени, когда уборка сырца завершалась, семена прорастали.

Под зиму поле уходило зеленым, а весной, иногда уже в феврале, когда выпадали первые дожди, клевер принимался в рост. В апреле — укос. Урожай 100 и больше центнеров сена с гектара. Я не буду говорить о том, что шабдар — отличный медонос, что это великолепный белковый корм.

К нему в полной мере относится все то, что мы привыкли слышать о клевере.

Шабдар — культура особая. Земледельцу прошлого он служил зеленым удобрением: накапливал в почве азот подобно люцерне и другим бобовым. Если дехканин сеял после шабдара хлопок, то травы не скашивал. Попася на поле скотину, он запахивал клевер, который становился удобрением.

Если потом шла джугара (сорго), то и после укоса для нее кое-что оставалось в почве. Органические остатки шабдара удобряли землю и повышали урожаи зерна и силосной массы.

Дехканин ценил шабдар и за другое его свойство. Эта культура — надежный рассолонитель. Уже в наши годы Центральная мелиоративная станция «Золотая орда» провела посевы шабдара на старинный манер — в междурядья растущего хлопчатника.

Опыт проводился на засоленных землях. Осенью и зимой их обычно промывают, иначе нечего и думать о приличном урожае: соль, выступающая на поверхность почвы, безжалостно его съедает.

На каждый гектар тратятся тысячи кубометров воды. Воды, которую неплохо было бы запасти на лето, на засушливое время года. Что дает промывка? Вот расчет. Содержание хлор-иона в слое от 0 до 60 сантиметров уменьшается в 3,7 раза, плотный остаток солей — в 1,25 раза.

Шабдар, посеянный в хлопчатник, приносит еще больший эффект без расхода воды. Содержание солей в пахотном слое снизилось после шабдара соответственно в 5,1 и 1,8 раза!

Николай Иванович Вавилов как-то сказал, что новой культурой следует считать и старую, забытую, когда она опять внедряется в производство.

Дефолианты сократят сроки уборки хлопчатника и откроют дорогу на поля традиционным культурам — персидскому клеверу, люцерне, памирской ржи, бобовым… Великолепные карлики вызовут эти культуры к новой жизни. На новой основе, на новых просторах. На больших площадях.

Пустое поле… Оно, занимающее в орошаемых районах несколько миллионов гектаров, станет вечнозеленым! И хотя мы будем снимать с него два урожая в год, оно не оскудеет.

…Но вернемся к дефолиантам.

Применить их на всех хлопковых плантациях — это значит ликвидировать хлопковый фронт. Это значит — получить за счет быстрейшего созревания худо-бедно 250 тысяч тонн дополнительного сырца — урожай целой хлопковой республики Каракалпакии. Это значит — сберечь народному хозяйству 120 миллионов рабочих дней. Рабочий день всей страны! Посмотрите в справочниках, сколько он стоит, что дает нам один только рабочий день Страны Советов!

Совмещенные профессии химикатов

Мы видели, что дефолианты неплохо освоили профессию хлопкоробов. Добавим только, что на хлопковой плантации они выступают также и в роли санитаров. И цианамид и другие препараты уничтожают микроорганизмы на поверхности коробочек и предохраняют их от загнивания и болезней.

Садовод — вторая профессия дефолианта. Саженцы плодовых деревьев в питомниках выкапывают обычно до листопада. Чтобы деревце поскорее «уснуло» (а во сне, как мы знаем, оно будет устойчивее к холодам), листья отрывают вручную. Операция трудоемкая, долгая и несовершенная. Но ее можно преспокойно доверить дефолиантам.

Управлять листопадом полезно и на взрослых деревьях.

Позднее опадение листьев иногда вредно сказывается на подготовке сада к перезимовке.

Пока живут листья, живут и побеги. Они продолжают расти, и, если неожиданно грянут морозы, молодые побеги погибают. Листья, пока они живы, продолжают испарять влагу, поступающую в растение из почвы. Они иссушают и почву и растение. А иссушенные растения хуже переносят зиму.

В саду дефолиант снова выступает в роли санитара. Розы на зиму укрывают. Но прежде с них надо оборвать листья. Если этого не сделать, весной вы увидите, что листья покрылись белым войлоком, — это болезнетворные грибы. Болезнь нужно уничтожать в зародыше. И осуществить необходимую профилактику поручают дефолиантам.

Повышение дозы дефолианта повышает и его квалификацию. Точнее, перед ним открываются новые перспективы применения. Дефолиант становится дессикантом, или высушивателем. Нет, не только на хлопковом поле! Сушка зерна, сушка семян, высушивание ботвы. Сфера применения дессикантов может стать весьма обширной. Примеры? Пожалуйста.

Ботва картофеля. Перед уборкой ее очень неплохо было бы высушить. Ботва мешает работе уборочных машин. Она служит рассадником фитофторы, гнили и других грибных и вирусных заболеваний. Дессикант настолько уменьшает ботву в объеме и весе (в 12 раз!), что сгребать ее и убирать с поля нет смысла.

Дессикация семенников. Известно, что сельскому хозяйству северных районов остро не хватает семян кормовых культур. Люпин, клевер, люцерна, вика в условиях Смоленщины или Белоруссии вызревают с трудом — мешают ненастье, дожди. А если и вызревают, то крайне неравномерно, что затрудняет механизацию уборки семян. Положение меняется с приходом дессикантов. Люпин, обработанный роданидом натрия, поспел на 34 дня скорее обычного. Собранное зерно не потребовалось даже сушить — оно имело кондиционную влажность: всего 16 процентов. А влажность у зерна на необработанных участках оставалась в 4 раза выше.

Много хлопот дождливой осенью хлеборобам доставляет сушка зерна. Прежде чем засыпать урожай на хранение, надо понизить влажность его до 16 процентов. Дессиканты в состоянии справиться и с этой работой. Предварительный опыты показали, что они понижают влажность зерна до нужного уровня прямо на корню. Вот хлоратхлорид кальция — новейшее оружие в арсенале химиков. Опрыснутая им пшеница поспевает на неделю-другую раньше, чем на контрольном поле. Химикат этот сушит зерно даже в дождливую погоду. Получить в руки такой рычаг управления урожаем — мечта каждого земледельца. В зонах избыточного увлажнения дессиканты могут стать неоценимыми помощниками в борьбе с потерями урожая.

Но если можно подсушить урожай на корню, если можно с помощью дефолиантов и дессикантов ускорить созревание семян позднеспелых культур, значит эти культуры можно будет двинуть в новые районы — на север и в горы. Мы увидим дефолианты в новых, быть может, неожиданных ролях. На кукурузных плантациях, на рисовых и ячменных полях, на посевах льна, хмеля, сахарной свеклы, проса…

Бешеный рис, или о пользе болезней

По рисовым полям Японии, Тайваня, Филиппин кочует странная болезнь. Стебли некоторых растений невероятно вытягиваются, слабеют, а затем гибнут. Болезнь иногда охватывает целые плантации, и крестьяне остаются без урожая. «Баканае» (бешеный рис), или «болезнь дурных побегов». Так называют это бедствие в Японии.

Удивительное явление это не прошло мимо внимания науки, и тридцать лет назад японский фитопатолог Куросава установил причину странной болезни. Ее вызывал фузариевый грибок гибберелла фуйкурои. Открытие ученых помогло рисоводам найти и средства борьбы с «болезнью дурных побегов».

А самих ученых взволновал совсем другой вопрос: нельзя ли использовать заболевание одного на пользу другим растениям? Если гибберелла вызывает невероятный рост риса, то почему нельзя предположить, что она так же подействует, скажем, на табак? За предположением последовали опыты.

Через десять лет профессор Ябута и его сотрудники из выделений грибка получили в химически чистом виде вещество, которое было названо гиббереллином. Вещество это обладает поразительно высокой активностью. Уже при разведении одной его части на миллион частей воды оно приобретает свойство стимулировать рост риса, пшеницы, ячменя, табака и многих других растений.

Ученые заинтересовались этим явлением. Было установлено, что в выделениях грибка имеются три гиббереллина — A-один, А-два, A-три. Последний из них оказался наиболее активным и известен еще под названием гибберелловой кислоты.

Из-за сложности строения гиббереллины в химических лабораториях получить пока еще нельзя. Поэтому несколько лет тому назад был разработан биологический способ их извлечения. Он похож на метод получения пенициллина.

Грибок разводится на питательной среде, содержащей минеральные соли и сахар, а через несколько дней, в течение которых идет рост, из питательного раствора получают гиббереллины.

Исследования, произведенные главным образом в Японии, Соединенных Штатах Америки и Англии, показали, что при опрыскивании растений слабыми растворами гиббереллинов и даже при нанесении отдельных капель раствора на листья или верхушку стеблей резко ускоряется рост различных однолетних и многолетних культур.

Особенно заметно усиливается рост карликовых растений, кукурузы, гороха и других однолетников. Они начинают быстро вытягиваться и догоняют нормальные экземпляры. У многолетних же древесных пород не только усиливается рост обычных сеянцев, но в известной степени заменяется действие стратификации, то есть зимнего выдерживания плодов и семян при пониженных температурах.

Особенно широкий размах исследование гиббереллинов получило с 1956 года. Тогда было установлено, что гиббереллины вызывают зацветание многих растений в тех условиях, при которых они обычно не цветут. Впервые такие факты были установлены профессором Лангом в Калифорнии, а затем профессором Хардером и Бюнзовом в Геттингене, профессором Лона в Италии и другими учеными.

В Институте физиологии растений Академии наук СССР также проводились опыты по влиянию гиббереллинов на рост и цветение растительных организмов.

Все эти опыты, поставленные в разных странах и с различными видами растений, привели к совершенно одинаковым результатам.

Известно, что растения, обычно не цветущие в условиях короткого десяти-двенадцатичасового дня, остаются в фазе розетки или компактного куста. Однако, как показали опыты, такие растения под влиянием гиббереллинов успешно образуют стебли, цветы и плоды и при коротком дне.

Это было проверено на белене однолетней, смолевке, бриофиллуме, бородавнике, рудбекии, лесном табаке и других культурах. Иначе говоря, оказалось, что эти растения ведут себя так же, как если бы они находились в условиях длинного дня, дополнительно получая ежедневно шесть-восемь часов солнечного света. Таким образом, гиббереллин служит как бы заменителем действия длинного дня.

Не менее интересно влияние гиббереллинов на сеянцы двухлетних культур в первом году их жизни и на озимые формы, высеянные весной.

Известно, что сеянцы двухлетников в первом году жизни образуют корнеплоды с розеткой листьев или кочаны, как у капусты. Они приобретают способность к образованию стеблей, цветению и плодоношению только после яровизации. Так называют достаточно длительное воздействие холодной температурой, которую в естественной обстановке растения испытывают в течение зимы.

Обработка сеянцев-двухлетников гиббереллином приводит к тому, что они в первом году жизни могут образовать стебли, цвести, плодоносить и без яровизации. Так было в опытах с беленой двухлетней, морковью, капустой, репой, свеклой, брюквой и петрушкой. При этом рост семенных стеблей идет очень быстро. Иногда их высота достигает необычных размеров, как это наблюдалось у капусты.

Интересные результаты дали опыты М. Чайлахяна. Под влиянием гиббереллинов растения озимого рапса в условиях, исключающих воздействие пониженных температур, образовали стебли, цвели и плодоносили. В этом случае для сеянцев-двухлетников и озимых гиббереллин выступает уже в качестве как бы заменителя холода.

Иначе говоря, чего бы не хватало растениям — света или пониженной температуры, гиббереллин возмещает эту недостачу и создает условия для образования стеблей, цветков и плодов.

Так выяснилось, что с помощью гиббереллинов достигается яровизация и химическая стимуляция цветения растений.

Нужно, однако, отметить, что не у всех растений гиббереллины стимулируют цветение. Например, растения, не образующие цветков в условиях летнего длинного шестнадцати-восемнадцатичасового дня, даже обработанные гиббереллинами, так и остаются в вегетативном состоянии, хотя и дают большой скачок в росте. К этим растениям относятся табак «мамонт», соя, перилла, дурнишник и другие. Специально проведенные опыты показали, что для их цветения необходимы не гиббереллины, а какие-то другие вещества гормонального характера.

Применение гиббереллинов тесным образом связано с условиями корневого и светового питания, так как, образно выражаясь, они «повышают аппетит» растений. Сеянцы томатов, которые получали ежедневно только десятичасовую дозу света и находились на сравнительно бедной почве, под влиянием гиббереллина значительно вытянулись. При этом они имели несколько истощенный вид.

С другой стороны, выявляются большие потенциальные возможности роста растений, ранее остававшиеся неизвестными. Табак сорта «мамонт», который находился в условиях длинного дня и получал систематическую подкормку минеральными веществами, под влиянием гиббереллина достиг необыкновенно большой высоты.

Помимо влияния на рост и цветение растений, гиббереллины вызывают также ускорение прорастания семян, образование боковых ветвей и побегов, увеличение числа завязавшихся плодов, а также изменяют содержание таких веществ, как, например, белки, сахарá, алкалоиды.

По своему химическому строению и характеру действия на рост, развитие и обмен веществ у растений гиббереллины резко отличаются от ауксинов, известных синтетических ростовых препаратов, и представляют собой особую группу физиологически активных веществ.

Возникает вопрос: гиббереллины — это продукты только обмена фузариевого грибка, половой стадией которого является гибберелла, или они встречаются и у других растительных организмов?

Изыскания показали, что незрелые плоды и семена многих растений содержат вещества, подобные гиббереллину. В семенах фасоли и плодах дикого огурца этих веществ оказалось так много, что с помощью вытяжек из них удалось достичь почти такой же стимуляции роста и цветения растений, какая вызывается химически чистыми гиббереллинами. А совсем недавно уже совершенно точно было установлено, что в семенах фасоли декоративной содержится такой же гиббереллин, как и в выделениях грибка.

Изучение влияния гиббереллинов на растения проводилось советскими исследователями сначала на препаратах, изготовленных в Японии, США и в Англии.

В 1957 году Институт физиологии растений получил для опыта всего ½ грамма импортного гиббереллина. Но уже через два года был создан отечественный препарат. Профессор Н. А. Красильников и его сотрудники получили его из выделений грибка, взятого с пораженной виноградной лозы. Сравнительное испытание показало, что его активность соответствует активности гиббереллина, полученного в США. Растения рудбекии после полуторамесячной обработки отечественными и зарубежными препаратами (ежедневно по одной капле) в одинаковые сроки образовали высокие стебли и зацвели.

Теперь есть основания считать, что гиббереллины — продукт жизнедеятельности не только фузариевых грибков, но и некоторых других микроорганизмов.

Поразительное действие гиббереллинов на рост и цветение растений делает весьма перспективным их использование в практических целях. Уже предприняты многочисленные попытки использовать эти замечательные вещества для повышения урожайности различных сельскохозяйственных культур. В таком случае применяют, конечно, не метод ежедневного нанесения отдельных капель на растения, а способ опрыскивания их очень слабыми растворами. С этой целью кристаллический порошок гиббереллина растворяют в очень небольшом количестве спирта. Потом раствор разбавляют водой с таким расчетом, чтобы на миллион частей воды пришлось от одной до ста частей вещества (в зависимости от культуры). Опрыскивание проводится несколько раз с недельными интервалами.

Уже сейчас можно сказать, что при уточнении сроков и дозировки гиббереллины успешно можно применить в цветоводстве и овощеводстве.

Весьма заманчивы перспективы использования гиббереллинов для технических и прядильных культур, при выращивании кормовых трав и растений, идущих на силос, в лесном деле.

Конечно, внедрению новых препаратов в практику растениеводства должна предшествовать большая предварительная работа.

Открытие гиббереллинов и бурное развитие исследований, связанных с их физиологической ролью в жизненных процессах растительных организмов, изыскание новых активно действующих веществ, испытание влияния гиббереллинов на сельскохозяйственные культуры — все это свидетельствует о том, что в науке о жизни растений начался новый этап.

Активное действие советского гиббереллина проверено многочисленными опытами. Результаты их говорят о высокой эффективности нового ростового вещества. Обработанные им растения гороха, например, уже через 10–12 дней почти в 2 раза обгоняли в росте контрольные экземпляры и на 60 процентов увеличивали урожай зерна. Под действием гиббереллина примерно в 4 раза повышался урожай томатов в теплице, почти удваивался урожай укропа, салата, петрушки и других зеленых культур. Табак, опрыснутый раствором гиббереллина, в 2 раза увеличивал рост, зато содержание никотина в листьях снижалось. Удлинялись волокна хлопка и конопли. На 20 процентов увеличивался урожай зеленой массы клевера, на 14 процентов — вес початков кукурузы. Сирень и многие декоративные растения ускоряли рост примерно в 5 раз! Такие результаты достигаются ультрамикроскопическими дозами.

Нет сомнения, что гиббереллины, как и другие стимуляторы, в руках человека явятся новым могучим средством управления ростом и развитием растений.

Могучие гаммы

Выяснение химического состава и структурного строения гиббереллина показало, что он представляет собой органическую кислоту (точнее, девять довольно похожих кислот). Наиболее активным оказался гиббереллин А₃. Его формула: C₁₂H₂₂O₆.

Каков механизм его воздействия?

Шестилетние исследования физиологии и биохимии его показали, что он относится к новому классу растительных гормонов. По своему действию он близок к ауксинам. Факты говорят о взаимодействии гиббереллина с другими метаболитами (участниками обмена веществ в растении) — витаминами, минеральными соединениями и стимуляторами.

Гиббереллин тоже подстегивает рост. Если обработать им верхушечные почки «глухих побегов» чая (боковые ветви, находящиеся в состоянии покоя), они просыпаются и быстро растут. Это позволяет в летнее время получить прибавку урожая зеленого листа в пределах 10–20 процентов.

В объяснениях механизма действия гиббереллина ученые разделились на два лагеря. Одни предполагают, что сам гиббереллин на растение не действует. Он только повышает уровень природных ауксинов, а уже они вызывают ростовые реакции. Иными словами, палочка-погонялочка попадает в руки погонщика, которым в данном случае становится гиббереллин. Ее удар настолько силен, что она заставляет организм «подскочить» в росте.

Поступая в растение, гиббереллин подавляет вещества, разрушающие ауксин. Ауксины благодаря этому накапливаются и выступают в своей обычной роли регуляторов ростовых процессов.

Доказательством против этой теории обычно выдвигаются эксперименты, показывающие, что при подавлении природных ростовых гормонов антиауксином гиббереллин все равно вызывает интенсивное растяжение отрезков стеблей гороха. Поэтому связывать ауксин и гиббереллин в один гормональный комплекс нельзя. Можно лишь предположить, что гиббереллин и ауксин включаются в процесс регулировки такой сложной реакции, как растяжение ткани, и последовательно выключаются из него.

Итак, вопрос о механизме действия гиббереллина оказался спорным уже на самом первом этапе своей разработки. Неясно, участвует ли ауксин в том сложном ростовом эффекте, который вызывается гиббереллином. На этот вопрос попытался экспериментально ответить Н. П. Кеффорд. Он поставил серию опытов с проростками риса. Рис как объект был выбран не случайно. Дело в том, что проростки риса содержат ауксиноксидазу. Ауксиноксидаза — фермент, регулирующий уровень ауксина в тканях.

Если активировать этот фермент, ауксины будут разрушаться и рост проростков замедлится. Если подавить активность этого фермента, то уровень ауксинов, наоборот, возрастет и рост проростков усилится. Таким образом, искусственно меняя уровень ауксинов в тканях и вводя затем гиббереллин, можно проследить действие последнего на различном ауксиновом фоне. Погружая проростки риса в воду и тем самым затрудняя доступ кислорода, Кеффорд подавлял деятельность ауксиноксидазы. Ауксин накоплялся, вызывал вытягивание проростков, а введенный в воду гиббереллин в значительной мере усиливал этот процесс. Если же антиауксин — парахлорфеноксимасляная кислота — подавлял ауксины в проростках, гиббереллин все-таки усиливал рост, но это усиление было очень незначительно.

Кеффорд делает следующий вывод из своих экспериментов: путь действия гиббереллина лежит через ауксиново-ингибиторный обмен. Эта серия опытов поддерживает ауксиновый путь действия гиббереллина.

И все же механизм действия гиббереллина на растение еще далеко не раскрыт. Каким образом он так энергично вытягивает ткани?

Конопля, обработанная этим препаратом, достигает шести метров, капуста — пяти. Листья салата под влиянием одной гаммы препарата (0,01 грамма) вытягивается до 30 сантиметров в длину. Сельдерей достигает толщины человеческой руки. Всходы дуба поднимаются за год после обработки А₃ на 80 сантиметров вместо обычных 10.

Ауксины такого интенсивного воздействия на ткани не оказывали.

Каким образом это осуществляет гиббереллин, пока еще загадка. Загадка, которую экспериментаторы постараются разрешить.

Мы уже упоминали о происхождении гиббереллина. Он порожден микроорганизмами, обитающими в почве. Микробы-активаторы широко распространены в природе. Они есть среди бактерий и актиномицетов, грибов и дрожжей.

Им посвящается наш следующий рассказ.

Корни бобовых выделяют в почву своего рода приманку — глюкозу или яблочную кислоту. Бактерии тут как тут! Они проникают через корневые волоски в ткань растения и там обосновываются.

Внутри им скоро становится тесно. Тогда клетки корня делятся, растут и образуют наросты — клубеньки. Это жилые квартиры бактерий. Растение гостеприимно. Оно подает на стол своим жильцам разнообразные блюда — минеральные соли, сахар. Пришельцы не остаются в долгу. Они выкладывают из своих непрерывно пополняемых запасов азот. Три четверти связанного ими азота служат пищей для растений, и только четверть бактерии оставляют себе.

Взаимные выгоды мирного сосуществования симбионтов очевидны. Выигрывают от него не только сожители, но и те, кто приходит в поле после них. Посеянные после бобовых зерновые повышают урожай в полтора-два раза за счет азота, оставшегося в почве вместе с корнями и клубеньками. По самым скромным подсчетам клубеньковые бактерии связывают ежегодно около 1 миллиона тонн азота на площади, занятой в нашей стране бобовыми культурами.

Музей живых культур

Есть такое учреждение в Ленинграде. Правда, музей не имеет никакого отношения к культпросветработе, но отбоя от посетителей у его сотрудников нет. Музей этот находится при Ленинградском институте сельскохозяйственной микробиологии. Со всех концов страны сюда поступают письма.

Растениеводы, садоводы, работники предприятий пищевой промышленности просят выслать им образцы живых культур полезных микроорганизмов. И вот «заточенные» в специальные стеклянные пробирки микроорганизмы отправляются в далекие путешествия по стране.

Собранная здесь обширная коллекция микроорганизмов все время пополняется.

Сотрудники музея могут рассказать много удивительных вещей о мире невидимых карликов, играющих в нашей жизни огромную роль.

Вот клубеньковые бактерии.

Их жизнь начинается с маленькой пробирки. В специальном герметическом боксе, который периодически облучается кварцевыми лампами, сотрудницы в белых халатах извлекают из пробирок бактерии и пересаживают их в сосуды с питательной средой. В соседней комнате специальные скоростные «качалки», постоянно взбалтывая раствор, помогают невидимкам быстрее размножаться.

Здесь выращивается удобрение, которое называется нитрагин.

Если семена гороха перед посевом обработать нитрагином, то на каждом гектаре урожай повышается до 5 центнеров. А надо всего на гектар пол-литровую бутылку нитрагина. В такой бутылке — 50 миллиардов бактерий. Они усваивают азот из воздуха, перерабатывают его и отдают корневой системе гороха.

Нитрагин дает высокую экономическую отдачу. На приобретение и внесение нитрагина колхозы и совхозы Татарии, например, затратили в 1967 году около ста тысяч рублей. Прибыль же от прибавки урожая за счет бактерина составила около 10 миллионов рублей.

В Казани организовано производство нитрагина. Его масштаб — 700 тысяч бутылок в год! Это 21 миллион пудов гороха, который можно собрать дополнительно. Производство чудесных бактерий несложно и недорого. Бутылка нитрагина стоит 27 копеек.

Другое бактериальное удобрение — фосфоробактерин. Положительное действие его, как и других бактериальных удобрений, на растения многогранно. Он минерализует органические соединения фосфора и тем самым улучшает фосфорное питание растений, подавляет фитопатогенные грибки, вызывающие различные заболевания растений, стимулирует их развитие.

Однако бактерии не может заменить суперфосфат или какое-либо другое фосфорное удобрение. Но при благоприятных условиях фосфорные бактерии, а следовательно, и фосфоробактерин мобилизуют фосфор из фосфорорганических соединений почвы. Исследования, проведенные институтами сельскохозяйственной микробиологии и другими, показывают, что внесение фосфоробактерина в почву приводит к накоплению подвижного фосфора в почве. Таким образом, фосфоробактерин улучшает питание растений.

Наиболее эффективен фосфоробактерин на черноземах, окультуренных торфяниках, то есть на богатых органическим веществом почвах. Благоприятными для применения этого удобрения районами являются Украина, центральночерноземные области, Северный Кавказ, а также Северный Казахстан. Хорошо отзываются на внесение фосфоробактерина зерновые и зернобобовые культуры — кукуруза, озимая и яровая пшеница, просо, ячмень, горох. Опыты ряда научно-исследовательских институтов и станций показали, что фосфоробактерин в Целинном крае дает неплохую прибавку урожая не только на целинных, но и на старопахотных почвах. Из 73 опытов с яровой пшеницей, проведенных с 1953 по 1959 год, в 62 опытах фосфоробактерин повысил урожай зерна на 1–4,7 центнера, а в среднем — на 2,1 центнера с гектара.

Действие фосфоробактерина возрастает на фоне органических и минеральных удобрений, особенно азотных.

Как и нитрагин, фосфоробактерин дает высокий экономический эффект. От внесения под кукурузу на каждый израсходованный рубль получают от 6 до 17 рублей дохода.

Бактериальные удобрения известны уже много лет. Однако распространение имеют пока что ограниченное. В чем дело? В косности земледельцев? Пожалуй, нет. На пути у бактерий, выращиваемых человеком, часто стоит сама природа.

Австралийский микробиолог Ф. В. Хелай установил, что в почве очень много микроорганизмов, конкурирующих с клубеньковыми бактериями, поселяющимися на корнях клевера. Как преодолеть их конкуренцию? Попробовали вносить в почву определенное количество клубеньковых бактерий — конкуренция стала слабее, клубеньки на корнях клевера образовывались быстрее, но все же удалось разработать способ, при котором на одно семя клевера наносилось около миллиона бактерий. Для этого семена смачивали сначала в культуре нитрифицирующих бактерий, затем покрывали их слоем из смеси торфа и глины и, наконец, слоем мелко истолченного известняка. Такими семенами было засеяно несколько тысяч акров земель, малопригодных для пастбищ. Ранее малоурожайные, они стали превосходными пастбищами для овец — основных животных Австралии. Благодаря этому на некоторых фермах удалось увеличить производство шерсти в 10 и даже в 20 раз по сравнению с предыдущими годами.

Армия в спичечной коробке

Микроорганизмы — мастера на все руки. Одна из новых профессий бактерий — защита урожая от вредителей.

Во Франции, например, изготовляется препарат андузе, в США — турцид, в Советском Союзе — дендробациллин и энтобактерин-3.

Энтобактерин создан Всесоюзным институтом защиты растений на основе бактерии цереус, выделенной из пчелиной огневки. Он обладает широким спектром действия. Препарат успешно прошел государственные испытания и изготавливается на опытных заводах. В результате его применения гибнет свыше 95 процентов таких вредителей, как капустная и репная белянки, капустная моль, капустная огневка, яблоневая, плодовая, рябиновая, черемуховая и другие близкие им виды молей, зимняя пяденица, боярышница, американская белая бабочка, златогузка, ивовая волнянка, кольчатый, сосновый и другие шелкопряды. Этот препарат оказался весьма эффективным в борьбе против более 40 видов листогрызущих вредных насекомых.

Достоинство энтобактерина — безвредность для растений, человека, теплокровных животных, пчел и других полезных насекомых. Замечательно, что химические обработки в садах и на огороде против других вредителей не влияют отрицательно на эффективность энтобактерина. Применяется энтобактерин в виде водных суспензий для опрыскивания и в виде дуста для опыливания.

Микроорганизмы — антагонисты вредителей представляют особый интерес там, где малоэффективны химические, физические либо агротехнические средства борьбы. Большие трудности представляет борьба с круглыми червями нематодами. Нематоды возбуждают болезни человека, животных и растений.

Биологический способ борьбы с ними основан на использовании их естественных врагов. Ими являются хищные почвенные грибы — гифомицеты. Исследования профессора Ф. Ф. Сопрунова показали, что эти грибы поддаются массовому культивированию и размножению и притом на дешевой питательной среде.

Интересен способ «охоты» этих грибов-хищников. Они улавливают нематод своими клейкими головками, вырастающими на нитях мицелия. У некоторых грибов на мицелии образуются клейкие кольца; встречаются также сжимающиеся кольца. Стоит нематоде попасть в такое кольцо, как его клетки моментально набухают и оно плотно сжимает червя. Нематода погибает, даже если ей удается оторвать кольцо от гриба; небольшой остаток его разрастается и заполняет все тело паразита. Гриб растворяет и всасывает внутренние органы нематод; через сутки от нематоды остается лишь чехол, который заполнен нитями гриба.

Сопрунов изучил более 150 видов, подвидов и штаммов хищных почвенных грибов. Он разработал способ приготовления препарата со спорами хищного гриба. Применение хищных грибов на одной из шахт привело к снижению заболеваний анкилостомозом шахтеров на 77 процентов. Хищные грибы с успехом могут быть использованы и в ветеринарной практике, а в парниках и теплицах — против нематод растений.

«Разделяй и властвуй». Перенося этот принцип в природу, человек сможет добиться самых неожиданных результатов там, где он не рассчитывал прежде на успех.

Французский ученый Максер обнаружил, что между вирусами растений и животных существуют странные, противоречивые отношения. Введенные в организм животного вирусы растений могут оказаться не только совершенно безвредными, но и в некоторых случаях сыграть положительную роль. Например, возбудитель мозаичной болезни табака, впрыснутый под кожу корове, благоприятствует быстрому излечению от ящура. Если же этот вирус ввести под кожу курицы, он оказывается эффективным средством борьбы против опасной болезни домашней птицы — псевдочумы (болезнь Ньюкасла).

Дуэль вирусов показывает, как много еще загадок таит в себе антагонизм в мире живого. Это источник, где человек может найти себе неожиданных, но вполне надежных, союзников.

Отступление пятое. Как карлики воскрешают гигантов.

Чтобы нормально существовать, человеку нужно очень много. Разумеется, воздух, чтобы дышать. Конечно, хлеб и вода. Нужны одежда и жилище. Чтобы обеспечить себя всем необходимым, человечество вовлекает в хозяйственный оборот массу самых различных веществ и материалов. Основной поставщик их — природа.

Человек и природа. Это одна из актуальных экономических, научных и социальных проблем современности. В наше время нисколько не потеряли своего значения следующие слова Ф. Энгельса: «Мы отнюдь не властвуем над природой так, как завоеватель властвует над чужим народом, не властвуем над нею так, как кто-либо находящийся вне природы… мы, наоборот, нашей плотью, кровью и мозгом принадлежим ей и находимся внутри нее… все наше господство над ней состоит в том, что мы, в отличие от всех других существ, умеем познавать ее законы и правильно их применять».

Всегда ли мы их правильно применяем? Увы, далеко не всегда. Примеров можно было бы привести множество. Ограничусь двумя-тремя.

Мы хорошо знаем, сколько вреда причиняют рекам отходы нефтяных, химических и подобных им предприятий. Они отравляют воду и рыбу ядами, которые в них содержатся. Чего только не сбрасывает человек в водоемы! Роданистый натрий, фенол, соли серной кислоты, целлюлозу, медные и цинковые соли… Что гербициды! В этих мутных потоках они едва ли составляют тысячные доли процента.

Или рубка леса. Для его валки, пиления, вывозки и переработки древесины изобретены сложнейшие механизмы, машины, технологические процессы… Поставьте рядом такую мелочь, как древесная кора. Кора, которая попадает в реки во время сплава леса и выносится, например, в Байкал. Дубильные и прочие химические вещества, содержащиеся в ней, растворяются в кристально чистой байкальской воде и становятся ядом не менее опасным, чем сточные воды целлюлозных заводов. Нескольких десятков миллиграммов коры на кубометр воды достаточно, чтобы убить или отравить икринки знаменитого омуля.

«Ежегодно человечество вырубает десятки миллионов гектаров лесов, — рассказывал мне Арвид Калниньш, академик АН Латвийской ССР. — Но большинство лесных гигантов — кедров, сосен, лиственниц — гибнет впустую. Каждое дерево используется только на треть. Хвоя, ветки, сучья, опилки, стружки и все прочие отходы практически выбрасываются. А ведь эти отходы — золотое дно целой отрасли промышленности, которая пока не существует, но которая должна быть создана.

Вот хвоя. Из нее получается витаминная мука — ценный корм для животноводства.

Затем опилки. На гидролизных заводах из них изготовляют спирт, а заодно получают кормовые дрожжи, сахар.

А кора лиственницы? Превосходное сырье для производства дубителей.

Наконец, стружка и дробленка. Если добавить в эти отходы незначительное количество синтетической смолы или клеящих веществ, то при соответствующей обработке получим нужные нам вещи. Древесно-стружечные плиты, древесные пластики, сделанные из опилок, по своим качествам не только не уступают обычным доскам, фанере, паркетной дощечке, но по многим свойствам превосходят их. Представляете, что значит улучшить использование отходов в лесном деле. Это значит сократить рубку леса, воскресить гигантов, превращенных в горы стружки, опилок и иных отходов».

Размышления старого ученого касаются только одной области. А сколько еще таких гигантов? Отравленная вода и миллионы тонн гуза-паи — стеблей хлопчатника, которые могли бы стать ценным сырьем для целлюлозной и гидролизной промышленности, а пока служат рассадником болезней хлопчатника…

Микробиологическая промышленность рождается на наших глазах. И зарождается она как раз на основе использования самых различных отходов сельского хозяйства и индустрии. Маленькие существа — карлики — оказались способными на великие дела.

Микроорганизм обладает свойством к «сверхсинтезу». Витамин B₂ — рибофлавин, необходимый каждому организму, — содержится в клетках в микроскопической дозе. Сотые доли процента. Но в природе есть грибок, который синтезирует рибофлавин. Он накапливает в клетках и в окружающей их среде до 20 процентов витамина. Ясно, что такое свойство микроорганизмов не должно было пройти мимо внимания и ученого и хозяйственника. Грибок этот взят на вооружение микробиологами.

Самая примечательная черта одноклеточных существ — их невероятная прожорливость и неразборчивость в пище. Они не пренебрегают даже ядами. Воск, нафталин, бензол, серная кислота и карболка (тот самый фенол), которая, казалось, убивает все живое, — все им годится. Если в минеральный раствор карболовой кислоты бросить комочек почвы, то через несколько дней жидкость замутится. На ней появится пленка. Капля ее, помещенная под микроскоп, покажет множество бактерий. Карболка пошла им впрок!

Естественный вывод: применить бактерии для очистки. Так и делают. На металлическом комбинате в Темиртау я видел установку для биохимической очистки сточных вод. Сотни тысяч кубометров ядовитой жидкости, поступающей в отстойники, быстро перевариваются микробами. Вода эта негодна для питья, но достаточно чиста, чтобы возвратиться в производство.

Карлики-ассенизаторы ежеминутно осуществляют свое благо и в природе. Зеленые водоросли морей, океанов, рек и озер — это настоящие фабрики кислорода. Ежегодно они выбрасывают в окружающее нашу планету пространство 3,6 · 10¹¹ тонн кислорода. Практически они и формируют воздух, которым мы дышим. Девять десятых кислорода, поступающего в атмосферу с поверхности листьев зеленых растений и из океана, поставляются в нее зелеными водорослями.

Особый класс микроорганизмов — кормовые дрожжи. Они помогают обогатить пищу животных жизненно важными кислотами, которых недостает в растительных кормах. Производство дрожжей базируется тоже на отходах лесной и бумажной промышленности. В ближайшие пять лет оно должно возрасти в 10 раз.

Умение микробов использовать для своего питания и синтеза необходимых вам веществ отходы позволяет включить в повестку дня вопрос о создании микробиологической индустрии. Это молодая промышленность станет со временем конкурентом химической и пищевой промышленности.

Сегодня мы знаем до 1000 индивидуальных химических реакций, осуществляемых микроорганизмами. Важнейшие типы этих реакций — окисление, восстановление, аминирование, образование гликозидов, ацетилирование, этерификация, гидролиз, конденсация. Этот перечень не очень понятных названий говорит очень многое специалисту. И прежде всего о возможности сочетания микробиологических и химических методов.

Вещества, выработанные микробами, могут послужить материалом для дальнейшего химического синтеза. Скажем, из сброженной сорбозы можно синтезировать витамин C.

Коллекции живых культур перестанут быть музейной редкостью. В каждом крупном микробиологическом институте будут собраны тысячи образцов микробных культур. Для разных надобностей, для осуществления разных биохимических реакций. Каждая такая коллекция будет складом живых химреактивов. Отсюда станут черпать исходное сырье для выполнения очередного заказа синтетической промышленности.

Отчего киснут коровы?

Мы пока почти не касались проблем приложения современной физики, химии, биологии к миру животных. А ведь здесь ученых волнуют те же самые проблемы, что и в мире растений.

Если мы начнем перечислять их, то волей-неволей повторим многие заголовки и темы этой книги.

Защита животных от их врагов — насекомых, болезнетворных бактерий и вирусов. Их лечение и поиски средств, предупреждающих заболевания.

Применение стимуляторов роста и плодоношения.

Антибиотики, гормоны, ферменты, витамины и микроэлементы на службе животноводства.

Регулирование биологических процессов в живом мире.

Выведение новых пород скота, птицы и других организмов путем отбора и гибридизации.

Проблемы те же. И наука занимается ими с такой же настойчивостью и размахом, как и в мире растений. Но исследования в этой области — и у нас в стране и за рубежом — начались много позже, по существу только в последние годы. Число «белых пятен» на этой карте науки так велико, что проложить по ней точный маршрут пока довольно трудно.

Наибольший эффект человек пока получает, когда активно и разумно вмешивается в процесс кормления сельскохозяйственных животных. Не случайно, скажем, говорится, что у коровы молоко на языке. Потому и экспериментальная биология прежде всего стремится разработать стройную теорию кормления. Вроде бы здесь многое ясно. Опыт животноводства насчитывает тысячи лет. Однако при глубоком проникновении в суть дела наука на каждом шагу и в этой области делает новые открытия.

Некоторых уточнений потребовала и приведенная выше поговорка.

Отступление шестое. Из микромира — в космос, из космоса — в микромир.

Середина XX века — время трех великих штурмов.

Атомное ядро. Космос. Живая клетка. Вот три крепости, три фронта, перед которыми развернуты армии современной науки.

Человечеству стало тесно в своей колыбели — на своей планете. Оно рвется в космос, не забывая, конечно, о земных делах. На карте Земли почти не осталось «белых пятен». Но сверху виднее. И всегда полезно посмотреть на знакомые вещи сторонним взглядом. Увидеть их целиком, а не по частям.

Почти не осталось «белых пятен» и на карте атома. Но штурм микромира продолжается, ибо и его мы знаем пока по частицам.

А знание микромира человеку совершенно необходимо именно в космосе. Его встречают там пояса радиации, космические лучи. Не опасен ли для человека поток этих лучей — частиц микромира, несущихся в космосе с убийственной скоростью? Как велик он? Достаточно ли надежна защита? Выяснить эти вопросы космической науке помогают все остальные земные науки. В том числе микробиология. Вспомним первые искусственные спутники. На них находились высокочувствительные бактерии — так называемые лизогенные, способные реагировать на малые дозы ионизирующей радиации (до 1 рентгена) путем образования и выделения бактериофагов. Под влиянием даже небольших доз рентгеновского или ультрафиолетового облучения лизогенные бактерии приобретают способность к повышенной продукции бактериофагов. С помощью специальных методов можно затем точно определить число пораженных бактерий, образующих эти фаги. Так устанавливается наследственная реакция (повышенная лизогенность) бактерий в ответ на действие внешних факторов. Вот почему эта модель была использована в качестве биологического индикатора, по которому можно судить о вредности и генетических последствиях радиации в малых дозах во время пребывания живого существа в космическом пространстве.

Космос не остается в долгу. Он помогает земной науке разрешать ее проблемы — перспективные и весьма будничные.

Космонавт Герман Титов брал с собой в полет некоторых представителей живого микромира. Среди них была скромная водоросль хлорелла, которая пока мало привлекала внимание исследователей.

Хлорелла! Мир сразу запомнил это слово в день, когда одноклеточная водоросль впервые взлетела в космос. Ученые возлагают большие надежды на это крошечное растение. И вот почему. Хлорелла интенсивно поглощает углекислоту, выделяя взамен кислород, — свойство, очень важное для будущих космических кораблей и современного городского хозяйства. При желании, меняя температуру, свет, условия питания водорослей, можно заменять их состав. Можно, к примеру, увеличить процент жира в хлорелле до 85! Или же сделать ее сахарной на 40 процентов. Но разве только в космосе могут пригодиться эти свойства?

— Приземлить хлореллу! Использовать ее для нужд рыборазведения, животноводства и даже… ассенизации — вот проблемы, которые волнуют нас сегодня, — говорил мне академик Академии наук Узбекской ССР А. Музаффаров. — Речь идет о культуре, которая приносит урожай непрерывно и круглый год. О культуре, которая содержит все необходимые для живого организма питательные вещества — белки, жиры, углеводы, минеральные соли и полный комплект витаминов — от А до PP. О культуре, которая может давать до ста тонн зеленой массы с гектара, а при определенных обстоятельствах еще больше.

Институт ботаники Академии наук Узбекской ССР разработал метод массового культивирования зеленых водорослей в специальных бассейнах. На откормочном пункте под Ташкентом проведены испытания хлореллы на корм животным. Результат? Отличный! Привес крупного рогатого скота увеличился на 22 процента, прирост свиней — на треть. В чем же секрет? Ученые считают, что хлорелла — корм не простой, а белково-витаминный.

Возьмите очень острую для животноводства проблему белков. Их не хватает. В кукурузном силосе, например, белок вообще-то есть (в виде протеина), но он почти непереварим. А протеин хлореллы состоит как раз из тех десяти аминокислот, которые обязательно должны присутствовать в пище.

Или витамины. Важность их для питания животных доказана. Недостаток провитамина А — каротина — вызывает гибель новорожденных телят и поросят. Не хватает витамина B₁ — животные теряют аппетит, быстро истощаются и болеют. В хлорелле содержится 13 витаминов. А каротина (от слова «каротт» — «морковь») в 5 раз больше, чем в люцерне, и столько же, сколько в самой моркови!

Наука усиленно ищет и создает биогенные стимуляторы. Так называют вещества, которые предохраняют животных от заболеваний, способствуют их нормальному развитию и быстрому росту. О них нужен разговор особый. Сейчас же заметим, что биогенные свойства хлореллы несомненны. Внедрение в сельское хозяйство маленькой космической путешественницы будет способствовать успешному выполнению наших земных задач.

Однако вернемся на землю.

Итак, отчего киснут коровы?

Из всех питательных элементов наибольшим спросом животных пользуется азот. Почему? Азот — это белок. А белок — это мясо. На изготовление его идет двадцать с небольшим аминокислот. Девять из них называются незаменимыми. Птицы, свиньи и другие одножелудочные животные не могут их сами синтезировать из кормов. Поэтому их надо добавлять непременно в пищу животным, иначе они погибнут.

У коровы жизнь проще. В ее желудочке есть особый «цех» — рубец. И в этом цехе трудятся химики особой квалификации — микроорганизмы. Они перерабатывают сырые и грубые «полуфабрикаты», поступающие вместе с кормом в желудок, и превращают их в «готовую продукцию». Даже из мочевины — карбамида — они способны синтезировать нужные организму аминокислоты.

Однако естественные корма весьма небогаты азотом. В кукурузе не хватает метионина, в жмыхе подсолнечника — другой аминокислоты, лизина. Вот почему корова с трудом наедается досыта, хотя жует целый день. В погоне за азотом она не отказывается и от карбамида и старается съесть побольше силоса. Кукурузный силос к концу зимы часто прокисает. Чем больше съедает его животное, тем больше «закисает» и оно само. Это сказывается и на здоровье животного и на качестве его мяса.

Вылечить такое животное нетрудно. Достаточно подбросить в корм бактерии, которые уменьшают кислотность среды в его желудке.

Но, как известно, лучше предупредить болезнь, чем бороться с ее последствиями. Значит, надо включить в рацион коровы необходимый белок. Еще острее в нем нуждаются цыплята и поросята.

Проблема белка в животноводстве и птицеводстве — это проблема № 1. Дать животным больше белка — это значит получить больше мяса, а заодно сберечь много кормов.

Решить эту проблему помогают те же чудесные живые «палочки».

Виртуозы органического синтеза

Каждый микроорганизм — это крохотная фабрика белка. Она сама вырабатывает аминокислоты, необходимые для построения белковой молекулы. В клетках микрококуса-глютамикуса, например, синтезируются метионин, гомосерин, треонин и лизин. Сколько? Вот самый важный вопрос. Один грамм бактерий производит всего одну сотую грамма лизина. С точки зрения хозяйственника такая «фабрика» нерентабельна. К тому же она выпускает продукцию, которая нам не очень нужна (гомосерин и т. д.).

Как перестроить «технологический процесс» — заставить бактерию «специализироваться» на одном лизине и резко увеличить его производство?

Задача эта была решена коллективом физиологов, генетиков, химиков и физиков, работавших в Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова под руководством доктора биологических наук С. И. Алиханяна.

Поразительная жизнестойкость микроорганизмов давно замечена. Некоторые из них могут годами сохраняться в высушенном состоянии, переносить стоградусную жару, морозы до минус 185 градусов, давление в 6 тысяч атмосфер и убийственные дозы радиации — в 100 000 рентген!

Последнее обстоятельство особенно заинтересовало микробиологов.

Что такое селекция? Отбор наиболее жизнеспособных. Радиация убивает все живое. Но, очевидно, есть индивидуумы, которые выдерживают бóльшую дозу, чем их собратья. А раз так, значит, они наиболее жизнеспособны. И атомная радиация (в сочетании с другими методами) стала инструментом селекции.

Из мириад микроорганизмов, подвергшихся облучению, уцелели единицы. Они стали родоначальниками производства «атомного лизина». Новые штаммы микрококуса-глютамикуса в две с половиной тысячи раз продуктивнее обычных! Вместо одной сотой грамма они производят на литр питательного раствора уже 25 граммов!

Пластмассовые пакетики с желтым порошком отправляются из курчатовского института по разным адресам. В Институт питания — для дальнейших исследований и поисков. На Братцевскую птицефабрику — по прямому назначению. Прибавка долей грамма лизина к суточному рациону цыплят ускоряет их рост на 20 процентов.

Но чтобы получать полезные микроорганизмы в промышленных масштабах, их тоже надо чем-то кормить. Академик Имшенецкий считает наиболее перспективным методом выращивание микробов на нефтяных и газообразных углеводородах. Запасы этого «корма» огромны, а стоимость невелика.

Уже открыты особые породы микроорганизмов, вырабатывающие из нефтепродуктов не только белок, содержащий и лизин и метионин, но и витамины роста — рибофлавин и пантотеновую кислоту. Производительность их колоссальна. Бык весом в полтонны, находясь на пастбище, прибавляет в весе полкилограмма (в переводе на чистый белок) в сутки. Масса микробов весом в полтонны синтезирует за это время 1250 килограммов белка!

Способность микроорганизмов к сверхсинтезу может быть прирожденной. Производственные расы пропионовокислых бактерий образуют в 100–200 раз больше витамина B₁₂ (речь о нем пойдет ниже) по сравнению с другими бактериями.

Поиски активных форм микроорганизмов в естественных природных условиях нередко приносят удачу ученому. Но вероятность удачи микробиолога в этом случае можно сравнить с вероятностью удачи селекционера, ищущего среди тысяч сеянцев нужный ему экземпляр. Его может и не оказаться в природе. Не найдя искомого образца, селекционер обращается к гибридизации и другим испытанным методам направленного воздействия на организм. Современные микробиологи все чаще следуют этому примеру.

Гибрид «67» и другие

Химический препарат рождается, как правило, дважды. Сначала — когда его в первый раз синтезируют или открывают. Второй раз — когда находят простой и экономичный способ производства.

Производство спирта из патоки — дело не новое. Известно, что сбраживание сахара производят дрожжи. Но эти «спиртогоны» не очень активны. Они превращают в спирт только один из сахаров, входящих в состав патоки, — рафинозу. Раса «Я» сбраживает рафинозу всего на треть. Другие расы спиртовых дрожжей действуют на другие сахара.

В лаборатории генетики микроорганизмов Института микробиологии был проделан тончайший эксперимент — скрещивание микробов. Его цель — получить гибрид, объединяющий в себе полезные свойства разных рас.

Микроманипулятор с необычайной осторожностью извлек споры (семена) дрожжей и поместил их в микрокапли солодового сусла. Чтобы получить гибрид, нужно было добиться слияния (копуляции) ядер двух различных организмов. 598 пар спор скрестила О. Г. Раевская. И только в двух из 598 опытов произошла копуляция. Образовались всего две гибридные клетки. Шестьдесят седьмая пара дала гибрид «67». Он вел себя точно так же, как и один из родителей, сбраживая всего треть сахара.

Зато гибрид «68» оказался молодцом — он пошел сразу в обоих предков и превращал в спирт все 100 процентов сахара, входящего в патоку!

Активность микроорганизмов можно повысить и другими методами. Микробная клетка легко приспосабливается к переменам и перестраивает свою деятельность применительно к окружающим условиям.

Классические работы К. Нейберга еще полвека назад показали, насколько гибок жизненный механизм живых карликов. Изучая химизм спиртового брожения, Нейберг искажал его. Он добавлял в среду различные вещества, чтобы посмотреть, как среагируют в каждом случае дрожжи. Исследователь открыл пять различных форм брожения. Добавляя в культуру дрожжей сульфит или щелочи, он вдруг обнаружил, что они интенсивно вырабатывают глицерин, который при нормальном брожении образуется в ничтожных количествах как побочный продукт. Это открытие легло в основу промышленного производства глицерина.

Один и тот же грибной организм в разных условиях ведет себя по-разному. В одном случае он синтезирует ферменты, в другом — лимонную кислоту, в третьем — антибиотики. Интенсивность его тоже зависит от условий, в каких он культивируется.

Мы помним, как дорого стоил пенициллин, когда он только появился. Да и достать его было трудно, ибо этот препарат выпускался в ничтожных количествах. Причиной тому была слабая активность диких предков пенициллина — всего 10–20 единиц.

Современные производственные штаммы грибов пенициллиум образуют около 10 000 единиц антибиотика. И стоит он копейки. Это достигнуто благодаря упорной работе целого отряда ученых, занимающихся селекцией микроорганизмов. На их вооружении — радиационная селекция и генетика, ультрафиолетовые лучи, химические и другие методы направленного воздействия на наследственность микробов.

СЖК оказалась также действенным средством в борьбе с яловостью коров.

В зарубежной практике все шире применяются синтетические гормоны (их называют еще эстрогенными веществами).

Ученые университета штата Миссури провели ряд экспериментов, в результате которых были увеличены привесы у молодняка крупного рогатого скота и ягнят благодаря введению стимулятора роста — гексестрола. Гексестрол повысил привесы и эффективность корма. В условиях зимнего содержания контрольные животные ежедневно прибавляли по 1,6 фунта; животные, которым вводили по 12 миллиграммов гексестрола, прибавляли по 1,7 фунта в день, а животные, получавшие по 24 миллиграмма гексестрола, — по 1,9 фунта в день.

Наряду с витаминами, антибиотиками, эстрогенными веществами к числу активных средств, влияющих на рост и улучшение откорма животных, относятся тканевые биогенные стимуляторы. Они введены в практику академиком В. П. Филатовым.

Тканевые препараты получаются из тканей животных и растений, отделенных от живого организма. В этих тканях после биохимической переработки накапливаются особые вещества, которые и названы биогенными стимуляторами.

Введенные в организм животного, они оказывают на него благоприятное влияние: улучшают обмен веществ, ускоряют рост и развитие молодых животных, повышают привесы откармливаемых животных.

Биогенными стимуляторами лечат самые различные заболевания животных: трофические язвы, болезни вымени, глаз, общую слабость.

Массовый опыт применения стимуляторов животноводства был проведен Новосибирской ветеринарной научно-исследовательской станцией. В течение месяца среднесуточный привес в опытных группах откормочных свиней увеличился по сравнению с животными контрольной группы на 20 процентов, у слабых поросят — на 40, а у телят — на 22 процента.

Таким образом, под влиянием биостимуляторов при одних и тех же затратах корма от опытных свиней получено значительно больше мяса. Естественно, снизилась и себестоимость продукции.

Ключи к главной тайне

Познание роли ферментов в обмене веществ позволило поставить задачу управления их действием при переработке природного сырья.

Полезные их свойства давно использует пищевая промышленность. Ферментация чая и табака, изготовление сыра и пива, хлебопечение — всеми этими процессами управляют чудесные карлики.

Источником ферментов для промышленных нужд являются микроорганизмы — бактерии, плесневые грибы, дрожжи. Выделить фермент в чистом виде — дело хлопотное, требующее упорства и филигранной работы. 1312 опытов провели украинские ученые Н. Пидопличко и В. Билай, прежде чем получили культуру гриба с нужными свойствами.

Их штамм 1312 вырабатывает фермент глюкозооксидазу. Это вещество уничтожает некоторые микробы, устойчивые против пенициллина. Еще одна ценная способность глюкозооксидазы: окислять глюкозу, поглощая свободный кислород воздуха. Последнее свойство нового фермента нашло применение в пищевой промышленности. Всего несколько миллионных долей грамма, введенные в консервную банку, поглощают весь кислород, что остается там после запаивания. Консервы, обработанные таким способом, долго не портятся.

На московском хлебозаводе № 6 мне показали две буханки. Хлеб как хлеб. Но одна буханка пышнее и корочка ее выглядит аппетитнее. Я попробовал по ломтю от каждой буханки. Один из них мне показался и мягче, и вкуснее, и ароматнее. Это сделал фермент амилаза. Если добавить всего 20 граммов амилазы в тонну белой муки, качество хлеба резко улучшится. Ферменты позволяют совсем отказаться от применения солода при выпечке заварного, бородинского и других сортов хлеба. А пока на приготовление солода тратится самое лучшее ржаное зерно.

Использование амилазы и протоиназы — есть и такой фермент — в несколько раз ускоряет созревание сельди при копчении.

Особые перспективы у фицина. Этот фермент получается из листьев инжирного дерева. Он мягчит мясо, позволяет отделить от костей такие части туши, которые обычно трудно использовать. Недалеко время, когда домохозяйка будет держать рядом с перцем и солью на кухонной полке целый набор ферментов. Щепотка химиката — и мясо, которое напоминает по своей твердости подошву, станет мягким при жарке, как лучший кусок вырезки.

Диапазон применения ферментов чрезвычайно широк. Даже передача импульсов по нервной системе простейших организмов без них прекращается. Но, пожалуй, самое удивительное открытие, которое совершено при помощи биокатализаторов, — это синтез нуклеиновых кислот. Он был осуществлен впервые в пробирке биохимиками Северо Очоа и Артуром Корнбергом. Очоа осуществил ферментативный синтез полинуклеотидов типа РНК. А в лаборатории Корнберга была химическим путем воспроизведена «живая молекула» ДНК — дезоксирибонуклеиновой кислоты. Ферменты помогли сделать это и тем самым заглянуть в самое сердце жизни. Необходимая предпосылка для наиболее полной расшифровки биологических функций ДНК, РНК и самих ферментов была создана!

Но самые радужные надежды должны сдабриваться определенной дозой скептицизма. Из двух тысяч ферментов мы более или менее знаем, как ведут себя сотни. Можем ли мы восстановить целостную картину клетки по этим данным? Конечно, нет. Академик А. Е. Браунштейн справедливо заметил, что из всей суммы фактов, накопленных химией ферментов, ясно видно, что рассчитывать на создание единой, всеобщей теории ферментативного катализа пока не приходится. Каждый фермент или группа родственных ферментов имеют свое лицо, свой конкретный механизм каталитического действия. Чтобы до конца познать эти механизмы и овладеть контролем над ними, нужны терпеливые и изобретательные исследования их структуры, их свойств, нужно вовлечь в эти эксперименты как можно более широкий круг биокатализаторов. Это трудоемкий и недешевый путь.

До сих пор большинство цитохимических и других работ в области клетки ведется на фиксированном материале. Ученые фиксируют тот или иной процесс, останавливая его попеременно на разных этапах. Они выясняют деталь за деталью тонкости жизни. Но чтобы узнать какую-то мелочь в поведении клетки или ее частиц, им приходится останавливать жизнь. Очень часто мы видим начало или конец процесса, не зная тонкостей его протекания. Получается парадокс: чтобы изучить живую клетку, мы прежде должны ее убить.

Изучение химизма живой, неповрежденной клетки продолжает оставаться труднейшей научно-технической проблемой.

Перед нами мчится курьерский поезд. Мы хотим заглянуть в него. Мы знаем примерно, сколько в нем пассажиров. Знаем направление, в котором он движется. Знаем, сколько в нем мест. И можем наверняка сказать, что там едут люди разных профессий, что часть из них сойдет на разных станциях. Но чтобы узнать каждого по фамилии и кто чем занимается, нужно попасть в поезд. На промежуточных остановках экспериментатору удается войти на несколько минут в «поезд жизни». Самое трудное — вскочить в него на ходу. Иногда и это удается — выручают методы точных наук. Но как заглянуть в поезд, не забираясь туда, не тревожа покой пассажиров и не отвлекая их от занятий? Это очень сложно и в то же время крайне важно. Только тогда ученые смогут воссоздать верную, целостную, ничем не искаженную картину жизни в ее самых глубинных проявлениях.

Растения-геологи

Знаете ли вы, с чего начинают геологи разведку полезных ископаемых?

Они прежде всего собирают гербарий. Флора дает им ценные и довольно-таки точные сведения о составе почвы.

Известный геолог лауреат Ленинской премии X. Абдуллаев показал мне как-то початок кукурузы и улыбнулся.

— Спутник геолога.

Я тоже улыбнулся. Недоверчиво.

Академик посерьезнел:

— Между прочим, в этом початке содержится золото. Разумеется, ничтожные доли грамма. И все же очень любопытно: початок вырос в пустыне Кызылкум, в тех местах, где жили когда-то массагеты. О них писали древние историки Геродот и Ксенофонт, уверяя, что где-то здесь скифы добывают золото. Пройтись по следам древних никогда не вредно. Хороший геолог всегда найдет там и остатки старинных выработок и что-нибудь новенькое. Вот мы и думаем…

После того разговора прошло десять лет. В пустыне вырос поселок. Название его говорит само за себя — Златогорск! Здесь добывается золото.

Пример, который я привел, можно считать обычным.

Союз ботаники и геохимии принес немало открытий разведчикам недр.

Это не удивительно. У каждого растения своя привычка. Лебеда любит расти на почве, богатой солью. Соляной раствор поступает к верхним слоям почвы из глубин. Скопление солелюбивых растений наводит геологов на мысль поискать нефть. Почему? Потому, что под геологическими отложениями соли, случается, прячется «черное золото» или природный газ.

Руководствуясь только одним компасом — характером флоры в данной местности, геохимики открыли немало месторождений. Удача сопутствует им особенно при поисках редких и драгоценных металлов — никеля, селена, урана.

Финские геологи обнаружили однажды в золе березы медь и никель. Последовали поиски в том районе, где росли никеленосные деревья. Они привели к рождению нового рудника.

Массовая гибель скота в одном из южных штатов США помогла увеличить разведанные запасы селена. Один из наиболее редких и дефицитных элементов, селен, употребляется в фотоэлементах, в производстве стали и вулканизации резины. Мировая добыча его исчисляется всего тысячей тонн. Селен очень трудно найти и еще труднее выделить. Но есть одно растение — астрагал, которое накапливает в себе до 0,4 процента селена. Минерал этот ядовит. Он-то и является причиной гибели скота на пастбищах, где растет астрагал.

Астрагалом заинтересовались геологи. Для выделения грамма селена из рудного сырья обычно нужно переработать тонны руды. А ведь эту адскую работу без особых усилий могут выполнить растения. Теперь их высушивают сжигают, а из золы выделяют селен.

Плантация золота. Ферма редких металлов… Эти словосочетания звучат странно для нашего уха. Но они отражают реальность, которая уверенно занимает все большее место в жизни.

Растения-рудознатцы… О них можно рассказать еще много любопытного. Но не будем слишком отвлекаться от главной темы.

Английский клевер замечателен тем, что в нем на килограмм растительной массы приходится 100 миллиграммов молибдена. Этот факт представляет интерес для геологов и металлургов. Ведь молибден — спутник сталелитейной промышленности.

Нас этот факт интересует по другой причине. Мы рассмотрим его под иным углом зрения.

Химическая карта живого организма

Долгое время считалось, что молибден случайно попадает в растения. Появление металла в живой ткани — это-де следствие загрязнения. Но какой бы организм ни попадал в поле зрения исследователя — от мельчайших микроорганизмов до огромных деревьев — в каждом находился молибден. Откуда? И почему?

Почему именно в клевере его было так много?

Чтобы найти ответ на этот вопрос, ученым пришлось поплутать по тропам науки. И сегодня у них в руках надежный путеводитель — химическая карта живого организма. Для составления ее понадобилось немало лет и немало трудов.

Углерод — основа органической жизни. Для ее поддержания необходимы также кислород, азот, фосфор, сера, калий. Совсем недавно ученые насчитывали 10–15 жизненно важных элементов. Находя в растениях, в организме животных и человека ничтожные примеси других элементов, биохимики, физиологи, медики не придавали им значения.

О биологической роли микроэлементов впервые определенно заговорил В. И. Вернадский. Он создал биогеохимию — науку о связи между химическим составом почв, растений и животных, о связи геохимии с жизненными процессами. Биогеохимия стала важным подспорьем земледельца и животновода.

Все элементы, входящие в состав живых организмов, разделены на три группы. Первая — элементы, содержащиеся в пределах от процентов до сотых долей процента. Они составляют 99,6 процента животных тканей. Это макроэлементы: углерод, водород, кислород, азот, натрий, калий, кальций, фосфор, магний, сера, железо, хлор.

Вторая группа — элементы, содержание которых колеблется от тысячных до стотысячных долей процента. Это микроэлементы: литий, бериллий, бор, фтор, титан, ванадий, хром, марганец, кобальт, никель, медь, цинк, мышьяк, бром, стронций, молибден, серебро, кадмий, йод, барий, свинец.

Третья группа — ультрамикроэлементы. Они содержатся в организмах в ничтожных количествах, меньше миллионных долей процента. Это аргон, скандий, галлий, германий, селен, рубидий, иттрий, цирконий, ниобий, рутений, родий, индий, олово, сурьма, теллур, цезий, лантан, церий, празеодим, неодим, золото, ртуть, таллий, висмут, полоний.

В третьей группе особо выделяются радиоактивные элементы — радий, актиний, торий, уран.

Все эти элементы играют свою роль в жизненных процессах. Недостаток или избыток какого-то из них так или иначе сказывается на течении биохимических реакций. Отсутствие некоторых микроэлементов может оказаться катастрофическим для организма. И наоборот, небольшая доза элемента, добавленная в пищу, может спасти организм от болезни и смерти.

Вот история курьезная и поучительная. В 1931 году в Новой Зеландии произошло сильное землетрясение. В результате возле города Напира поднялось дно океана. Новый клочок суши был использован под огороды. С тех пор жители Напира не знают зубной боли. Тогда как в соседнем городке Гастингсе болели по-прежнему.

Овощи, выращиваемые на дне бывшей лагуны, были тщательно обследованы. Химический анализ показал, что в них содержится много молибдена, зато меньше меди, чем в Гастингсе. Специалисты считают, что именно молибден лечит зубы напирцев.

Молибден — один из важнейших микроэлементов. Он играет большую роль и в жизни растений. Особенно много молибдена содержится в клубеньках бобовых растений. Его присутствие там не случайно. Этот металл помогает клубеньковым бактериям усваивать азот воздуха. Другие фиксирующие низшие микроорганизмы — например, азотобактер кроококкум — не могут развиваться на питательных средах без молибдена. В присутствии же этого элемента они усиливают усвоение азота на 600–700 процентов по сравнению с контролем.

В вегетационных и мелкоделяночных полевых опытах применение молибденовых удобрений повышало урожай сена, семян и корневой массы бобовых. Положительный результат был получен не только при внесении молибдена в почву, но и при обработке им семян или опрыскивании растений.

Молибден нужен растениям для нормального процесса фосфорного питания. Он участвует в углеводном обмене.

Потребность в молибдене как будто невелика — всего несколько килограммов на гектар. И все же его часто не хватает.

Дело в том, что растения усваивают только так называемый подвижный молибден. Запасы его в почве всегда малы, особенно на кислых почвах. В таких местах растения испытывают молибденовое голодание. Недостаток молибдена можно возместить обыкновенным известкованием. Почва при этом становится нейтральной или слабо щелочной, в которой молибден переходит в доступные для растений формы, — и урожай немедленно поднимается.

«Злые духи» меняют квалификацию

Роль микроэлементов в организме разностороння и многогранна. Они активно участвуют во всех жизненных отправлениях, теснейшим образом взаимодействуя с ферментами и витаминами.

Между ферментами и микроэлементами существует, можно сказать, железная связь. В молекулу некоторых наиболее важных ферментов входит железо. Дело в том, что ферменты не всегда могут выполнять свою работу самостоятельно. Им нужны помощники. Эту роль и выполняют металлы. Цинк, марганец, железо, магний. Ионы этих металлов помогают ферментам в их работе и называются активаторами.

Обычно активаторы находятся в клетке в свободном состоянии. Нужно ферменту провести какую-то реакцию, он прибегает к помощи металла. Но иногда фермент выполняет такую важную функцию, что не может обойтись без своего активатора ни секунды. В таких случаях он крепко присоединяет к себе микроэлемент. В окислительном ферменте главную роль играет железо. Именно оно и производит этот процесс. Но без белковой молекулы железу было бы негде развернуться. Фермент предоставляет ему свою поверхность, и на ней совершается окисление.

Существуют вещества, которые нарушают работу атома железа, скажем, молекула цианида. Конвейер жизни останавливается. Почему?

Атом железа обычно укладывает на поверхность белковой молекулы то или иное вещество, чтобы дать ему возможность вдохнуть глоток кислорода. Вдохнув его, вещество оживает и отправляется в дальнейший путь. Теперь же, когда железо выключено из работы, возле фермента тотчас образуется очередь задыхающихся «прохожих». Но раздача кислорода прекращена. Проходит несколько секунд, и все живое, что есть в клетке, погибает от удушья.

Вещества, мешающие ферментам выполнять их функции, называются ферментными ядами, или ингибиторами. Вот еще один любопытный пример ингибирования. Активатором фермента может служить другой микроэлемент — магний. Обычно он находится в клетке в свободном состоянии. В случае необходимости фермент призовет его на помощь. И хотя в клетке нет, разумеется, хорошего освещения, фермент безошибочно отберет магний из десятков других атомов, толпящихся «в темноте».

Но вот беда: в этой толпе иногда оказывается бериллий. Это двойник магния. Их атомы очень похожи. Фермент притягивает к себе бериллий и тоже оказывается связанным по рукам и по ногам. Ни вздохнуть, ни оттолкнуть коварного врага. Фермент цепенеет и погибает. Погибает и весь организм.

Карлик убивает гиганта.

Ингибиторы могут поработать и на благо человека. Они применяются с этой целью в таком тонком производстве, как виноделие. Полусладкие вина обычно не стойки. Они начинают бродить уже в бутылках. Сахар, которого в таком вине достаточно, бродит под действием дрожжей. Чтобы остановить этот процесс, надо «выключить» ферменты. Это делает ингибитор вторичного спиртового брожения. Пятьдесят миллиграммов на литр — и дрожжи мгновенно убиты. Ингибитор стабилизирует обстановку в бутылке. Сам же он безвреден для вина.

Один из наиболее редких элементов, принимающих деятельное участие в жизнедеятельности клетки, кобальт. Он сильно напоминает железо. В давние времена кобальт вечно причинял неприятности немецким горнякам. Похожий на железо, он здорово мешал при выплавке металла. Горняки считали, что злые духи заколдовали это железо, чтобы не дать его людям. Злых духов называли кобольдами. От этого слова металл и получил свое название.

«Злой дух» проявляет свой характер и в наши дни.

Лауреаты Ленинской премии Я. В. Пейве и В. В. Ковальский провели огромную работу по составлению карт биогеохимических провинций. Каждая такая провинция характеризуется одинаковым содержанием химических элементов. По карте можно определить, какой элемент в данной провинции в избытке, какого не хватает. Это очень важно знать. Недостаток кобальта в почве может привести к недостатку его в растениях, которыми питаются животные. Так возникает эндемическое заболевание — сухотка, или акобальтоз. Овцы от недостатка этого микроэлемента худеют, шерсть их теряет блеск, развивается малокровие.

Почему?

Не хватает кобальта. А кобальт входит в состав витамина B₁₂ — кобаламина. Этот витамин необходим для образования красных кровяных телец. Лечение овец препаратом кобальта приводит к немедленному выздоровлению.

Молекула кобаламина имеет сложное строение. Молекулярный вес его примерно 1300. И на всю молекулу только один атом кобальта! Только один атом, но без него мы умерли бы от злокачественной анемии.

Чем же определяется столь выдающаяся роль столь малых веществ в живом организме? Прежде всего их участием в сложных биохимических процессах. Микроэлементы, как правило, не действуют сами по себе. Они входят в состав витаминов, ферментов и гормонов — веществ, которые управляют основными жизненными процессами.

Еще таинственней ведут себя в организме ультрамикроэлементы.

Живой атомный реактор?

Клубеньковые накопляют в почве «удобоваримый» для растений азот. Фиксация молекулярного азота из воздуха может быть, как мы видели, весьма значительной — 100 килограммов на 1 гектар. Чтобы связать 10 миллиграммов, требуется 1 грамм сахара (глюкозы). Чтобы фиксировать 100 килограммов азота, надо израсходовать 10 тонн сахара! Такого количества энергетического вещества на одном гектаре не найти, даже если употребить в дело все запасы органики в почве.

Откуда же берут энергию микробы? Н. А. Красильников полагает, что бактерии используют энергию расщепления атомного ядра. Каковы ее источники? Они находятся повсеместно на земной поверхности. Это естественно-радиоактивные элементы (ЕРЭ) — радий, уран, торий, протактиний. Концентрация их в почве ничтожна: миллионные доли процента. На земном шаре, пожалуй, нет растений и иных организмов, которые не содержали бы ЕРЭ. Но какова их роль, точно еще неизвестно.

Опыты показывают, что в малых концентрациях ЕРЭ нисколько не опасны. Напротив, они необходимы для некоторых биохимических процессов. ЕРЭ активизируют обмен веществ в клетках, усиливают рост растений.

Почвенные микроорганизмы обладают способностью накапливать ЕРЭ и концентрировать их в тысячи раз по сравнению с почвой! Не здесь ли скрыта разгадка невероятной «производительности труда» живых фабрик?

Вот о чем говорят авторадиофотограммы колоний микробов, полученные в МГУ.

Испытывалось несколько видов организмов — актиномицеты, азотобактер и клубеньковые бактерии клевера, люцерны, гороха. Питательная среда, в которой они выращивались, содержала ничтожно малую дозу ЕРЭ. Культуры микробов, посеянные на целлофане, быстро разрослись. Затем целлофан был снят и высушен. Получились своеобразные негативы. На каждом колония микробов оставила свой автограф. Негативы проэкспонировали на рентгеновской пленке.

Автофоторадиограмма, полученная на 60-е сутки экспозиции, была поразительной. Самый четкий автограф на пленке оставили штаммы азотобактера. Они аккумулировали больше всего радиоактивных веществ. Клубеньковые бактерии люцерны засветили пленку не так резко. А следы микрококков были почти незаметны.

Еще один отпечаток. Его оставили на рентгеновской пленке корни гороха. Тонкие, размытые бледные нити и четкие яркие зерна — корешки и клубеньки. Это значит, что бактерии в клубеньках не только сами используют ЕРЭ, но и передают их растению.

Радиоавтограммы навели экспериментаторов на мысль удобрить почву ЕРЭ. Так и сделали. Результаты не замедлили сказаться. На корнях гороха началось усиленное образование клубеньков. Число их стало больше, а размер крупней. Вывод очевиден: бактерии используют излучения ЕРЭ для своих жизненных процессов. Как именно? В чем состоит конкретный механизм этого использования? Ответ на эти вопросы наука пока не дала. Открытие доктора технических и биологических наук Волского, доказавшего, что высшие организмы усваивают азот из воздуха, позволит уточнить механизм белкового обмена. Правда, это только начало нового поиска.

Но именно здесь, на рубеже, где еще столько неясного, спорного, проблематичного, перед нами открывается блистательная перспектива. Ядерный луч — вот тот могучий прожектор, который освещает путь вперед.

Ибрагимов-второй, которому я как-то помогал грузить мешки с облученными семенами (они предназначались для посева в новом месте), спросил меня, отдуваясь и стирая капли пота со лба:

— Чувствуете теперь, как нелегко дается новое? Гамма-лучи считаются пока достоянием теоретиков. Потому и грузим вручную. Механизацию погрузки мешков с семенным материалом пока никто не предусмотрел. Вот вам первая заминка на пути внедрения нового научного метода в практику.

Вторая нас ждет возле хлопкового поля. Все-таки люди еще с недоверием относятся к облученным семенам. Как бы чего не вышло? А вдруг да они радиоактивны? Косность мешает. Председатели колхозов не все охотно откликаются на наши предложения — испытать облученные семена. Боятся радиоактивности? Думаю, что нет. Просто мы не обещаем сверхъестественных приростов урожая. Ну, пять процентов — это уж точно. А разве этого мало, если посеять такие семена хотя бы на трети всех площадей республики или даже одной области? Десятки тысяч тонн! Но косность рядового земледельца объяснима. Это даже не косность. Это незнание. Вот косность ученого — страшная вещь. Некоторые исследователи бросили на полдороге исследования с атомной энергией в сельском хозяйстве, как только поняли, что сумасшедших прибавок и прочих выгод не будет.

Да, наши опыты показывают, что гамма-лучи дают эффект, сравнимый с эффектом других, так сказать, обычных стимуляторов урожайности. Но разве мы от тех отказываемся? Нет. Не будем же бросать и нашу работу. Радиоактивные изотопы — это отходы атомной промышленности. Наш реактор предназначен для научных исследований. В результате его работы образуется, как и в любом подобном урановом реакторе, много радиоактивных материалов. Почему-же их не использовать? Я понимаю, почему необходима особая осторожность, в опытах с атомными консервами, речь идет о пищевых продуктах, о здоровье людей. Но и в этой области достигнуты известные успехи…

Консервирование овощей, мяса, молока существует уже полтора века. Оно основано на тепловой стерилизации продуктов в герметически упакованной таре. Высокая температура при обработке уничтожает микроорганизмы и останавливает все процессы, которые могут привести к порче пищи — окисление, брожение и т. п. Тепловая стерилизация, кроме особой тары, требует создания особых условий для варки, упаковки. В результате тепловой стерилизации свойства консервированных продуктов заметно меняются. Часть витаминов разрушается, изменяется состав аминокислот.

Атомная технология стерилизации пищевых продуктов чрезвычайно упрощает дело. Доза облучении продуктов гамма-лучами невелика, хотя и она достаточна, чтобы уничтожить все возможные источники порчи пищи. Но допустимо ли применение атомных консервов в пищу человеком?

В Соединенных Штатах Америки были поставлены опыты по проверке вкусов и питательных качеств облученных продуктов. Тринадцать солдат в течение двух недель питались продуктами, стерилизованными радиоактивными лучами. В меню входило 18 продуктов: пять видов мяса и мясных продуктов, шесть видов овощей, столько же видов фруктов и хлеб. Калорийный состав продуктов изменялся мало. Большинство их оказалось столь же приемлемым для человека, как и замороженные продукты.

И все же эксперименты с атомными консервами пока приостановлены. Дело в том, что и в облученных продуктах возникают изменения исходных свойств вследствие побочных реакций. Уменьшить дозу облучения? Пробовали. Но тогда не достигалась стерилизация. Мы уже знаем, что некоторые организмы способны выдерживать чудовищную дозу радиации. Они-то и не подвергаются лучевой стерилизации.

Доза чуть бóльшая нарушала натуральные свойства продуктов — вкус, питательность, степень насыщенности витаминами. Изменения эти происходили в результате каких-то глубинных, еще не подмеченных и не познанных сдвигов внутри молекул, входящих в состав пищи.

Вот эти-то ничтожные сдвиги и представляют самый большой интерес для ученого, познающего тайну живого.

Какую роль играет замена одного лишь атома в огромной молекуле, мы видели на примере с бериллиевым отравлением ферментов. Это явление было долго скрыто от наших глаз.

Не происходит ли подобных явлений и в других случаях?

Вернемся к гамма-стимуляции семян. Ученые рисуют нам примерно такую схему этого процесса.

Есть элементарные частицы, обладающие высокой энергией. Фотоны, электроны, нейтроны мчатся, словно пули или снаряды. Попадая в облучаемый объект, они, понятно, вызывают изменение структуры его молекул.

Живая клетка находится под обстрелом кобальтовой «пушки». Град картечи сыплется на нее. Осколки попадают во все закоулки клетки. В ядро, митохондрии, микросомы и другие органелы. Вот снаряд попал в молекулу белка, «отколупнул» от нее кусочек, допустим, атом водорода. Равновесие нарушено. Измененная молекула (она называется свободным радикалом) стремится его восстановить. Свободные радикалы имеют огромную химическую реактивность. Они тут же стараются прореагировать со своими соседями. Жадно соединяются с молекулами воды, кислорода. Образуются новые соединения — гидроперекиси, перекиси, хиноны. Они тоже довольно активны. И тоже стремятся вступить в реакции. Прямое попадание атомного «снаряда» вызывает в клетке «взрыв» реакций. Новые вещества, новые необычные реакции, возникшие в ней, втягиваются в нормальный обмен веществ.

Опыты показали, что малейшая примесь перекисей может остановить деление клеток, вызвать глубокие изменения в их потомстве, в дочерних клетках. Другое вещество — хиноны, — появившись в клетке в ничтожном количестве, вмешивается в ход окислительных процессов клетки, действует в противоположном направлении. Жизнедеятельность клетки усиливается, деление ускоряется. В больших дозах хиноны сами становятся ядом. Они соединяются с ДНК, блокируют деление клеток.

Эта возможность — изменять ДНК — особенно привлекает экспериментаторов.

В самом деле: если при обстреле клетки гамма-лучами произойдет случайное столкновение ионизирующей частицы с молекулой ДНК, последствия этого события будут чрезвычайно важны и для данной молекулы, и для всей клетки, и для потомства этой клетки. Огромная молекула ДНК клеточного ядра воспримет энергию частицы и, деформируясь, прореагирует, например, с кислородом — в ней может нарушиться последовательность нуклеотидов, несущая закодированную программу для развития дочерней клетки.

«Если такое событие произойдет в половой клетке, — пишет член-корреспондент Академии наук СССР А. М. Кузин, — то может возникнуть изменение наследственно передаваемых свойств, связанных с данным (поврежденным) участком ДНК».

Если так, то почему не применять радиоактивное излучение для направленного изменения наследственности и получения нужных человеку форм полезных растений и животных.

Так-то оно так. Но обратите внимание на маленькую деталь: мы сказали, что столкновение ионизирующей частицы с молекулой ДНК случайно. В этом вся загвоздка. Мы обстреливаем цель вслепую. Мы еще долго не сможем вести прицельный огонь. Дело не только в несовершенстве оружия. Дело еще и в нашем незнании, куда именно надо стрелять. ДНК огромна. Упрощенно говоря, в каждом ее «отсеке» лежит план-чертеж на постройку определенной части будущего здания — живого организма. В одном заложена форма листа, в другом — махровость цветка и т. п. Но что именно и где именно, это нам пока неизвестно.

Идти вперед наугад? А почему бы нет?! Случайность — друг науки. Если мы, сознательно воздействуя на растение, случайно получим новый сорт, наука от этого нисколько не пострадает.

Первые опыты с лучами-конструкторами в нашей стране были проведены в лаборатории доктора биологических наук Л. П. Бреславец. Ей удалось вместе с сотрудниками выявить стимулирующий эффект лучей Рентгена на зерновках ржи. При дозе облучения в 1000 рентген число и вес зерен в ржаном колосе заметно увеличивается.

Намачивание семян в слабых растворах продуктов распада урана тоже привело к повышению урожайности.

Три десятилетия ушло у экспериментаторов на уточнение доз облучения, отработку условий опыта. И только совсем недавно удалось уяснить, как именно и почему гамма-лучи дают стимулирующий эффект.

При обстреле семян в них возникают свободные радикалы макромолекул. Возникают в оболочке семян, в эндосперме, в зародыше. Они сравнительно устойчивы. Их можно обнаружить в облученном семени через несколько суток после обработки.

Семя брошено в почву. Под влиянием тепла, воды и начавшихся окислительных процессов зародыш пробуждается. До этого времени были как бы заморожены и те радикалы, которые образовались в момент обстрела. Они готовы поспешить друг к другу, в объятья, но они находятся на разных сторонах глубокого ущелья. Перепрыгнуть его трудно. Нужен или мостик, или вода, по которой можно добраться вплавь. Таким мостиком обычно служит кислород, а рекой — вода. Однако в семени очень мало воды — 4–10 процентов, а доступ кислорода ограничен.

Но вот семя брошено в почву, перебрасываются мостки, начинается половодье. Свободные радикалы устремляются навстречу друг другу по мосткам и вплавь. Происходят короткие цепные реакции окисления. В результате их образуются гидроперекиси, перекиси и хиноны — соединения, активно вступающие в новые реакции.

Естественный процесс активации ферментов в этих условиях идет быстрее обычного. Ферменты следят за порядком в клетке. Появились перекиси и хиноны — надо их вовлечь в строго определенный поток движения веществ в клетке. Нарушителей задержать. Стройматериалы доставить на место назначения. Плохо, если нарушителей, появившихся после облучения, в клетке слишком много. Тогда ферменты не справятся. Наступит хаос и, вероятно, даже катастрофа.

Если же доза облучения подобрана верно, некоторое увеличение движения в клетке только на пользу общему строительству организма.

Особый вопрос — о соединениях, которым удается прорваться в штаб движения, в ДНК. Опытами доказано, что ортохины быстро проникают в ядра клеток, они входят в комплекс с ДНК и могут повлиять на те команды, которые отсюда исходят. Например, заставить существенно изменить интенсивность развития проростков.

Семя, зародыш — очень удобный объект для естествоиспытателя. Этого «ребенка» тоже надо воспитывать с первых дней. Тогда легче удается воспитать в нем желаемые качества.

Предпосевное облучение семян не только ускоряет рост и развитие растения. Оно вызывает и более глубокие изменения в организме.

На ВДНХ можно было как-то увидеть необычную кукурузу. На каждой «ветке» ее висело не один-два, а по четыре-пять початков. Предпосевная гамма-обработка семян капусты, моркови, редиса повышает витаминность овощей. В моркови больше содержится каротина, в капусте — витамина С. Гамма-облучение яиц, произведенное на Томилинской фабрике в дозе 1–2 рентген, повысило в последующем яйценоскость кур, выросших из этих яиц, на 10 процентов.

Глубинные причины этих удивительных явлений во многом еще не раскрыты и не поняты. Но уже сегодня делаются попытки проникнуть в святая святых жизни. Проникнуть и воссоздать ее в лучшем, чем это было до сих пор, виде.

Перед вторжением в эволюцию

Шел июнь двадцатого года. Третий поход Антанты. Голод. Разруха. В эти трудные дни в Саратове собрался III Всероссийский съезд селекционеров. Молодой профессор Саратовского университета Николай Вавилов прочитал собравшимся свой доклад о законе гомологических рядов в наследственной изменчивости. Теория Вавилова уложила в стройную систему всю флору земного шара.

Чтобы уяснить себе эту систему, обратимся к таблице мировых пшениц.

Пшеница распадается на восемь линнеевских видов: твердую, мягкую, английскую и т. д. В каждом из восьми видов бывают формы озимые и яровые, красноколосые и белоколосые, остистые и безостые. Все эти разновидности и образуют гомологические ряды.

Рожь со своими формами в таком же порядке повторяет пшеницу. Ячмень и овес повторяют друг друга, а также рожь и пшеницу.

В телеграмме, отправленной в Совнарком, съезд подчеркивал, что теория Вавилова представляет собой крупнейшее событие в мировой биологической науке и соответствует открытиям Менделеева в химии. Действительно, подобно менделеевской таблице, закон Вавилова позволял предсказывать существование, строение и свойства еще неизвестных или почти не изученных видов растений. К слову сказать, некоторые из предсказанных форм растений Вавилов и его соратники открыли в экспедициях по малоизученным местам земного шара.

Закон Вавилова оказался применим и для животного мира.

Успехи молекулярной биологии последних лет помогли понять механизм гомологичной (сходной) изменчивости у организмов. Закон гомологических рядов обогатился новым содержанием.

Раньше мы могли предсказывать особенности строения неоткрытых видов статистическим путем. Теперь мы начинаем понимать, почему будущие виды сходны со старыми.

Если мы заглянем в классический труд Н. И. Вавилова «Пшеница», то сразу же обратим внимание на его классификацию этого злака. Пшеница разделена им на три больших отряда: 14-, 28-, 42-хромосомную. Разница в числе хромосом, несомненно, определяет и разницу в особенностях каждого класса пшениц.

Если клетки организма содержат в своих ядрах полный набор хромосом, они называются диплоидами. Исчезни по каким-то причинам та или иная хромосома — и нормальная деятельность клетки и организма становится невозможной. Если в одной клетке соединятся полные наборы хромосом, получится новый организм.

В генетике под полиплоидией принято понимать более высокую степень повторения хромосомных наборов.

Внешне полиплоиды отличаются от растений того же класса, но имеющих меньший набор хромосом. Злаки диплоид имеют типичный остроконечный лист. У полиплоидов лист оканчивается тремя зубчиками. Полиплоиды медленнее растут. Среди них чаще попадаются растения-гиганты.

Иное внутреннее строение определяет иные свойства полиплоидов. Как правило, это более ценные сорта.

Интересные данные получил Леве, проанализировав, как чувствуют себя полиплоиды в плохую погоду. В 1939–1942 годах зимы в Швеции были на редкость суровыми. Анализ показал, что морозы перенесли только 5 процентов диплоидов, 90 — тетраплоидов и все 100 процентов гексаплоидов.

Неудача, ставшая открытием

Пионером экспериментальной полиплоидии был ученик Вавилова ленинградский генетик Г. Д. Карпеченко. Он провел смелый эксперимент. Карпеченко решил осуществить очень отдаленную гибридизацию — редьки с капустой. Разве не заманчиво получить растение, у которого будут капустные вершки, а корешки, как у редьки? И кочан и корнеплод сразу.

И у капусты и у редьки по 18 хромосом. Гибрид унаследовал по 9 хромосом от каждого родителя. Он оказался «растительным мулом» — потомства от него получить не удалось.

Карпеченко тщательно осмотрел половые клетки всех гибридных образцов. У нескольких из них хромосомы родителей сохранились полностью — по 18 от каждого предка. Тридцатишестихромосомный гибрид дал потомство. Он отлично размножался, но зато категорически отказался от своего прежнего родства. Он не скрещивался больше ни с капустой, ни с редькой. Возник совершенно новый вид растения, не существовавший в природе. Редько-капуста, или, как назвал его автор, рафанобрассика (по-латыни).

В 1927 году Карпеченко опубликовал теоретические обоснования синтеза новых видов с неограниченной плодовитостью.

Большая группа генетиков — советских и зарубежных — развернула поиски в этом направлении.

И хотя конкретная цель, которую ставил перед собой ученый, не была достигнута, — работы его показали путь к преодолению бесплодия отдаленных гибридов.

Полиплоидия коренным образом меняет природу растения. У него появляются совершенно новые свойства. Клетки полиплоидов крупнее, цветы и плоды их тоже увеличиваются. Физиологические процессы протекают активнее. Организм скорее приспосабливается к изменениям условий жизни.

Как получить полиплоидные клетки?

Лабораторная техника этого дела разработана за последние десятилетия довольно основательно. Клетку охлаждают приблизительно до 3 градусов. Это делается в тот момент, когда она готова к делению, то есть к размножению. Именно в этот момент легче всего вмешаться в процесс размножения.

Но каким инструментом осуществить эту операцию?

Русский биолог Н. К. Кольцов еще в 1917 году предложил применить для вторжения в эволюцию рентгеновы лучи и предсказал, что могут найтись и другие способы воздействия на хромосомы.

1925 год. Советские генетики Г. А. Надсон и Г. А. Филиппов, обстреляв кормовые дрожжи Р-лучами, получают новые формы этого микроорганизма.

Последовала целая лавина открытий в области экспериментальной полиплоидии. Работы Меллера и Дубинина, Астаурова и Жебрака, Цицина и Сахарова, Сапегина и Делоне, шведского генетика Мюнтцига и болгарского биолога Костова привели к созданию новых видов растений и животных.

В 1936 году было установлено, что алкалоид колхицин стимулирует образование полиплоидных клеток. Это сделали Блексли и его сотрудники (США). Правда, у них были предшественники — еще сам Дарвин пытался воздействовать на растения колхицином, но работы американцев охватывали такой широкий круг растений, а механизм действия колхицина ими так тщательно изучен, что их труды можно считать началом нового направления в генетике и селекции. Американские ученые дали обоснованную методику воздействия колхицина на определенных этапах развития растений.

Уже через два года благодаря этой методике биологи имели 40 видов искусственно полученных полиплоидов. А еще через несколько лет число полиплоидных растений увеличилось в 10 раз.

Увлечение полиплоидией подогревалось первыми успехами. Конечно, большую роль играл определенный азарт. В результате искусственно вызванных мутаций получались организмы с новыми признаками. Новизна — это уже хорошо. Но ведь важно получить ценные свойства. У полиплоидной гречихи Сахарова были крупнее зерна. Шведские генетики получили ячмень с прочной, неполегающей соломиной. Японские исследователи вывели тетраплоидный табак, содержавший на четверть больше никотина.

В полиплоидных растениях было больше витамина С (в томатах), больше рутина (в гречихе).

Но главного на первых порах не достигали. Все ждали от полиплоидов не только новизны, но и практической пользы. Надеялись немедленно получить новые, высокоурожайные сорта.

Из лабораторий выходили виды растений с крупными плодами или зернами. Но урожайность их практически оказывалась такой же.

Восемь лет — с сорокового по сорок восьмой — бились шведские генетики над получением полиплоидного сорта ржи. Он давал очень крупные зерна. Однако весил колос полиплоида столько же, сколько у обычного растения. Ни урожайностью, ни зимостойкостью, ни иммунностью новая рожь не отличалась. Правда, хлебопекарные качества ее и содержание белка в хлебе были повыше. Но стоило ли из-за такого малого эффекта тратить столько времени и трудов?

Увлеченные созданием новых форм растений — с большими плодами, с большим содержанием ценных веществ, — биологи воспринимали их как уже готовые сорта. Как годные для сиюминутного внедрения в практику. А практика иной раз подводила.

Авторы многих полиплоидов, охваченные вначале нетерпением увидеть свои сорта на полях, впали в пессимизм, увидев, что их труды не приносят ощутимой практической пользы.

Меллер и Фишер долго бились над тем, чтобы получить из растения «датура страмониум» тетраплоид с повышенным содержанием алкалоидов. Отступились. Сделали вывод, что эти попытки безуспешны.

Джексон и Роусон были более настойчивы. Из растений того же вида они получили тетраплоид, в котором процент алкалоида был в 3 раза выше.

Полиплоидия, наблюдаемая в природе, не давала поводов для пессимизма. Полиплоиды растительного мира — победители в борьбе за существование. Они составляют половину всех растений. Но природа, создавая полиплоиды, одновременно производила отбор их. Она работала на поприще селекции сотни тысяч лет. Почему же мы должны забывать об этой стороне работы?

Вывод очевиден: полиплоидия должна сопровождаться отбором.

«Мы в состоянии экспериментально вызывать появление новых наследственных свойств у организмов физическими, химическими и биологическими мерами. Изменение условий во внешней среде — еще один путь воздействия. Проверенный метод и скрещивание, отдаленная гибридизация, — говорит академик Н. П. Дубинин. — Однако во всех случаях основным является селекция, отбор для формирования пород и сортов. Все дело в том, что без направляющего влияния отбора сама наследственная изменчивость еще не поддается регуляции. Пока мы не можем получить поток направленных изменений».

Решить эту задачу — значит научиться управлять жизнью. Она еще кажется фантастичной самим ученым; но это самая насущная задача современного естествознания. Она поставлена в повестку дня Программой партии. Вспомним ее вдохновляющие строки:

«Крупные сдвиги предстоят в развитии всего комплекса биологических наук в связи с потребностями успешного решения проблем медицины, дальнейшего подъема сельского хозяйства. Интересы человечества выдвигают перед этими науками в качестве главных задач познание сущности явлений жизни, вскрытие биологических закономерностей развития органического мира, изучение физики, химии живого, разработку различных способов управления жизненными процессами, в частности обменом веществ, наследственностью и направленными изменениями организмов».

Научиться управлять этими изменениями — мутациями — значит научиться в какой-то мере руководить процессом эволюции, заставить ее идти быстрее, в ногу с веком и его задачами. Ускорить бег биологического времени — заветная цель селекционеров. Сегодня, когда в руках их находится такой мощный инструмент, как радиационная генетика, она вполне осуществима.

Мы говорим о необходимости сочетать полиплоидию и отбор. Это нужно. Но в результате гамма-облучения полиплоиды возникают не так часто. Зато, облучив, допустим, тысячу растений одного вида, мы получаем почти тысячу мутантов — образцов растений с новыми свойствами. Не беда, что большинство мутаций вредны. Иногда в результате облучения возникают полезные для нас формы. Их-то и надо использовать для выведения новых сортов.

Мутацию надо закрепить путем отбора.

То же делает селекционер и на опытном поле, отыскивая среди миллионов растений единичные образцы мутантов, обладающих ценными свойствами. Его поиск целеустремлен, хотя все же в какой-то степени случаен. На делянке, где растут искусственно созданные мутанты, у селекционера больше материала для размышлений. Здесь больше растений, из числа которых можно что-то отобрать. Чем больше найдется подходящих мутантов, тем быстрее пойдет процесс отбора.

Излучения повышают скорость естественных мутаций, ускоряют работу селекционера. При обычных методах на выведение нового сорта ржи, устойчивого к ржавчине, требуется до 10 лет. Радиационная селекция позволяет сделать это за 18 месяцев. Меняя дозу и приемы воздействия на исходный материал, селекционер может управлять количественной стороной мутационного процесса.

Качество, то есть получение определенных, целенаправленных мутаций, пока человеку неподвластно. Но он находится на близких подступах к решению этой задачи.

Существо по заказу

Лет десять назад по страницам газет и журналов метеором пронесся сенсационный заголовок: «Вещество по заказу!» Из разных мест, по разному конкретному поводу, с разной степенью достоверности репортеры торопились поведать читателю об удивительных вещах, творимых в лабораториях химиков. Из колб и реторт, из реакторов и растворов экспериментаторы начали извлекать одно за другим вещества с заранее заданными свойствами. Пластмассы, синтетические волокна, лекарства… Правда, подавляющее большинство этих творений так и застряло на стадии эксперимента. Из-за сложности технологии, из-за дороговизны. Но сам принцип уже восторжествовал! Выкладки и предположения химиков-теоретиков были блестяще подтверждены практикой. Многие теории, казавшиеся смелыми, если не безудержной фантазией, стали на твердую почву фактов.

Вещество по заказу получить не так-то еще просто. Но безусловно возможно. Мечта ученого-химика становится в наши дни реальностью.

Сокровенная мечта современных биологов еще более дерзка и фантастична. Существо по заказу! Вот к чему направлены вкупе усилия всей армии творцов науки о жизни. Может быть, это слишком громко сказано. Можно сказать проще: новый сорт растений, новая порода животных — по заказу.

Химики уже научились управлять процессами, которые приводят к созданию новых полимеров, обладающих желаемыми свойствами.

Биологи стоят пока на пороге аналогичных открытий. Стоят перед дверью, в которую надо еще хорошенько постучаться.

Они смогут проникнуть туда, только узнав пароль. Пароль — это пропуск. Пароль в данном случае — это знание закономерностей наследственности и ее изменчивости.

Принято считать, что наследственность определяется так называемыми генами. Но существуют ли гены? Наука спорит об этом уже добрых сто лет. Механизм деятельности генов до конца еще не выяснен. Выдвинуто много любопытных и весьма правдоподобных гипотез, до некоторой степени подтвержденных опытными данными. Серией опытов доказано, что в каждой хромосоме содержится множество генов, определяющих ряд отличительных признаков особи. Знаменитая муха дрозофила, ставшая притчей во языцех, помогла выявить порядок расположения генов по длине хромосом.

Как выглядит ген? Нарисовать его портрет покамест сложно, но некоторые черты «лица» начинают проясняться — считают, что ген представляет молекулу (или ее участок — локус) в форме длинной цепи. Вдоль нее расположены в строгом порядке боковые группы атомов. Молекула эта подобна печати. Она может дать любое число отпечатков.

Вероятно, портрет этот упрощен и далек от сходства. Для нас важно другое.

Мы видели, что облучение зародышевой клетки радиоактивными частицами — рентгеновыми лучами, нейтронами, быстрыми электронами — вызывает серьезные последствия. Попадая в молекулы гена, они либо откалывают от них какую-то частицу, либо меняют их структуру иным путем (ионизируя водную среду и повышая концентрацию заряженных атомов водорода и гидроксильных групп). Эти изменения — мутации — необратимы. Они передаются по наследству (в соответствии с законами Менделя!). Чаще всего мутации вредны, они порождают химеры, организмы, не достигающие зрелости. Должно ли это удивлять нас? Ни в коем случае. Представим себя в роли скульптора, который решил высечь из камня статую, обстреливая ее с приличного расстояния из пулемета. Получить нужную фигуру — это значит отсечь от камня лишнее. Добавьте к этому, что у скульптора завязаны глаза и он может определить, что попал в цель, только по звуку пули, чиркнувшей по камню. Однако повязка не вечно будет закрывать глаза ваятеля.

Произвольно вызываемые мутации осуществимы. Мутации, дающие необходимый эффект, станут когда-нибудь самым надежным и точным инструментом в руках селекционера.

Биолог будет знать наверняка: обстреливая данный участок молекулы, он получит сорт с повышенной урожайностью; попадая в соседнюю группу атомов, он получит засухоустойчивое растение. Существо по заказу станет реальностью. Не за горами время, когда секреты гена, особенности каждого участка его молекулы станут достоянием науки. Управление наследственностью растений, изменение ее в нужную сторону перейдет из области теории в практику сельского хозяйства. Радиационная генетика позволит отказаться от кустарщины и эмпиризма.

Электронная оптика и здесь сослужит свою службу.

Мы знаем, что быстрые электроны можно отклонять от их пути и конденсировать, подобно тому как увеличительное стекло конденсирует лучи света. В электронном микроскопе пучок электронов изгибается и фокусируется с таким расчетом, чтобы изображение предмета, через который прошли электроны, воспроизводилось с огромным увеличением. Этот замечательный прибор позволяет видеть мельчайшие детали молекулы, только в два-три раза превышающие диаметр обычных атомов, образующих живую материю. Представьте на минуту, что у вас в руках бинокль. Переверните его стекла наоборот. Предметы, которые оптика приблизила в несколько раз, теперь будут во столько же раз уменьшены. Так можно поступить и с линзами электронного микроскопа. Они позволяют создать тысячекратно уменьшенное изображение источника электронов. Значит, можно сконцентрировать электронный пучок на участке всего в три диаметра атома. Что это даст? Направим этот тончайший лучик на хромосому половой клетки, на какой-то определенный участок, и мы получим нужный генетический эффект. Мы сможем регулировать этот эффект, меняя время, дозу облучения. Мы будем обстреливать только те участки, мутации которых принесут нам желаемые изменения в наследственности всего организма.

Возможно, и в этом случае многие мутации окажутся неблагоприятными. Но зато теперь нам не придется в течение долгого времени выращивать тысячи новых особей, чтобы потом отбросить тысячи неудачных вариантов и отобрать единичные перспективные экземпляры. Лауреат Нобелевской премии Дж. Томсон считает, что такой метод можно было бы без особых затруднений применить к растениям и, пожалуй, даже к низшим животным.

Научимся ли мы когда-нибудь направлять электроны с точностью, достаточной, чтобы вызывать нужную мутацию? Это вопрос времени. Надо прежде проникнуть в механизм действия генов. Может случиться так, что мы всех тайн этого механизма не раскроем. Мы только будем знать, какой именно ген, какой именно участок молекулы претерпел изменения. Но и тогда перспектива выведения совершенных видов растений необычайно расширится. Возрастут и скорость выведения новых пород и размах изменчивости. Мы будем использовать эти мутации так же, как сегодня используем клубеньковые бактерии, не зная до конца механизма их действия. Как использовало человечество для своих нужд ферменты, тысячелетиями не подозревая об их существовании.

Гибридизация молекул

Метод гибридизации занимает прочное место в арсенале селекционеров. О том, какие необычайные перспективы он сулит, мы знаем со школьной скамьи. Помните мичуринский церападус — гибрид черемухи и вишни? Или пшенично-пырейные гибриды Цицина? Каждый оригинатор, выводящий новый сорт, ждет, что его детище унаследует лучшие качества отца и матери. Скрещивая черемуху с вишней, Мичурин надеялся, что гибрид будет плодовит, как черемуха, и крупноплоден, как вишня. Великий преобразователь достиг в данном случае своей цели. Но не всегда подобный эксперимент удается.

Вспомним знаменитый гибрид Карпеченко. От редьки — корешки, от капусты — вершки.

Но Карпеченко осуществил свой знаменитый эксперимент в те времена, когда мы еще не знали, что такое ДНК, когда полимерная химия еще не выбралась, по сути дела, из своей первой пробирки. Слова «полиэтилен» и «полистирол» появились много позже. Еще позже ученым удалось привить молекулу полистирола на молекулу полиэтилена. Так был получен гибрид двух полимеров, обладавший качествами обоих своих родителей. Но этот гибрид родился в «мертвой» природе.

А в живой?

Применить этот метод на уровне живых молекул оказалось делом чрезвычайно сложным, но все же осуществимым.

Чтобы «влезть» в клеточное ядро, особенно в хромосомы, экспериментаторы проявили много изобретательности и долготерпения. Хромосомы окрашивали в разные цвета и разными веществами. Их переваривали ферментами, исследовали ультрафиолетовым микроскопом, выделяли из клетки и изучали прямыми химическими анализами.

Хромосома устроена на первый взгляд просто. Она содержит три главные составные части — белок, ДНК и РНК. Все эти три вещества соединены в хромосоме в единую структуру — нуклеопротеид. Но ДНК при ближайшем рассмотрении представляет довольно сложную молекулу. Азотистые основания (числом до 30 тысяч), остатки сахара и фосфорной кислоты соединены в ДНК в двойную цепочку при помощи водородной связи.

Еще сложнее выглядит фермент рибонуклеаза, способный гидролизовать рибонуклеиновую кислоту — РНК. Он представляет собой биополимер, состоящий из 124 аминокислот.

Прежде чем научиться скрещивать подобные молекулы, нужно было распознать их структуру. Распознать — это значит разобрать по частям. Клеточное ядро пришлось растирать, дробить ультразвуком, замораживать и обрабатывать кислотами. Из полученной «каши» надо было выделить по очереди все ее компоненты. Только центрифуга, прибор необычайных возможностей, помогла это сделать.

Под действием центробежной силы в ней возрастает сила тяжести. Мелкие частицы, которые остаются обычно в растворе, осаждаются. Нужна огромная сила, чтобы оторвать одни частицы от других. В центрифуге сила тяжести примерно в 100 тысяч раз превосходит земное притяжение!

Наконец компоненты разделены. Можно приступить к скрещиванию живых молекул. Смешиванием различных нуклеиновых кислот удалось добиться спаривания их молекул. Гибрид получился довольно прочный. Он сочетал в себе свойства родителей.

Опыт за опытом — задача усложнялась. Скрещивание было проведено на уровне белковой молекулы. Взяли фермент, встречающийся у двух разных бактерий. Полипептидную цепь от одной скрестили с цепью бактерии другого вида. Потомок вполне походил на обоих «предков».

Гибридизация на уровне молекул открывает захватывающие перспективы.

Ученые, занимающиеся молекулярной биологией, любят говорить о двух важнейших задачах этой науки. Первая: синтез белков. Вторая: получение направленных мутаций. Гибридизация молекул работает в одном и другом направления одновременно. Практические возможности этого метода пока еще невозможно ясно представить. Но вот один из последних фактов, над которым читатель сможет сам поразмыслить.

Советские и чешские биологи сумели осуществить гибридизацию двух белков-антител. Антитела — это белки, образующиеся при иммунизации организма. Одно антитело было носителем невосприимчивости к одному заболеванию. Другое — обеспечивало иммунитет к иной болезни. Гибрид антител соединял в себе свойства своих родичей. Нужны ли пояснения к этому факту?

Наука идет вперед семимильными шагами. Жизнь сплошь и рядом ставит перед ней задачи, которые всего несколько лет назад вызвали бы усмешку. Столетиями, желая высмеять ученого, говорили, что он выращивает в колбе гомункулуса (по-латыни: человечка) или, на худой конец, что занимается химерами.

Опыты итальянских ученых с человеческим зародышем сегодня стали сенсацией дня.

Что касается химер, этот термин приобрел ныне вполне научное звучание.

Химические химеры доктора Раппопорта

Доктор наук И. А. Раппопорт занимается химерами вот уже тридцать лет. Я говорю об этом вполне серьезно. Упорство и жизнь этого самоотверженного исследователя кому-нибудь послужат еще темой книги. Книги, полной драматических ситуаций и психологических конфликтов, напоминающей по остроте сюжета детектив.

Алкалоид колхицин, применявшийся генетиками для получения искусственных мутаций, выделяется из семян безвременника. Извлекать его оттуда довольно трудно, да и семян это растение дает не много. Правда, для экспериментов нужны были микроскопические дозы алкалоида. Но для широкой постановки опыта требовались и соответствующие масштабы.

Начались поиски химических заменителей колхицина. Фенантренная основа молекулы колхицина подсказала академику И. Шмуку где искать. Он предположил, что в ряду карбоциклических соединений есть вещество, подобное колхицину. Так и оказалось. Из нафталина и бензола был выделен аценафтен. В растворе он вел себя достаточно инертно. Зато в кристаллическом состоянии производил мутагенный эффект. Правда, аценафтен действует медленнее колхицина. Но это было на руку исследователям. Можно было получше изучить процесс мутагенеза.

…Вот охлажденная клетка помещена во влажную камеру. Чем теплее в ней, тем скорее происходит деление клетки.

В камере растение обрабатывается колхицином или его производными — аценафтеном, хлористым сангуннарином, гаммексаном, линданом и другими. Они действуют быстро и весьма эффективно. В результате в камере образуется достаточно много полиплоидных клеток. Некоторые из них способны к размножению, большинство же погибает, так как колхицин и другие химические вещества — это яды для растительного организма.

Яды. Опять это слово. Но почему именно они мутагены? Ничего в этом удивительного нет. Яд, как мы видели, бывает и лекарством и стимулятором. Для большинства организмов мутаген — яд. Все же примерно пятая часть изменений, которые химический мутаген вызывает у растений и микроорганизмов, полезна.

Попадая в ДНК, мутаген поражает информационный центр, мешает ему отдавать распоряжения. Иногда он вносит хаос в построение новой жизни в клетке. А иногда неожиданно попадает в ее ритм, ускоряя ее и перестраивая, но не нанося смертельного удара.

Доктору биологических наук И. Раппопорту посчастливилось открыть несколько химических мутагенов — диэтилсульфат, этиленамин, нитрозоалкилмочевину и диазоцетилбутан.

Любопытно, что активные группы последних веществ входят и в состав природных ядов — митомицина, стрептозотоцина и азасерина.

Мутагены Раппопорта позволили осуществить поразительный эксперимент. На лабораторном столе в Институте химической физики была «прокручена» эволюция нескольких видов растений. Воздействуя на пшеницу сорта «украинка», ученые получили из нее сразу два новых подвида. Один из них по всем признакам походил на подвид «компактум». Другой ничем не отличался от индийской пшеницы. В третьем случае была получена химера. Химерный мутант сочетал в себе признаки сразу двух различных видов: лист и соломина короткие, как у «тритикум сферококкум», а колос как у иранских мягких пшениц.

Природе на это требовались тысячелетия. Химики воспроизвели процесс эволюции за год.

Химические мутагены оказались гораздо эффективнее такого физического метода воздействия, как радиация. Они меньше разрушают обрабатываемый материал, меньше поражают структуру хромосом. Последняя особенность способствовала развитию экспериментальной полиплоидии на новой основе.

Самый яркий пример — история с сахарной свеклой. Селекционеры Европы давно бьются над тем, чтобы «выжать» из этого корнеплода побольше сладкого сока. Оригинаторы долго не могли вырваться из заколдованного круга. Они старались вывести свеклу с крупными корнями. Когда это удавалось, выяснялось, что процент сахара в ней становится меньше. Общий выход конечной продукции не рос, а иногда даже падал. Выводили сорт с повышенной сахаристостью, но он обладал низкой урожайностью.

Полиплоидия вывела оригинаторов из тупика.

Самые серьезные достижения в этой области достигнуты венгерскими учеными. Благодаря химическому мутагенезу здесь получены высокопродуктивные полиплоиды сахарной свеклы. Они отличаются и высокой урожайностью, и сахаристость их на 5–10 процентов выше обычной. Общая стоимость ежегодной прибавки сахара за счет полиплоидии оценивается в ВНР в полмиллиарда форинтов. Это в два раза больше всех ассигнований на науку в республике. Семена венгерских полиплоидных сортов вывозятся в 11 стран. Почти весь сахар в ГДР, Польше, Чехословакии добывается именно из них.

Для наших условий эти сорта, к сожалению, не пригодны. Как и многие полиплоиды, они позднее поспевают.

Первый триплоидный гибрид сахарной свеклы создан в Советском Союзе в 1960 году А. Н. Лутковым, В. А. Паниным и В. П. Зосимовичем. У гибрида повышено содержание сахара в корнях на 15 процентов. Это будущее всей сахарной свеклы в нашей стране. Районированный на Кубани полигибрид-9 дает дополнительно 100 000 центнеров сахара.

На полиплоидный уровень будет со временем переведена и пшеница. Неплохо зарекомендовали себя в суровых условиях Сибири ржано-пшеничные амфидиплоиды лауреата Государственной премии В. Писарева. Огромную коллекцию полиплоидов пшеницы создал академик Академии наук БССР А. Р. Жебрак. Он вывел больше полиплоидов пшеницы, чем все исследователи планеты. Его сорт «тритикум советикум» — пшеница советская — проходит сейчас испытания.

Химический мутагенез, полиплоидия, радиационная селекция — это новые инструменты искусственного отбора. Они позволяют человеку активно вторгаться в жизнь природы, создавать новые виды животных, растений, микроорганизмов высокой продуктивности. Невиданные формы цветов, деревьев, кустарников, мхов, водорослей, птиц, рыб, зверей будут созданы нашими руками в ближайшем будущем.

Отступление седьмое. О генах, обскурантизме и монополиях в науке.

Доблестный Джон Тальбот — основатель британской аристократической династии Шрюбери — погиб на поле брани пять веков назад. Он оставил своим потомкам в наследство Шрюберийский собор и симфалангию — уродство руки. Это обнаружилось не столь давно при реставрации собора, когда был вскрыт склеп родоначальника династии. Потомок герцога в четырнадцатом поколении присутствовал при вскрытии. К великому удивлению собравшихся, он тоже страдал симфалангией. У него, как и у его далекого предка, были сращены первая и вторая костные фаланги на пальцах рук.

Загадка наследственности волнует человека, наверное, с того дня, когда он впервые — в глазах ли матери, или в зеркальной глади — увидел рядом себя и своего ребенка. Загадка эта казалась непостижимой едва ли не до нынешнего дня.

Каким образом из одной-единственной микроскопически малой клетки возникает огромный и сложнейший организм — миллиарды клеток, разумно и целесообразно соединенных в одно целое? Каким образом это целое наследует мельчайшие признаки — цвет глаз у человека или форму листа у клевера — своего родителя, своих праотцев? Где заложен механизм, который с такой точностью, тонкостью и последовательностью передает эти признаки из поколения в поколение?

Передаточная ступень поколений — половая клетка. Точнее, две — отцовская и материнская. Именно в ней, в клетке, заложено будущее и одного организма и сотен последующих поколений. Клетка — основа жизни. В ней сосредоточены важнейшие проявления жизни — синтез белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других веществ. Основа клетки — ядро. Оно направляет синтез белков. В нем и содержатся те молекулярные структуры, в которых записана наследственная информация — гены.

Современные поколения исследователей уже со школьной скамьи пользуются такими понятиями, как клеточное ядро, цитоплазма, ДНК, хромосомы. Методы электронной микроскопии и меченых атомов представляются им простыми и очевидными. Применение их в практике лабораторных работ само собой разумеется. Но с каким трудом вырабатывались эти методы предшественниками нынешних пионеров науки! Как нелегко входили в научный обиход понятия, без которых сегодня немыслим ни один институтский и даже школьный учебник естествознания!

Сегодня вряд ли найдется биолог, который всерьез возьмется опровергать хромосомную теорию наследственности без опасений быть осмеянным. Вряд ли найдется человек со средним образованием, который не знает, что живая клетка состоит из ядра и цитоплазмы, который не слышал о ДНК, о хромосомах и о генах. А ведь каких-нибудь пятнадцать лет назад…

Впрочем, начнем лучше «от печки».

Пути познания сложны и тернисты. Физик П. Л. Капица как-то заметил, что хотя научная истина — в конце концов торжествует, но ее победа зависит от людей, которые, нередко противятся торжеству этой истины. История науки полна борьбы и трагедий. Борьбы материализма с идеализмом, борьбы передовых мыслителей с обскурантами. Мы знаем о кострах инквизиции и Джордано Бруно. Нам известны примеры преследований за научные убеждения и в нашем веке.

Обскуранты всех времен и народов пользовались слабостями естествознания. Они паразитировали на «белых пятнах» науки, на еще не доказанных гипотезах, на теориях, еще не подтвержденных практикой. Агностицизм — отрицание познания — был их главным аргументом. Их излюбленным лозунгом было выражение Дюбуа — Реймона: «Ignoramus et ignrabimus!» — «Не знаем и не узнаем!»

Они ухитрялись использовать в своих целях, в своих доказательствах даже открытия передовой науки. Каждая новая граница на пути познания, достигнутая исследователями, объявлялась ими последней и окончательной, за пределами которой ничего более нет. XIX век. Физическая картина мира рисуется поначалу с помощью молекулярной теории. Молекула — мельчайшая частица вещества — основа, всего сущего, утверждают ученые. Но вот открыт атом, часть молекулы. В картине становится больше деталей, но самая малая — это атом, ибо он (как явствует из его названия, заимствованного из греческого языка) неделим. Неделим — и все тут! Атомистическая теория объясняет все и вся. Но снова рывок науки. Открыт электрон. И тут происходит явление, которое Ленин назвал кризисом естествознания. Его вызвала ломка старых, установившихся понятий. Новую электронную теорию приняли далеко не все. Не все физики и философы смогли сделать верные, материалистические выводы из новых фактов науки. Зато идеалисты поспешили сделать свои. Реакционные поползновения были порождены самим прогрессом науки.

Открыт электрон? Чудесно, говорят агностики, электронное строение доказывает, что материя исчезает или, на худой конец, сводится к электричеству. Материалисты утверждают, что электрон — это форма существования материи. Но кто из них видел электрон? Никто! Существование электрона доказывается ими математически. Стало быть, электрон — понятие условное. Оно приблизительно верно отражает в нашей голове объективно реальное движение материи. Электрон — это граница познания, за пределами которой ничего нет. Проникнуть далее человек бессилен.

Подобные рассуждения Ленин следующим образом охарактеризовал в «Материализме и эмпириокритицизме»: «Это все — сплошной обскурантизм, самая отъявленная реакционность». Отрицание предвидения (и не узнаем!), неверие в новые научные концепции — первый признак обскурантизма. И случалось, что в ряды обскурантов попадали крупные ученые, известные крупными открытиями, сами создавшие новые концепции, попадали только потому, что считали свои открытия верхом научных достижений, а свои теории пределом научного мышления.

Фердинанд Кон, один из крупных микробиологов прошлого столетия, писал в свое время о бактериях: «Эти простейшие из всех живых форм образуют пограничную линию жизни, за пределами этих форм жизни не существует».

Однако прошло несколько лет, и Д. Ивановский открыл вирус табачной мозаики. Вирус был назван вирусом (проведем аналогию с наименованием атома!), потому что он показался исследователю ядом, то есть химическим веществом. Этот яд, как говорили опыты, обладал способностью размножаться. А значит, он был живым существом. Границы познания раздвинулись. Прошло еще несколько десятилетий, пока вирус не был по всем правилам сфотографирован. Но уже существовала вирусология, которая шла вперед вопреки скептицизму и мрачным предостережениям сомневающихся. О ее успехах мы говорили, и потому перейдем к главному примеру.

История генетики еще в большей мере, чем физика или химия нашего века, полна конфликтов и кризисов. Она еще ждет своего объективного и беспристрастного исследователя, который воздаст должное и Галилеям XX века и современным обскурантам. Мы наметим лишь некоторые вехи генетики, выделив оптимистическую линию ее развития.

Кто первым сказал слово «ген»?

Чтобы выяснить этот вопрос, мы должны обратиться прежде всего к Дарвину. Еще в 1868 году в своей работе «Изменчивость домашних животных и растений» великий естествоиспытатель делает попытку объяснить наследственность. Наследственное вещество Дарвин мыслил атомистически. Однако у него в руках не было фактов, не было точных данных. И он не без оснований писал А. Грею: «Глава, которую я назвал „Пангенезис“, вероятно, будет названа безумным бредом… Но в глубине души я считаю, что она содержит много правильного». В те же примерно дни Дарвин в письме Гуккеру надеется, что «наступит время, когда моя гипотеза найдет другого отца, который даст ей другое имя».

Одним из отцов этой гипотезы стал датский генетик Иоганссен. Он-то и сказал первым злополучное слово «ген», произведя его от дарвиновского «пангена» (он же создал учение о чистых линиях в селекции).

Голландец Гуго де Фриз, открывший замечательное явление скачкообразной изменчивости у энотеры, ввел в научную практику термин «мутация» для обозначения изменчивости, передающейся по наследству. Мутационная теория стала основой современной научной селекции растений и животных.

Эксперименты Фриза подтвердили в 1900 году гипотезу Иоганна Грегора Менделя, выведенную из наблюдений над гибридами гороха. Это же сделали Корренс в Германии и Чермак в Австрии.

Идея существования единиц наследственности — генов — была встречена в штыки многими учеными разных стран. На протяжении десятилетий генетиков громили, над ними публично глумились («муховоды», «умы гороховые»), их отстраняли от чтения лекций и ведения экспериментов. И все-таки объективная закономерность в науке неуклонно брала верх.

Еще в 1948 году обскурант от науки мог нагло спекулировать на человеческом незнании и мешать поиску естествоиспытателя, отождествляя его с богоискателями:

— А вы видели бога?

— Нет.

— А ген видели?

— Нет.

— То-то же…

Современные достижения генетики, цитологии, физики и химии выбили всякую почву из-под таких демагогических параллелей. Абстрактное представление о локализованном в клетчатом ядре носителе наследственности гене уступило место фактам. Сегодня генетика располагает точкой опоры для понимания материальной природы гена. В последние годы представления о нем уточнены и биохимиками и самими генетиками. Выкристаллизовалась основная единая точка зрения.

Преемственность жизни, воспроизведение в каждом поколении видовых и индивидуальных особенностей организмов связаны с молекулярной структурой дезоксирибонуклеиновых кислот — ДНК. ДНК, как известно, находится в хромосомах клеточных ядер. ДНК, РНК, белок — этот триумвират важнейших соединений является материальной основой главных свойств жизни. Физической же основой наследственности служит ДНК. Шаг за шагом наука подходила к этому выводу.

Абстрактное представление о гене как единице наследственности, как мы помним, родилось из наблюдений за гибридами. Распознать гены в их конкретных проявлениях помогли также опыты по скрещиванию. Сначала в 1946 году Ледерберг и Татум обнаружили, что бактерии могут давать гибриды. Затем тот же Ледерберг и другие ученые открыли явление трансдукции — перенос отдельных генов от бактерии к бактерии бактериофагом. Правда, тогда было еще не совсем ясно, где именно находятся — локализуются — гены. Но уже в 1959 году Жакуб и Моно пришли к выводу, что наследственный фактор у бактерий заключен в ДНК. Они обнаружили у молекул способность существовать и размножаться вне основной бактериальной хромосомы. Теория строения и редупликации — размножения ДНК, — созданная в пятидесятых годах Уотсоном и Криком, была тем лучом, который помог биохимикам и генетикам высветить самые темные и туманные закоулки наследственности. Уже в 1962 году был в основном расшифрован код генетической информации. Ведущие процессы, посредством которых заключенный в ДНК хромосом генетический код управляет синтезом молекул белка в клетке, были установлены конкретно. Доказано, что именно молекулы ДНК программируют жизнь.

Изучение процесса появления мутации — новых наследственных изменений — у бактерий и вирусов показало, что наследственность по своей природе корпускулярна. Гены — это сложные молекулярные системы, расположенные в линейном порядке по длине хромосомы… Было бы наивным, однако, представление, что каждому гену непосредственно и однозначно соответствует определенное свойство (скажем, окраска лепестков). Точными исследованиями доказано разностороннее (специалисты говорят, полифонное) действие каждого гена. Больше того, все гены действуют постоянно. И от того или иного состояния клеточной плазмы (оно зависит от внешних влияний) может зависеть, как действует ген в тот или иной момент времени.

Такова общепринятая точка зрения на ген. В теории наследственности ген занимает главное, но не единственное место. Говоря о передаче признаков из поколения в поколение, мы, разумеется, не будем забывать и о других факторах. О внеядерных — пластидомных и плазмонных — мутациях, изменениях наследственной основы, представленной вне ДНК, вне клеточного ядра. О геномных мутациях, наследственных мутациях, которые протекают с изменением числа всего набора хромосом.

Все эти факторы лежат в основе теории, которая со времен Дарвина и Менделя пробивала себе дорогу в практику, встречая немалое сопротивление и трудности. Дело не только в том, что теория эта не очень быстро обрастала фактами и неопровержимыми данными опытов.

Размышляя о том, почему даже в нашем веке прогресс биологии тормозился старыми препятствиями, которые физика встретила на своем пути еще в XVII веке, мы должны всегда помнить о близости этой науки к человеку.

Биология — это наука о живом, наука о нас самих. Грубо говоря, это наука о нашем здоровье и желудке. Она слишком близка нам, нашим личным и общественным интересам. Быть свободным от наших страстей, от влияния общественных форм и особенностей их развития невозможно не только обывателю, но и ученому. И если даже такая далекая от человека область, как физика, была в прошлом ареной самой ожесточенной полемики, то нетрудно понять бесконечные споры, дискуссии, всю ту упорную идейную борьбу, которой насыщена история биологии. Науке о живом и по сей день приходится расчищать себе дорогу от концепций, взглядов, унаследованных чуть ли не от средневековья, от времен магии, суеверий и предубежденности.

Расчистка эта трудна потому, что силы невежества нередко объединяются под флагом благочестия и традиций. Она особенно трудна потому, что под флаг обскурантизма становятся и некоторые ученые. Почему? Вопрос этот очень сложен. Ответ на него кроется не только в теории, которую проповедует тот или иной ученый, но и в его личных качествах, в его психологии, в неумении или нежелании отказаться от своих взглядов, подправленных другими исследователями и опровергнутых самой жизнью. Академик Н. К. Кольцов очень тонко подметил эту особенность науки. «Каждый выдающийся ученый обладает влечением к власти, которое выражается в пропаганде своего учения.

Работы ученого без этого влечения остаются незамеченными, и труды его пропадают даром. Это влечение, благородной формой которого является стремление убедить других, убедить весь мир в открытой истине, которое иногда вело великих ученых в тюрьму и на костер, нередко сопровождается и мелким тщеславием и честолюбием, в наших современных условиях смешным генеральством. В сильнейшей степени обладают влечением к власти фанатики определенного учения, стремящиеся покорить ему весь мир, пророки, основатели религий, самозванцы; отсюда постепенный переход к чудакам и параноикам, одержимым манией величия».

Безграничная вера в себя, в истинность и непогрешимость одного своего лишь учения приводит иных теоретиков к стремлению насадить свои взгляды во что бы то ни стало и повсеместно. Стремление к монополии — это не только стремление к самоутверждению. Это также стремление к подавлению инакомыслящих. Это отрицание других теорий, других научных школ даже тогда, когда в их работе есть рациональное зерно, даже тогда, когда объективная истина на их стороне, а не на стороне монополистов от науки.

Рассмотрим производственную схему комбината.

Его площадь достигает примерно 30 микрон.

Клеточное ядро — это своеобразное заводоуправление, где сосредоточены командные высоты, штаб управления производством. Хромосомы — это различные отделы управления. Они обслуживаются единым кибернетическим центром — дезоксирибонуклеиновой кислотой. Как и подобает вычислительной управляющей машине, ДНК «переполнена идеями». В ней содержится (оценка С. Бензера) около 200 тысяч пар нуклеотидов, которые по количеству заключенной в них информации соответствуют нескольким страницам газеты. ДНК руководит основным процессом производства на комбинате — синтезом белка. Он осуществляется в рибосомах, частицах, разбросанных по всей территории клетки. Рибосомы — это «синтетические фабрики», где вырабатывается главный биополимер — белок. Основное сырье для производства — 20 совершенно отличных одна от другой аминокислот. Как будто бы немного. Но любой математик скажет нам, что из двадцати деталей можно собрать 2 432 902 008 176 640 000 различных блоков.

В молекуле обычного белка содержится около 500 аминокислот. И хотя большинство из них одинаково (из числа 20), число возможных комбинаций вырастает до астрономических масштабов. Оно выражается единицей с 600 нулями. Вероятно, что эта цифра превышает общее число атомов на нашей планете.

Но изо всего этого хаоса вероятных комбинаций кибернетический центр клетки отбирает строго определенные варианты. Каждый, кто хоть немного знаком с принципом действия ЭВМ — электронно-вычислительных машин, помнит, что они производят сложнейшие расчеты, оперируя всего двумя знаками — единицей и нулем. ДНК отдает точные распоряжения по всему хозяйству, имея на вооружении четыре буквы: А, Г, Т, Ц. Приказ-чертеж, выданный ДНК, поступает в информационный центр. Его роль играет и-РНК — информационная рибонуклеиновая кислота. Транспортная РНК (т-РНК) переносит чертеж на фабрику белковых молекул. Здесь, в рибосоме, куда непрерывно поставляется сырье — аминокислоты, под руководством инженеров-ферментов, каждый из которых управляет определенным участком, осуществляется синтез. Вернее, монтаж. На матричной РНК (м-РНК) мгновенно «собирается» нужный белок. Комбинат состоит из десятков тысяч фабрик. Размер каждой — около 200 ангстрем.

Энергию всему комбинату поставляют силовые установки. Это митохондрии, особые частицы, где в результате химических реакций вырабатывается энергия, необходимая для нормальной функции клетки. Она запасается в форме энергии АТФ. АТФ поступает из «турбин» в цитоплазму и начинает свою работу по активированию аминокислот. Эта работа ведется тоже под руководством инженеров — ферментов. Они размещаются в митохондриях, образуя специализированные системы — отделы. Как велико их число, можно себе представить, зная, что внутри клетки действует несколько тысяч подобных «силовых станций».

Особую роль в структуре управления производством играют лизосомы. Они расположены вне ядра и следят за порядком на заводской территории. В них сосредоточены ферменты гидролиза, которые вступают в действие по мере надобности.

Еще одна заводская служба — аппарат Гольджи (по имени итальянского ученого, открывшего его в конце прошлого века). Аппарат Гольджи состоит из мембран и пузырьков. Канальцы и полости между мембранами, по-видимому, обеспечивают передвижение веществ, важных для жизнедеятельности клетки. Предполагают, что здесь происходит уплотнение и формирование тех молекул, которые клетка выделяет во внешнюю среду. Упаковочный цех? Пожалуй.

Вероятно, по-видимому, пожалуй… Нам приходится употреблять столь неопределенные термины не случайно. В механизме управления клеткой еще много неясного для науки. Открытия в области молекулярной биологии следуют одно за другим. Проливая новый свет на знакомые явления, открывая новые закономерности, ученые неизбежно встают перед новыми проблемами. Каждый шаг вперед открывает новые горизонты, загадывает новые загадки. Вот один из последних примеров.

Молодой ученый, член-корреспондент АН СССР А. С. Спирин, вместе со своими сотрудниками наполнил понятие гена новым биохимическим содержанием. Выяснилось, что и-РНК «по команде» гена расставляет аминокислоты, которые «выстраиваются» во время синтеза в молекулу белка. Шаг вперед? Безусловно. Но более подробных сведений о роли и-РНК пока нет. Возникает новый круг проблем, без выяснения которых невозможно познать закономерности белкового синтеза. Не познаешь закономерности — не сумеешь управлять ими или хотя бы использовать их в своих интересах. Эта истина очевидна.

Очевидно и другое. Наукой накоплено колоссальное количество фактов. Разрозненные, на первый взгляд не связанные друг с другом явления понемногу начинают складываться на наших глазах в определенную систему.

Мы представили клетку комбинатом по синтезу белка. Нарисовать эту картину мы смогли только благодаря усилиям многотысячной армии ученых, представителей разных стран и разных профессий. Словно на листе фотобумаги в проявляющем растворе перед нашим взором проступают основные контуры этой картины. Многие детали еще не проработаны. На бумаге отчетливо видны штрихи, линии и точки.

Как они связаны между собой? Что именно изображают? О чем-то мы догадываемся. Чего-то предугадать не можем. Но процесс проявления продолжается, и картина становится все более полной. Начинают проявляться общие свойства клетки как единой взаимосогласованной кооперативной системы. До сих пор основным методом исследования клетки был анализ. Процессы, происходящие в живом организме, основательно изучены. Отдельные факты систематизированы и разложены по полочкам. На полотне, нарисованном великим художником — Жизнью, мы видим великолепные уверенные мазки. Мы различаем цвета и структуру, знаем происхождение красок и даже кисти, которой пользовался мастер. Но мы смотрим пока на полотно сквозь увеличительное стекло. Настало время отойти от картины на несколько шагов, чтобы увидеть ее всю сразу. Ученые все более ощущают необходимость «целостного» подхода к проблеме.

…Отступление восьмое. О коллективности в науке.

XX век — век неслыханной специализации науки. Она неизбежна. Человечество вовлекает в сферу своей деятельности, в свой быт все новые и новые явления и факты действительности. Они, естественно, становятся объектами исследований. Их многообразие и новизна порождают многообразие новых отраслей знания. Открытие вирусов повлекло за собой рождение вирусологии. Овладение атомной энергией вызвало к жизни, как мы видели, целый комплекс новых наук. Последовал рывок в космос — и мы заговорили о космической медицине, об астрогеографии…

В этой книге уже был упомянут целый ряд новых и новейших научных дисциплин. Биофизика, биогеохимия, физическая биохимия, биологическая радиоэлектроника, радиационная микробиология, биокибернетика, бионика, молекулярная генетика, биогеоценология… Все эти ветви одного могучего древа науки о жизни. Специализация, — применяя более современную математическую терминологию, лучше сказать «дифференциация», — отвечает духу современного естествознания. Стремление проникнуть в самую суть глубинных процессов жизни, познать их и поставить на службу обществу — такова характерная особенность экспериментальной биологии.

Дифференциация — одна из важнейших тенденций развития науки. Одновременно действует противоположная тенденция — интеграция (снова математический термин!) научных представлений. Она отражает стремление к целостному восприятию явлений («интегер» в переводе с латыни как раз и означает «целый»). А стало быть, и к целостному их пониманию и объяснению.

Естествоиспытатель нашего времени — будь то биофизик, исследующий тончайшие проявления жизни на молекулярном уровне, или земледелец, выращивающий картошку, — имеет дело со сложным биологическим объектом.

Живая клетка, находящаяся в поле зрения биофизика, представляет собой механизм, где действуют тысячи деталей, связанных между собой тысячами взаимосвязей в единое целое. В этом лабиринте биофизик заблудился бы, если бы не помощь химика и цитолога, математика и генетика. Только коллективный опыт науки, разбирающей этот механизм винтик за винтиком и шаг за шагом, позволяет каждому исследователю в отдельности и всей биологии вместе уверенно подвигаться вперед.

Урожай, представляющий предмет заботы земледельца, — это тоже сложный биологический комплекс. В формировании урожая принимают участие тысячи растений, связанных между собой не менее сложными связями. На развитие этого комплекса действуют самые разнообразные факторы. Земные (вода, питательные элементы) и космические (энергия солнца и космические лучи), биологические (микробы, сорняки, болезни, вредители) и агротехнические (севооборот, обработка почвы и ее качество). Действуют все вместе и каждый в отдельности. На любые, порой — малозаметные изменения условий во внешней среде растение реагирует немедля. Что, как и почему изменилось? Чтобы ответить на эти вопросы, мы должны заглянуть в клетки растений. Ибо все изменения — биохимические или физиологические — происходят именно там. В поисках ответа на свои вопросы земледелец неизбежно пользуется коллективным опытом науки — агрохимии, микробиологии, фитопатологии, генетики и т. д.

«Земледелие, — говорит академик ВАСХНИЛ В. Д. Панников, — опирается на закон совокупного действия всех факторов, влияющих на урожай. Игнорировать хотя бы один из них — значит обречь себя на неудачу. Допустим, мы ставим задачу получить 30 центнеров ржи с гектара. Известно, что в почве достаточно калия, чтобы обеспечить такой урожай. Недостаток фосфора мы возместим внесением суперфосфата. С азотом сложнее — даже после внесения селитры и навоза ресурсы его должны обеспечить всего 10-центнеровый урожай. И тут уж, как ни бейся, избытком калия и дополнительным внесением суперфосфата мы ничего не добьемся. Урожай составит 10 центнеров с гектара.

Пример с микроэлементами еще более характерен. Никакими двойными и тройными дозами минеральных удобрений нельзя повысить урожай свеклы на болотистых землях, если в почве не хватает бора.

Забвение закона совокупного действия факторов дорого обходится земледельцам. Порождая ошибки в теории, оно приводит к появлению необоснованных рекомендаций на практике.

Другая крайность — сведение всех задач земледелия к одному какому-либо фактору. Было время, когда панацеей объявили травопольную систему. Травополье при всех его положительных качествах — это только часть факторов, влияющих на урожай. Оно улучшает структуру почвы. Если сеется клевер или люцерна, в почве накапливается азот. А калий, фосфор? Травополье не может заменить удобрений. А без химизации интенсивное земледелие невозможно. Урожайность будет топтаться на месте.

Травопольщиков осудили, призвав в арбитры Д. Н. Прянишникова. „Минеральные удобрения — вот путь повышения урожайности. Дадим больше туков земле — решим все проблемы! Будут удобрения — будет хлеб! Так учил Прянишников“».

Нет, не так учил Прянишников. Далеко не так! Его работы об азотном балансе в земледелии, о бобовых, о навозе и минеральных удобрениях — это образец комплексного подхода к агрономическим проблемам. Прянишников ратовал за расширение туковой промышленности и в то же время был ревностным сторонником увеличения площадей клевера, люцерны, люпина. Вот что он писал: «Новые источники азота (селитра и синтетический аммиак) нигде не заменяли собой азота клевера или навоза, везде они дополняли раньше известные приемы, увеличивая общую сумму вводимого азота… Расширение посевов клевера (и люцерны) потребует при этом гораздо меньше расходов, чем при создании азотных заводов. К тому же эти расходы будут окуплены животноводством».

Комплексный подход к экспериментальной биологий неизбежно опирается на коллективный опыт науки. Ибо только коллективный опыт может дать нам целостное представление о тех или иных явлениях жизни.

Хорошо по этому поводу высказался Д. Бернал: «Перспективы многочисленных достижений, охватывающих огромные области науки, настойчиво выдвигают на первый план постоянно растущую необходимость сотрудничества. Существенный прогресс в биологии необходимо представляет собой — безразлично, признается этот факт или нет, — широкую комбинированную операцию, ибо ценность работы каждого человека зависит от работы десятков других. Она требует хорошо организованной службы информации и известного чувства стратегии, которое не помешает распознанию и использованию неожиданного».

Под знаком интеграла

Современные науки — от химии до экономики — идут вперед под знаком интеграла.

Логика развития привела также к математизации биологии.

Проникновение математики в биологию по-настоящему еще только начинается.

Взглянуть на проблемы жизни своими глазами химику было относительно легко, ибо большинство процессов, происходящих в живой среде, — это химические реакции, язык которых химику близок и понятен. Сама среда эта, представляющая собой водно-коллоидный раствор, объект исследования в химии распространенный.

Физик, взявшийся за биологию, тоже имел дело со знакомыми явлениями и вещами. Молекулы, структуры вещества, водопроницаемость, осмотическое давление, радиоактивность…

Биологи сравнительно быстро овладели химическими и физическими методами исследования жизни, ибо объект исследования им был давно и хорошо знаком.

Все три науки привыкли оперировать конкретными фактами и явлениями, поэтому их взаимопроникновение и взаимообогащение протекало более или менее гладко.

С математикой было сложнее. Долгое время существовало положение, когда биологи понимали, но не умели, а математики умели, но не понимали.

Математики должны были превратить в язык отвлеченных формул конкретные факты и невероятно сложные, не до конца еще понятые явления.

Биологам, желающим привлечь на помощь себе математику, предстояло научиться оперировать абстрактным языком цифр.

И для тех и для других основная трудность заключалась в том, что математический аппарат, который был бы полностью пригоден для точного описания жизненных процессов, не создан и поныне.

И все же на одном из перекрестков науки биология встретилась с кибернетикой — самой сложной и самой развитой отраслью математики.

Задача биокибернетики — изучение общих закономерностей живого. Каждый организм, с точки зрения математика (как, впрочем, и в действительности), представляет собой сложную динамическую систему, где все составные части связаны друг с другом, а сама она с внешним миром. И организм и среда — это системы, где информация хранится, перерабатывается и передается. Следовательно, к ним вполне применим язык и методы кибернетики.

Один из примеров передачи информации в биологии — наследственная информация. Она передается от родителей к потомству.

Биолог скажет: организм развивается.

Биофизик скажет: идет редупликация молекул нуклеиновой кислоты и передача этих молекул во все образующиеся вновь клетки организма.

Кибернетик скажет: передается наследственная информация.

Задачи генетики, говоря языком кибернетики, заключаются в следующем: изучить строение этой информации (а попросту говоря, установить ее размер, форму и место хранения); изучить способы ее материального кодирования (а попросту говоря, вещества и реакции, с помощью которых она передается, и условия этой передачи); наконец, выяснить способы ее проявления в новом организме в процессе его индивидуального развития.

Наследственная информация кодируется определенными структурами нуклеиновой кислоты в строго определенных участках определенной хромосомы. Строение молекул ДНК определяет строение белковых веществ, синтезируемых в клетке.

Количество информации, заключенное в одной молекуле ДНК, невероятно велико — оно превосходит количество информации, записанной в толстой книге. Но способы кодирования наследственной информации, выработанные природой в процессе эволюции, чрезвычайно экономны. Они неизмеримо компактнее способов кодирования, которыми пользуются творцы современных вычислительных машин.

Если кибернетик научится кодировать информацию так же экономно, как это делает природа, электронно-вычислительная техника сделает огромный скачок вперед.

А пока и эта не очень совершенная техника помогает существенно продвинуться вперед биологии.

Точность и достоверность

Точность и достоверность опыта — первейшее и необходимейшее требование науки. Только объективные данные, подкрепленные точным экспериментом, производственным опытом, самой жизнью, могут привести ученого к правильным выводам. Биолог, пренебрегающий этой истиной, не может дать производству верных, обоснованных рекомендаций. Для выработки таких предложений необходима квалифицированная постановка опытов с последующей математической обработкой результатов исследований. Ссылки на всякого рода «особенности» биологических объектов, которые якобы не поддаются математическому анализу, в настоящей науке просто неуместны.

Тысячу раз прав Маркс, говоривший, что наука совершенствуется только тогда, когда ей удается пользоваться математикой. Современные методы математической статистики облегчают биологу его работу. Точная статистическая обработка данных эксперимента может облегчить и ускорить продвижение вперед даже в такой «медленной» сфере биологии, как селекция. Академику А. Сапегину, одному из творцов вариационной статистики, работавшему на Украине в 20–30-е годы, удалось благодаря использованию математических методов сократить сроки выведения новых сортов. Что касается сортов Сапегина, то они были широко известны в свое время (да и теперь тоже) и послужили материалом для выведения новейших форм растений селекционерам следующих поколений. Вот его пшеницы — «одесская 4», «степнячка», «земка», «кооператорка». Эти названия знает каждый агроном.

Приведем пример, показывающий, как чисто математический подход к решению биологической задачи лишний раз подтверждает выводы, полученные учеными на живом объекте.

Человеческий глаз — сложнейший оптический прибор. Он воспринимает зрительную информацию 140 миллионами колбочек, преобразуя ее в единое целое. Глаз как система давно интересует не только биологов, но и физиков. Академик П. П. Лазарев, анализируя чувствительность глаза, заметил, что в возрастном снижении зрения наблюдается некая математическая закономерность. Лазарев вычислил скорость падения зрения в возрасте от 60 до 80 лет. Графическая кривая, вычерченная им и продолженная до нуля, показала, что «запас» человеческого зрения рассчитан на 120–150 лет. Таким образом, математическая формула подтвердила вывод, сделанный ранее биологами, подсчитавшими, что естественная продолжительность человеческой жизни должна составлять примерно полтора века.

Молекула ведет радиопередачу

Изучение структуры живых молекул было бы невозможно, если бы биологи не получили на вооружение такие тонкие и точные методы исследования, как рентгеноструктурный анализ, ультразвук, спектроскопия.

Один из новейших инструментов исследования в биологии — метод магнитного резонанса. Он помогает исследовать строение молекул, жидкостей, кристаллов, структуру полимеров и биологических объектов.

Когда биология вышла на молекулярный уровень, ей потребовался ключ, с помощью которого можно было бы отворить двери в молекулу и проникнуть внутрь. Таким ключом и стал электронный парамагнитный резонанс. ЭПР был открыт советским ученым Е. Завойским в 1944 году. А сегодня можно без преувеличения сказать, что магнитно-резонансные исследования составляют добрую половину всех работ, ведомых физиками и физико-химиками мира.

Любая органическая молекула — очень сложный для познания объект. Она состоит иной раз из тысяч частиц. А ее особенности зависят иной раз от наличия одного лишь атома. Вспомним кобаламин, витамин B₁₂. На всю молекулу, иной раз на всю клетку — один атом кобальта. Но как обнаружить его в этой сложной системе? Чтобы представить себе сложность задачи, заглянем еще раз в живую клетку. Клетка печени вмещает до 200 000 000 000 000 молекул. Подавляющее большинство их — молекулы воды. Белковых молекул только (!) 50 000 000 000. Если допустить, что свойствами ферментов обладает только одна из тысячи молекул, то и тогда наберется 50 миллиардов ферментных частиц. И среди многочисленного населения этого микромира — всего одна молекула кобаламина. Как найти ее в этом хаосе? Не зная точного адреса, это так же трудно сделать, как в России искать человека по фамилии Иванов, зная только, что он блондин. Вот если бы у него была своя миниатюрная радиостанция, по которой он посылал бы в эфир свои позывные!..

Такая радиостанция есть у молекулы и у всех атомных частиц. Протон, нейтрон, электрон обладают разными электрическими и магнитными свойствами. Правда, магнитные моменты частиц хаотически направлены во все стороны. Но ученые научились наводить в этом движении порядок. Если весь этот хаос поместить в магнитное поле, то нестройный «шум», который издают частицы, превратится в четкую систему сигналов. Атомы элементов периодической системы состоят из различного числа частиц. У каждого элемента — свой голос, ибо свойства ядер атомов разных элементов индивидуальны. Мы не спутаем в эфире позывные Москвы с позывными Лондона или Варшавы. Так и в наведенном магнитном поле. Там звучат разные позывные, по которым мы узнаем, с кем имеем дело в эфире. Сигналы, передаваемые радиостанцией молекулы, записываются «на пленку». Зеленый карандаш электронного луча рисует их на экране осциллографа — прибора для записи электронных колебаний.

Экспериментаторы внимательно изучают эти сигналы. Молекула… Атом… Свободный радикал…

Электронный парамагнитный резонанс открывает головокружительные возможности для исследования биофизических и биохимических процессов. Уже первый поиск, произведенный с помощью ключа ЭПР, показал, что во всех тканях содержатся свободные радикалы. Жизнь их в клетке длится иной раз тысячные доли секунды, но в эти микромгновения и решается иной раз судьба того или иного процесса. С помощью ЭПР в ряде ферментных реакций были обнаружены радикалы, помогающие понять ход биохимических реакций в живом.

Мы знаем, например, что ионизирующее излучение нарушает обычное течение жизни. Оно расстраивает обмен веществ, вызывает лучевую болезнь, стимулирует развитие рака, вторгается в механизм наследственности. При радиационном облучении в живых тканях возникает много свободных радикалов. Изучить их природу — значит понять многое в характере нарушения молекулярной структуры биологических объектов. Понять и наметить пути защиты против радиации.

Другой пример. Курение — вредно. Это знают все. Но почему именно? Никотин? Отчасти. Папиросный дым обладает токсичностью благодаря свободным радикалам. Когда «замороженная» струя табачного дыма была исследована методом ЭПР, в ней было обнаружено много свободных радикалов высокой активности. Они-то и приносят вред организму.

Средства и методы электроники позволяют с достаточной точностью установить и другие закономерности живого. Тончайшие детали, ускользавшие прежде из поля зрения исследователя, стали достоянием экспериментатора. Стало возможным наблюдать и измерять чрезвычайно малые измерения энергии в клетке. Электроника позволяет изучать очень быстро и очень медленно текущие процессы.

Новые возможности открывает телевизионный микроскоп. У его электронного собрата при всех достоинствах есть один существенный недостаток. В электронном микроскопе мы видим уже мертвую клетку, мертвый орган. Электронный луч убивает живое. А ведь именно жизнь — главный объект нашего изучения. Остановив ее, мы выхватываем для себя какие-то отдельные ее моменты, уже застывшие на экране микроскопа. А значит, что-то упускаем.

Телевизионный микроскоп позволяет подсмотреть некоторые процессы жизни. Контрастность и яркость изображения в этом приборе можно регулировать электрическим путем. Поэтому отпадает необходимость окрашивать объект исследования. Окрашивание тоже нарушает нормальную жизнедеятельность препаратов, искажая в какой-то мере данные наблюдений.

Телемикроскоп хорош еще и тем, что за его экраном могут наблюдать сразу несколько исследователей. И у каждого свой взгляд, свое понимание процесса. Один обмен мнениями на ходу, не прерывая опыта, может дать больше, чем десять наблюдений порознь.

Автоматика и биология

Электроника создает предпосылки для автоматизации биологического анализа. Преимущества ее очевидны. Разумеется, увеличится скорость проведения анализа. Разумеется, автомат облегчит утомительный труд лаборанта и экспериментатора. Главное: автомат обеспечит высокую, ранее недоступную точность. Вполне вероятно, что повышение точности анализа позволит открыть такие явления и закономерности в организмах, которые имеют место в действительности, но пока ускользают из-под взора наблюдателя из-за погрешностей и неточностей анализа.

Биологу нужны автоматы, которые следили бы за процессами, происходящими в суспензиях живых культур, которые создавали бы в них определенные условия. Чтобы составить объективно верную картину течения микробиологического процесса, нужно проанализировать характерные его показатели на протяжении всего экспериментального или технологического цикла. Нужно параллельно следить сразу за несколькими параметрами — температурой, концентрацией водородных ионов, кислотно-восстановительным потенциалом среды и т. п. Такую работу точнее и аккуратнее выполняют, конечно, автоматы.

На IV съезде Венгерского микробиологического общества был продемонстрирован подобный прибор. Он регулирует ферментационный процесс. Прибор позволяет вести сразу несколько наблюдений: производить оценку РП (редокс-потенциала), соотношения углерода — азота, подсчитывать расход кислорода с точностью до 0,1 процента, количество ростовых факторов и витаминов с точностью до 0,5 процента и определять температуру.

Электронную модель, воспроизводящую ход микробиологических процессов, создали ученые Московского университета. Перед машиной ставят вопрос: какой режим выращивания больше всего соответствует заданным целям? Полученные по ее совету экспериментальные данные вновь закладываются в машину, чтобы в следующий раз она могла ответить более точно и развернуто. Таким образом, в течение одного часа с помощью электронной модели можно испытать такое количество различных вариантов, на экспериментальную проверку которых потребовался бы год работы.

В недалеком будущем моделирование войдет в повседневную жизнь ученых. С его помощью будут проводить анализ физиологических функций микробной клетки, исследовать кинетику ростовых и биохимических процессов, управлять микробиологическим синтезом в промышленном масштабе.

Технический прогресс все теснее переплетается с прогрессом в биологии. Влияние на нее методов точных наук все ощутимее и плодотворнее. Не следует, однако, думать, что биология превращается в отрасль физики и химии. Напротив. Использование данных точных наук для объяснения механических, электрических или химических свойств живых организмов лишний раз подчеркивает их биологические свойства. Явления, происходящие в живом, как бы они хорошо ни описывались физически, происходят не в мертвых механизмах, а в саморегулирующихся и самовоспитывающихся сущностях, созданных в результате длительной эволюции.

Самое сложное — выявить собственно биологические закономерности жизни. Мы видели, как сложно, кропотливо, целеустремленно шаг за шагом, штрих за штрихом воссоздается общая картина.

Работа, которую ведут биологи, напоминает чем-то работу кинематографистов. Создается многосерийный панорамный фильм. Каждая серия — два часа. Это 7200 секунд, по 24 кадра в каждой. Итого — 102 800 кадров в серии. И над каждым кадром надо немало потрудиться. Надо найти место для съемок, нарисовать декорации, подготовить актеров, звук, массовку, прорепетировать с главными исполнителями, сделать пробы и тысячи других дел. Пройдет немало времени, пока эти 102 800 кадров промелькнут на экране со скоростью 24 кадра в секунду, превратившись из разрозненных киноснимков в единую картину.

Экспериментальная биология чем-то походит на съемочный коллектив. Есть, конечно, между ними известная разница. Но так же, кадр за кадром, кропотливо готовится съемка. Эпизод за эпизодом запечатлевается на «кинопленке» науки. Скорость, с какой проходят перед взором научного оператора явления жизни, много выше. Некоторые эпизоды длятся миллионные доли секунды. А их тоже надо запечатлеть. Надо зафиксировать детали, которые невидимы ни на телеэкране, ни в ультрафиолетовых, ни в инфракрасных лучах. Далеко не все еще попало в объектив наблюдателя. Тайнопись живого. Так называется будущий фильм. Еще не отсняты миллионы кадров. (Я не случайно привожу шестизначную цифру — на планете 2 миллиона научных работников, и почти каждый вносит свою лепту в подготовку общей картины.)

Когда кадр за кадром картина эта будет готова, мы сможем «прокрутить» ее и еще раз убедиться, как захватывающе интересна окружающая нас действительность.

Когда это будет? Без сомнения, в наши дни. Биология находится перед прорывом вперед, как считают многие ученые. Прорыв приведет нас к научной и технической революции не меньшего масштаба, чем открытие атомной энергии.

«Достигнутый современной молекулярной биологией и еще продолжающийся детальный анализ всех звеньев процесса биосинтеза белков может рассматриваться как решающая фундаментальная подготовка к тому гигантскому научному скачку, который должен привести к разгадке основных принципов и законов живых систем, — скачку, все будущие теоретические и практические последствия которого сегодня невозможно даже предугадать». Так считает биохимик А. Спирин. Я намеренно цитирую этого молодого ученого, находящегося, образно говоря, в точке роста этой науки и небезуспешно двигающего ее вперед и выше. Новейшая биология представлена в нашей книге самыми молодыми отраслями знания. И именно молодежи суждено сказать в ней самое веское слово.