Растения стали теплокровными

Иногда неприятно осознавать, что самое необходимое для нашей жизни — лишь побочный продукт чьего-то существования. Но именно растениям мы обязаны не только ископаемыми богатствами вроде нефти и угля, но и самыми простыми вещами вроде кислорода и еды, без которых наша жизнь была бы невозможна.

Как и животные, растения расселились практически по всей планете, обитая в самых разнообразных условиях. Только наши «зелёные соседи» лишены возможности выбора — они не могут спрятаться в тень или, наоборот, выйти погреться под теплыми солнечными лучами. Тем не менее им удается снабжать энергией не только себя, но и все остальные создания. И всё благодаря фотосинтезу.

Как показали пенсильванские ботаники, этот процесс куда более требовательный к условиям, чем считалось раньше.

Брент Хелликер и Сюзанна Рихтер считают, что при фотосинтезе лист активно поддерживает температуру в +21^o С, будь то Карибы или Канада.

Если следовать их оригинальной идее, изложенной в последнем номере Nature, то растения можно отнести к «частично теплокровным», или, если угодно, «теплосоковым» созданиям.

Чем сложней система, тем больше она зависит от стабильности условий. Этот принцип работает и в живых организмах. И потому даже странно, что фотосинтез, задействующий десятки ферментов, может протекать и в заполярье, и в тропиках.

Схема фотосинтеза достаточно проста: энергию Солнца в виде фотонов света плюс углекислый газ и воду этот процесс переводит в кислород и химическую энергию органических связей глюкозы. На деле за этой простой схемой кроются разнообразные поглотители фотонов и переносчики энергии, комплексы ферментов, окисляющих воду и восстанавливающих оксид углерода до глюкозы. Как и при других окислительно-восстановительных процессах, в нём «теряется» энергия, высвобождающаяся в виде тепла.

Этим можно объяснить несколько градусов, на которые температура листа отличается от окружающего воздуха. Около года назад Себастьян Кёрнер из Университета Базеля, воспользовавшись инфракрасным «тепловизором», доказал, что зелёный лист, в котором идёт фотосинтез, на несколько градусов теплее окружающего воздуха.

Хелликер и Рихтер использовали другой «термометр», чаще применяемый в палеоботанике, — δ¹⁸O, то есть разницу в содержании изотопов кислорода.

Атмосферный кислород представлен в основном изотопами ¹⁶O и ¹⁸O. Они отличаются на два нейтрона, и это различие сказывается на «поведении» молекул, в которые они входят. При низких температурах тяжелый ¹⁸O быстрей оседает. При относительно высокой он ведёт себя в большей степени как лёгкий изотоп ¹⁶O. Кроме того, ¹⁶O быстрей испаряется, то есть при низкой влажности в растении будет больше сохраняться ¹⁸O.

Если учесть все эти многочисленные факторы, то включение тяжелого ¹⁸O должно быть больше в теплых широтах, чем в холодных северных. Анализ образцов, собранных от 39 видов от Канады до Кариб, показал другое.

В северных широтах тяжёлого изотопа оказалось гораздо больше, чем должно было быть.

По мнению Хелликера, это можно объяснить только тем, что для фотосинтеза растения поддерживают постоянную температуру листа +21,4^o C с незначительными колебаниями в полтора-два градуса.

К сожалению, механизм поддержания такой температуры оказался за рамками исследования. В принципе, в тропиках охлаждение могло бы идти за счет испарения, но на вопрос, за счёт чего идёт нагрев и удержание тепла на севере, очевидного ответа нет.

У этой гипотезы уже нашлись свои противники, среди которых и упомянутый выше Кёрнер.

Он отметил, что целлюлоза, в которой «первооткрыватели» регистрировали содержание изотопов, даже в иголках откладывается в основном в тёплый период. То есть полученные Хелликером данные относятся не ко всему году, а только к коротким промежуткам, когда температура воздуха «переваливает» за определённый порог. И даже несмотря на то, что пенсильванские ботаники сравнивали древесину как между годовыми кольцами, так и в пределах одного кольца, их теория пока с такими доводами справиться не может.

Поскольку основное включение кислорода идёт в светлое время суток и только когда солнце вышло из-за горизонта, этот изотоп в любом случае характеризует именно температуру, при которой идёт фотосинтез. Вне зависимости от того, активно ли растение поддерживает её или просто выкраивает момент, чтобы запастись солнечной энергией.

Чтобы доказать свою правоту, Хелликеру остается поставить куда более простой эксперимент — поместить растения в термостаты и показать, что фотосинтез идёт с практически одинаковой интенсивностью даже при разных температурах. Только для этого придётся переключиться с палеоботаники на физиологию. Этого авторы не стали делать даже в выводах своей публикации, ограничившись рекомендациями по использованию метода изотопов для анализа ископаемых растений.