Адаптивні можливості рослин і перспективи освоєння культур в нетрадиційних районах

сонячне світло - найбільш потужний і найменш освоєний людиною джерело енергії. Сьогодні тільки одним зеленим рослинам природою дано мистецтво створювати органічні речовини з води і повітря, використовуючи енергію світла. У процесі асиміляції, або фотосинтезу, в листках і стеблах рослин, за участю хлорофілу, з вуглекислого газу і води утворюються виноградний цукор (глюкоза), а потім крохмаль і інші більш складні органічні сполуки. Ув`язнена в цих речовинах енергія зобов`язана своїм походженням сонячного світла.

фотосинтез рослин

Умови освітлення грають виняткову роль в житті рослин. Навряд чи варто описувати, наскільки відрізняються між собою довгі, тонкі, майже безлисті пагони пророслого в темному підвалі картоплі і здорова, широколиста, темно-зелена гичка рослин, що росли у відкритому грунті. Це відомо кожному. Причини неоднакового розвитку на світлі і в темряві очевидні: рослина, що розвивається на світлі, споживає для свого зростання сонячну енергію- затінене рослина задовольняється запасами енергії, що зберігаються в бульбі, і прагне за допомогою тонких і довгих пагонів якомога швидше і з найменшими витратами пробитися назустріч сонцю.

сонячне світло - найбільш потужний і найменш освоєний людиною джерело енергії. За винятком енергії ядра практично вся енергія, прямо або побічно використовувалася коли-небудь людиною, являє собою енергію світлових променів. Гідравлічні електростанції перетворюють енергію річок в електричну. Однак можливість роботи ГЕС обумовлена кругообігом води в природі: нагрівання атмосфери сонячними променями викликає випаровування води, яка потім випадає у вигляді опадів. Теплові електростанції виробляють енергію, використовуючи кам`яне вугілля, нафта, природний газ, тобто органічні речовини, які були створені зеленими рослинами за допомогою сонячної енергії мільйони років тому.

Органічне походження мають також бензин, гас, мазут та інші види мінерального палива, одержувані з нафти і кам`яного вугілля. Продукти харчування, що забезпечують людський організм необхідною енергією (найчастіше у великих, ніж це потрібно, кількостях), в кінцевому рахунку поставляються рослинами, оскільки тварини, м`ясо яких ми їмо, харчуються або зеленими рослинами, або травоїдними тваринами. Що стосується самих рослин, то вони виробляють органічні речовини, безпосередньо вловлюючи і пов`язуючи променисту енергію. Без цього первинного використання світла життя на Землі було б неможливе.

Але якщо рослини здавна «вміють» утилізувати енергію сонячного променя без будь-яких проміжних, посередніх ланок, то людина змогла це зробити за допомогою техніки лише в останні десятиліття, правда, поки в дуже незначних масштабах, які з точки зору існуючих обсягів виробництва енергії можна взагалі не брати до уваги. Сьогодні тільки одним зеленим рослинам природою дано мистецтво створювати органічні речовини з води і повітря, використовуючи енергію світла. У процесі асиміляції, або фотосинтезу, в листках і стеблах рослин, за участю хлорофілу, з вуглекислого газу і води утворюються виноградний цукор (глюкоза), а потім крохмаль і інші більш складні органічні сполуки. Ув`язнена в цих речовинах енергія зобов`язана своїм походженням сонячного світла.

Ці фактори широко відомі. Але те, що сьогодні знає кожен школяр, виявляється поки недоступним для повторення в лабораторіях без участі зеленого рослини. Якщо частково прикрити асимілюючий лист невеликим кружечком з непрозорого матеріалу, то можна переконатися в тому, що тільки в освітленій частині листа з води і повітря будуть синтезуватися глюкоза, а потім крохмаль - dopinfo.ru. Якщо в кінці дня обробити цей лист розчином йодистого калію, то ділянки листа, що містять крохмаль, потемніють і перед вами, немов на Фотовідбитки, зробленому з негативу, виявиться точне зображення прикритої частини листа.

Процес фотосинтезу став для нас явищем настільки само собою зрозумілим, що ми вже більше не дивуємося всьому досконалості подібного способу використання енергії. Ми наведемо кілька цифр, які дозволять наочно показати, що насправді ховається за поняттям «фотосинтез».

Почнемо з малого. Один квадратний сантиметр листа цукрових буряків протягом дня утворює з повітря і води за допомогою сонячного світла всього одну тисячну частку грама глюкози. Картопля і ячмінь продукують ще менше. Однак загальна кількість вуглеводів, вироблених усіма листами рослини, вже не можна недооцінювати. Скільки органічної речовини може синтезувати Рослина з повітря і води протягом року, досить переконливо показує урожай зернових, що знімається з полів. З точки зору енергетичного балансу подібне виробництво надзвичайно раціонально і економічно. Для синтезу 1 кілограма глюкози рослині досить затратити близько 4,4 кіловат-години енергії.

Приблизно таку кількість енергії споживає кольоровий телевізор, якщо протягом п`яти днів він працює по три години кожен вечір. Один кілограм виноградного цукру пов`язує 400 грамів чистого вуглецю, синтезованого з 0,75 кубічного метра вуглекислого газу. Оскільки вміст вуглекислого газу в повітрі становить усього 0,033 відсотка, то для того, щоб отримати таку кількість вуглецю, рослина має «обробити» 2250 кубічних метрів повітря. Одночасно з цим відбувається хімічне розкладання 0,6 літра води і виділення 0,75 кубічного метра чистого кисню.

Розглянемо тепер фотосинтез в глобальному масштабі. Щорічно наземні рослини пов`язують 17,2 мільярда тонн вуглецю, рослини морів - 25 мільярдів тонн цього елементу, що міститься в вуглекислому газі атмосфери і Світового океану. У сумі ці 42,2 мільярда тонн вуглецю витрачаються на освіту 105,5 мільярда тонн виноградного цукру. Для перевезення такої кількості цукру потрібен був би потяг довжиною більш ніж в 50 мільйонів кілометрів, що в 40 разів перевищує загальну довжину всіх залізничних ліній Землі, дорівнює одній третині відстані від Землі до Сонця і в 130 разів більше відстані від Землі до Місяця. А зміст складу - всього-на-всього річне виробництво виноградного цукру всій рослинністю Землі.

У процесі фотосинтезу рослини за рік засвоюють 467 трильйонів кіловат-годин сонячної енергії. Це майже в 170 разів перевищує світову вироблення енергії за рік. З цієї кількості рослини споживають 189 500 мільярдів кіловат-годин, повертають в атмосферу 17,1 мільярда тонн вуглецю, а що залишилися 25,1 мільярда тонн вуглецю трансформують в тверду речовину. Крім того, рослинний світ пов`язує за рік 37,8 мільярда кубічних метрів води, а й самих рослинах щорічно накопичується 277 500 мільярдів кіловат-годин енергії. У процесі синтезу, що відбувається в таких гігантських масштабах, рослини щорічно переробляють 79 трильйонів кубічних метрів вуглекислого газу, 32 трильйона повертаються знову в атмосферу, а 47 трильйонів залишаються в зв`язаному стані. Крім того, рослини виділяють в атмосферу 47 трильйонів кубічних метрів чистого кисню.

Ці цифри настільки великі, що їх вже важко сприймати. Однак можна з упевненістю сказати, що найближчим часом в атмосфері не бракуватиме вуглекислого газу, а тому голодна смерть не загрожує всьому живому на Землі. Ця впевненість гарантується тим, що люди, тварини і мікроорганізми, разом з їжею отримують вуглець, при диханні виділяють в атмосферу вуглекислий газ. Одні тільки люди видихають за рік 140 мільйонів тонн вуглецю. Грунтові мікроорганізми дають трохи більше 24 мільярдів тонн. Величезну роль в цьому процесі відіграють мікроскопічні, переважно найпростіші організми - бактерії. Без подібного «повернення» вуглецю в атмосферу наземна рослинність загинула б уже через 62 роки, а запасів харчування для морських рослин вистачило б на 2400 років. Завдяки життєдіяльності всіх живих істот на Землі кругообіг вуглецю в природі виявляється збалансованим.

Протягом багатьох мільйонів років створювалися деякі надлишки пов`язаного вуглецю в формі покладів торфу, кам`яного вугілля, нафти, природного газу. Але з кінця позаминулого століття людина активно розробляє і спалює ці природні запаси викопного палива. Всього за кілька століть ми повернули в атмосферу і океани вуглець, який не один мільйон років накопичувався в осадових відкладеннях.

Ми стоїмо на порозі того, щоб порушити рівновагу земної атмосфери. Чи буде це мати вирішальне значення для розвитку клімату і всього живого на пашів планеті? Через постійно зростаючих потреб в енергії ми досі змушені брати участь в цьому надзвичайно сумнівному експерименті: адже на відміну від рослин людина ще не навчилася прямо і у великих масштабах використовувати енергію світла.

Останні досягнення в області хімії свідчать про те, що для освоєння такого джерела дешевої енергії, яким є енергія Сонця, зовсім не обов`язково розробляти настільки дорогі проекти, як, наприклад, створення гігантських «сонячних печей» (над цим працюють, зокрема, американські вчені ). Відомо, що на звалищах скупчуються величезні кількості найрізноманітніших штучно створених людиною матеріалів, при спалюванні яких в спеціальних установках в якості побічного продукту горіння утворюються високотоксичні гази. У той же час ці матеріали можуть розкладатися на найпростіші елементи практично «безкоштовно», швидко і без будь-якої шкоди для навколишнього середовища безпосередньо під впливом сонячного світла, якщо тільки в процесі виробництва в їх склад будуть додані спеціальні біокаталізатори - біологічно активні речовини.

Умови освітлення в житті рослин

Потреба в енергії обумовлює необхідність максимального поглинання сонячної радіації. Особливої актуальності дана проблема набуває при вирішенні питань, пов`язаних із запуском автоматичних міжпланетних станцій, штучних супутників Землі, місячних модулів, космічних лабораторій і т.п. Електроживлення різноманітної електронної апаратури штучних орбітальних станцій здійснюється про допомогою так званих сонячних батарей, які складаються з великого числа фотоелементів, безпосередньо перетворюють енергію сонячної радіації в електричну. Значить, космонавтам немає необхідності брати з собою в політ великий запас різного роду «енергетичних консервів», зокрема, дуже важкі акумулятори, які мають при цьому невеликим терміном служби.

Якщо сонячні батареї зміцнити жорстко на рухомій системі, наприклад на штучному супутнику Землі, то Сонце буде висвітлювати їх періодично: через осьового обертання супутника більшу частину часу вони не зможуть виробляти електроенергію. Щоб уникнути цього, інженери з космічної техніки створили виключно складні електронні системи стеження, які безперервно фіксують напрямок сонячних променів і за допомогою прецизійних сервомеханизмов стабілізують супутник в положенні, яке забезпечує оптимальний режим освітлення батарей Сонцем. Ланцюжок від чисто вимірювальної апаратури (для визначення напрямку інсоляції) через систему розрахунково-логічної обробки отриманих даних до системи дуже точного виконання керуючих операцій - шлях з технічної точки зору досить довгий і сложний- до того ж сама електронно-механічна конструкція, яка виконує все це безліч операцій, марнотратна в своєму функціонуванні і надзвичайно дорога у виготовленні. Просторові ж можливості для її розміщення виключно малі, навіть якщо мати на увазі таке гідність сонячних елементів, як їх мініатюрність.

Вирішення цієї проблеми рослинами на голову вище технічних рішень, знайдених людиною. В принципі рослини також мають системою стежить управління. Але як економні які вживали засоби, як незначні конструктивні витрати! Прилад для визначення напряму джерела світла, механізм обробки отриманих даних, сервомеханизм і, нарешті, сама керована частина рослини утворюють досить компактну конструктивну одиницю розміром, якщо взяти крайній випадок - одноклітинних водоростей, близько однієї тисячної частки міліметра в діаметрі. Виконувана усіма цими живими механізмами робота не обмежується стеженням за джерелом світла: в тому ж крихітному обсязі розміщена комплексна «монтажна схема» живого організму, відповідальна за виконання всіх його життєвих функцій.

Втім, і у вищих рослин проблема стеження вирішена настільки раціонально, що виконують його механізми не вимагають окремого місця - це лише одна з численних функцій самої рослини.

Що ж дає подібна система стеження за джерелом світла? В космічних польотах передусім орієнтацію приладів на Сонце- в ботаніці - безліч видових особливостей, про які написано десятки томів. Тут будуть наведені лише деякі приклади, що ілюструють чисто зовнішню реакцію рослин на світло.

Умови освітлення грають виняткову роль в житті рослин. Навряд чи варто описувати, наскільки відрізняються між собою довгі, тонкі, майже безлисті пагони пророслого в темному підвалі картоплі і здорова, широколиста, темно-зелена гичка рослин, що росли у відкритому грунті - dopinfo.ru. Це відомо кожному. Причини неоднакового розвитку на світлі і в темряві очевидні: рослина, що розвивається на світлі, споживає для свого зростання сонячну енергію- затінене рослина задовольняється запасами енергії, що зберігаються в бульбі, і прагне за допомогою тонких і довгих пагонів якомога швидше і з найменшими витратами пробитися назустріч сонцю.

Ось ще один приклад керуючого впливу зовнішнього середовища на формування зовнішньої структури, правда, впливу, що має протилежну спрямованість. Надлишок світла, особливо його ультрафіолетової складової в гірській місцевості, може виявитися шкідливим і привести до сонячних опіків. В умовах надлишкового освітлення рослини виробляють захисні пристосування, які дозволяють їм уберегтися від надмірної інсоляції. Так, альпійське рослина едельвейс - трав`янистий багаторічник - густо опушено білими волосками. В умовах рівнин, де інсоляція слабкіше, і зокрема слабкіше ультрафіолетове випромінювання, освіту у рослин ворсистого опушения набагато менше. Воно повністю відсутня рослин затінених місць існування.

Світло управляє зростанням рослин: вони ростуть в напрямку більшої освітленості, їх чутливість до світла настільки велика, що пагони деяких рослин, протягом дня містилися в темряві, реагують на спалах світла, що триває всього дві тисячних частки секунди. Реакція настає через 20 хвилин і досягає апогею приблизно через годину. Як сильно при цьому зігнеться стебло в напрямку спалаху, залежить від кількості потрапив на нього світла.

Зазвичай площину аркуша розташовується перпендикулярно до падаючих на нього променів (виняток становлять рослини, що ростуть під палючими променями тропічного сонця). Якщо лист затінює інший, то «обділений» лист поступово зсувається в бік з таким розрахунком, щоб освітлення його було оптимальним. Індивідуальні механізми регулювання у кожного аркуша дозволяють рослині створити з листя мозаїчну картину (листову мозаїку), в якій листя розташовані досить щільно, без будь-яких великих просвітів між ними, але при цьому не затінюють один одного. Особливо добре видно листова мозаїка на плющі, що покриває зовнішні стіни будівель. Ефект мозаїчності посилюється специфічною формою листя. Досконалу систему стеження за джерелом світла можна спостерігати у льнянкі (Linaria cymbalaria). Її квітконіжка реагує на світлове роздратування таким чином, що квітка завжди виявляється поверненим до світла. Після того як оцвітина зів`яне і на місці квітки утворюється плід, «поведінку» цветоножки докорінно змінюється. Рослина намагається відвернути плід від променя світла і «підшукує» в стіні будинку або камені темну розколину, в яку воно могло б висіяти дозрілі насіння.

Екстремальні умови проживання рослин

Все, що зараз подумки встає перед вашим поглядом, - це все потенційні відходи, покидьки, сміття. Завтра або післязавтра ці речі прийдуть в непридатність або вони вам більше не будуть потрібні, і ви їх викинете непотріб: холодильники і дитячі коляски, канцелярські папери і відпрацьоване масло, взуття та «вийшли з моди» бронетранспортери або навіть цілі будинки. Буквально все вироблене нами вчора - сьогодні відходи, а то, що ми виробляємо сьогодні, завтра піде на звалище. Звалища буквально «пожирають» ландшафт, отруюють грунтові води, перетворюються на осередки нових епідемій. Однак набагато небезпечніше тих покидьків, які звозять на звалища, інші, всюдисущі, але важко переборні: пил, відпрацьовані гази, стічні води. Це вже не загроза майбутньому, а бич сьогодення. Небезпечні відходи виробництва перетворюють річки, озера, моря в біологічно мертву середу, заражають орні угіддя і пасовища, отруюють атмосферу.

Всі спроби містити у відкритому грунті в умовах Центральної Європи зніжені рослини флори тропічних лісів закінчуються невдачею: досить швидко «чужинці» гинуть. Успішно вирощувати такі рослини можна лише в оранжереї, яка дозволяє створити більш сприятливі, ніж на відкритому повітрі, температуру, вологість і освітленість. Грунтово-кліматичні умови тропічних лісів з їх постійно високими температурами і вологістю різко відрізняються від природних умов так званих «помірних» широт.

Наприклад, середньорічна температура повітря на Яві дорівнює 25 ° за Цельсієм, середня температура найхолоднішого місяця, лютого, досягає 24,5 °, а найтеплішого, вересня, близько 25,5 ° вище нуля. Для порівняння скажемо, що середня температура січня в Мюнхені дорівнює мінус 1,5 °, а липня - плюс 17,5 °. Таким чином, перепад середніх температур в екваторіальному лісі між найтеплішим і найхолоднішим місяцями року не перевищує 1 °, в країнах же помірного клімату він становить майже 20 °. Аналогічна картина спостерігається і щодо вологості повітря, опадів, числа сонячних днів в році. Залишається лише дивуватися тому, що ми називаємо наші середні широти «помірними».

Таким чином, тропічні рослини, які не переносять різких коливань погодно-кліматичних умов помірних широт, можуть нормально рости в європейському кліматі лише під захистом оранжерей.

Але на Землі є чимало місць, де існують екстремальні умови проживання. Так, в пустелях перепади між денною та нічною температурами повітря нерідко досягають 50 ° і більше. Відносна вологість повітря протягом доби змінюється тут в межах 70-80 відсотків. Картину доповнюють немилосердно палюче проміння Сонця.

Але ось в південноафриканській пустелі Намакваленд мешкає невелика рослинка, яке зуміло захистити себе від згубного клімату шляхом створення «персональної» оранжереї: це фенестрарія (Mesembryanthemum rhopalophyllum). Уже сама назва рослини (від лат. Fenestra - вікно) натякає на існування свого роду «тепличної конструкції», і це дійсно так. Інші, ніж на батьківщині, умови освітленості і обігріву дещо змінили зовнішній вигляд рослини. У природних же умовах воно майже повністю занурене в ґрунт. На поверхні залишається лише кінчик товстого булавовидного листа. Підземне існування перетворило цей вид в рослину закритого грунту. Грунт, яка оточує фенестрарія практично з усіх боків, оберігає її від надмірного нагрівання, висихання і прямого впливу сонячних променів.

Але будь-який зелена рослина потребує хоча б в мінімумі світла, причому цей мінімум повинен бути більш-менш рівномірно розподілений по всій рослині, а не зосереджуватися в одному місці. З першого погляду здається, що фенестрарія обрала саме останній, несприятливий варіант: вона майже повністю прихована в землі, лише кінчики листя піднімаються над поверхнею ґрунту і виявляються на повному сонячному світлі. Насправді ж все інакше, оскільки кожен булавоподібний прихований в землі лист її - це невелика «теплична конструкція». У кінчиках листя фенестрарія відсутня хлорофіл, вони прозорі, як скло. Промені світла потрапляють всередину рослини, практично не слабшаючи і не завдаючи йому ніяких опіків. Середина листа заповнена прозорою тканиною.

Сонячні промені, проходячи крізь рідку тканину серцевини листа, досягають зсередини його зелених, що лежать під землею стінок. Містить хлорофіл фотосинтезуюча тканину розташовується всередині листа на його непрозорих стінках. Світло, що потрапляє в цю тканину з серцевини листа, рівномірно розсіяний і ослаблений до оптимальної інтенсивності. Кінчик аркуша, «віконце», подібно звичайному склу, відображає значну частину ультрафіолетових променів. Світло ж, потрапляє всередину рослини, розсіюється там і досить рівномірно розподіляється зсередини по стінках листа, причому частина світлової енергії поглинається прозорою серцевиною.

Таким чином, фенестрарія досить вміло використовує принцип «тепличної конструкції», але, хоча кінцевий результат один і той же, все ж є і суттєва відмінність між оранжереєю і рослиною. призначення оранжереї - пристосувати умови навколишнього середовища до потреб рослини-чужинця. Фенестрарія ж, використовуючи ті ж кошти, пристосовує свої потреби до навколишніх умов. Іншими словами, на одній стороні - конструктивна зміна навколишнього світу, на інший - пристосування до нього.

Коли накопичуються відходи

Вам, безперечно, доводилося зустрічати повідомлення про те, що в якомусь великому місті працівники комунального господарства, які займаються вивезенням сміття та побутових відходів, на кілька днів оголосили страйк. У такі дні сміттєві баки зазвичай бувають переповнені, а все, що не потрапило в них, валяється поруч, захаращуючи землю. Будь-яке подих вітру піднімає в повітря і розносить по сторонам обривки газет, клаптики паперу і брудні картонки, з гуркотом жене по дорозі порожні бляшанки. Вихором крутиться брудно-сальна пил. В`їдливий, нестерпний сморід гниючих харчових відходів викликає нудоту.

Такий приватний аспект проблеми відходів. Велику масштабність і гостроту вона знаходить тоді, коли відходи накопичуються протягом не двох-трьох днів, а багатьох місяців, років і десятиліть. Важко уявити собі, яку велику кількість речей має саме безпосереднє відношення до нашого повсякденного життя, починаючи від стрижня для кулькової ручки і закінчуючи автомобілем! Яке достаток найрізноманітніших предметів сходить кожну секунду з повністю автоматизованих потокових ліній гігантських промислових підприємств!

Все, що зараз подумки встає перед вашим поглядом, - це все потенційні відходи, покидьки, сміття. Завтра або післязавтра ці речі прийдуть в непридатність або вони вам більше не будуть потрібні, і ви їх викинете непотріб: холодильники і дитячі коляски, канцелярські папери і відпрацьоване масло, взуття та «вийшли з моди» бронетранспортери або навіть цілі будинки. Буквально все вироблене нами вчора - сьогодні відходи, а то, що ми виробляємо сьогодні, завтра піде на звалище. Звалища буквально «пожирають» ландшафт, отруюють грунтові води, перетворюються на осередки нових епідемій. Всесвітня організація охорони здоров`я з усією серйозністю звертає увагу на те, що «над людством, все більш посилюючись, нависає загроза вибухового поширення чуми», особливо реальна в умовах стрімкого в наші дні зростання міст.

У багатьох країнах світу, і США не є тут винятком, кількість щурів перевищує чисельність людського населення. Еліксир життя цих тварин - покидьки. До тих пір поки людина не вирішить проблему ліквідації відходів, він не покінчить з щурами, не усуне ймовірність виникнення епідемії чуми. Загроза поширення інфекційних хвороб в результаті зростання міст реальна лише тоді, коли міста розширюють свої території за рахунок звалищ і нетрів з їх антисанітарними умовами. Розвиток містобудування, яке ведеться сучасними індустріальними методами з урахуванням новітніх досягнень науки, техніки, архітектури, призводить до поліпшення житлових умов городян, зокрема санітарних умов їх життя, і виключає небезпеку розвитку епідемій.

Набагато небезпечніше тих покидьків, які звозять на звалища, інші, всюдисущі, але яких важко: пил, відпрацьовані гази, стічні води. Це вже не загроза майбутньому, а бич сьогодення. Небезпечні відходи виробництва перетворюють річки, озера, моря в біологічно мертву середу, заражають орні угіддя і пасовища, отруюють атмосферу. У центральній частині Токіо вже сьогодні встановлені спеціальні колонки, які дають можливість жителю японської столиці, задихається в жахливому смог, отримати за плату ковток свіжого повітря. Невже подібні колонки стануть буденним явищем в житті наших дітей?

Дані останніх років приголомшують. Наприклад, в Німеччині щорічно в атмосферу викидається така кількість пилу і газоподібних речовин, яке в розрахунку на одного жителя країни перевищує вагу побутових відходів на душу населення. Надмірне забруднення повітряного середовища створюють: 8 мільйонів тонн високотоксичного окису вуглецю (чадний газ), 4 мільйони тонн не менше небезпечною для здоров`я двоокису сірки, 4 мільйони тонн запалу і кіптяви, що вражають легені і гортань, 2 мільйони тонн оксидів азоту і стільки ж вуглеводнів. Обсяг викиду в атмосферу диму і кіптяви росте такими ж високими темпами, як і споживання електроенергії, оскільки вони - продукти спалювання твердого палива. Чому ж ми, люди, виготовляючи ті чи інші речі, завчасно не замислюємося над проблемою знищення відходів, проблемою, з якою нам неминуче доведеться зіткнутися, можливо, вже на наступний день?

Залізо легко іржавіє, але предмети тривалого користування не повинні покриватися іржею, тому ми вважаємо за краще робити їх з алюмінію, а не з заліза. Це розумно. Підвищення довговічності вироби виправдовує більш високі витрати на його виробництво. Але чому всюди в світі для виготовлення консервних банок, на які перш йшла жесть, все ширше починають застосовувати алюміній? На виробництво алюмінію витрачається в шість разів більше енергії, ніж на виробництво чорних металів. Безсумнівно, що за своєю вагою консервна банка з алюмінію легше жерстяної. Але на виготовлення останньої витрачається вдвічі менше енергії. А як відомо, збільшення енергетичних витрат у два рази означає не тільки подвоєння темпів споживання енергоресурсів, а й зростання вдвічі обсягу забруднюючих речовин. Кінцевий же продукт за своєю значимістю жодним чином не виправдовує необхідність збільшення маси відходів, з одного боку, і величини виробничих витрат - з іншого. Консервна банка сама по собі - предмет вкрай ефемерний. На сміттєвих же звалищах алюмінієві консервні банки «живуть» чи не вічно. І зовсім навпаки, іржа знищила б нашу добру стару бляшанку за досить нетривалий час. Чому ж, виготовляючи ті чи інші речі, ми завчасно не замислюємося над вирішенням проблеми знищення відходів?

рослини - геніальний споживач відходів

У порівнянні з людьми рослини щорічно, на протязі ось вже багатьох мільйонів років, створюють у багато разів більшу кількість відходів. Але їх знищення відбувається непомітно, без застосування дорогих допоміжних технічних засобів і не забруднює ні грунт, ні води, ні атмосферу. Відходи ліквідуються безшумно, неприємні запахи не докучають людям. На відміну від пластмасових відер, старих машин, що перетворилися на металобрухт, і залізобетонних бункерів, які дісталися нам у спадщину від останньої світової війни, рослинні відходи не лежать непорушно роками, а, навпаки, розкладаються надзвичайно швидко. І вже дуже скоро рослини знову можуть використовувати виникли продукти розпаду.

У рослинному світі обидва процеси - утворення відходів та їх знищення - добре врівноважені. Рівноважна ж система в змозі функціонувати безмежно довго. Людина практично ніколи не віддавав собі звіту в тому, наскільки раціональний процес становлення і відмирання в природі. Якби людина більш старанно вчився у природи, він навряд чи створив би настільки незбалансований механізм промислового виробництва. В даний час процес виробництва, безсумнівно, організований краще, ніж процес усунення покидьків. Навіть те, що ми називаємо переробкою і використанням відходів, навряд чи гідно називатися так. Установки для спалювання сміття лише перетворюють тверді відходи в газоподібні, а водоочисні споруди всього лише трансформують рідкі покидьки в тверді. Однак корінь зла лежить набагато глибше.

Якщо ми і надалі будемо так само активно продовжувати виготовляти в масових кількостях необхідні для нас речі, не замислюючись у кожному конкретному випадку над тим, яким чином ми могли б в потрібний момент і безболісно від них позбутися (тобто усувати річ взагалі, а не відкласти в сторону, хоча б і на звалище), то в довгостроковій перспективі вже ніяка, навіть сама щедра, програма з охорони навколишнього середовища не може стати основою радикального вирішення проблеми відходів в цілому. Наскільки односторонньо наше мислення щодо проблем виробництва матеріальних благ, наскільки далеко наша свідомість від розуміння необхідності встановлення рівноваги між процесами творення і скасування, вельми наочно ілюструє той факт, що до сих пір в нашій мові немає загальноприйнятого терміна для процесу «повернення» створених руками людини і що відслужили свій вік речей в вихідні сировину і матеріали, тобто процесу, що йде в напрямку, протилежному процесу виробництва.

У російській (та й не тільки в російській) мові такий термін є: утилізація вторинної сировини. Потрібно радикальне розширення цієї галузі господарства, створення індустрії вторсировини. Інша картина спостерігається в рослинному світі. Тут існує стійка рівновага між творенням і руйнуванням, іншими словами, система круговороту речовин, коли все те, в чому рослина більш не потребує, негайно «демонтується», перетворюється в первинні елементи, які негайно повторно використовуються. Відходи в тому сенсі, в якому вони знайомі нам, природі невідомі. У світі рослин практично немає різко вираженою кордону між процесами становлення і відмирання: творення і руйнування поступово і непомітно переходять один в одного - dopinfo.ru. Новоутворення органів і розпад не потрібних більше листків, стебел і квіток відбуваються в природі одночасно. Всі синтезовані в природі речовини легко і швидко розщеплюються, а продукти розпаду утилізуються.

У вічнозелених тропічних дерев і чагарником старе листя опадає після того, як з`являться і досить зміцніють нові листя, але це не заважає останнім добре розвиватися: черешки старіючих листя сильно прогинаються, опускаючи сам лист вниз, що зменшує затінення молодого листя. Цікаво й інше. Перш ніж впасти, листя прямо на дереві жовтіють і вицвітають. Це явище характерне також для всіх листяних порід дерев і чагарників помірного клімату. вицвітання листя - зовнішня ознака її відмирання. Перед листопадом спостерігається відтік з листя я тканини стебла найбільш дефіцитних сполук, перш за все сполук, що містять азот. Іншими словами, рослина перед тим, як скинути непотрібні листи - а це свого роду «відходи», - забирає з них найбільш придатні для повторного використання будівельні матеріали.

Простежимо за подальшою долею скинутої листя. У літньо-зёлених широколистяних лісах середньої смуги опале листя досить рівномірним шаром вистилає землю протягом всієї зими і перших весняних місяців. Але це зовсім не непотрібне сміття, а найцінніше засіб захисту рослин від несприятливих умов середовища. Як садівник вкриває на зиму молоді рослини солом`яними матами або мішковиною, щоб захистити їх від холодних вітрів і сильного теплового випромінювання, так і опале листя служить захистом трав`яному покриву. Але ось настає весна, і рослини відновлюють своє зростання. Прийшов час прибирати мати з грядок.

А що ж відбувається в природі? Зрозуміло, не в її силах згорнути килим з опалого листя, яким були на зиму покрита земля в лісі. Але це і небажано, оскільки опад дозволяє грунті утримувати вологу і тепло в тій мірі, в якій це необхідно для проростає насіння. Однак для зростання молодих рослин потрібно освітлення, і торішнє листя поводяться так, як ніби знають про це: листя стає повністю проникною для променів світла, особливо тієї частини його спектра, яка необхідна для фотосинтезу. Максимальної проникності листя досягають в березні - квітні, якраз на часі проростання насіння. Висловлюючись сучасною термінологією, ми можемо сказати, що опале листя - це полезнейшие для навколишнього середовища відходи. Лише після того як ці «відходи» виполнят- свою останню задачу - забезпечать сходи необхідною вологою в грунті, - вони будуть остаточно перероблені ґрунтовими бактеріями, цими дрібними організмами, яким рослинний опад служить їжею.

В результаті утворюється родючий гумус (перегній). Важко собі уявити інший спосіб, який дозволив би з великою ефективністю використовувати відходи.

рослини - геніальний споживач відходів взагалі, а не тільки тих відходів, які тісно пов`язані з виробництвом ними органічної речовини. Виключно швидко і без залишку бактерії переробляють тваринні відходи: екскременти, падло. Так, повністю утилізують пташиний послід і багаторазово його використовують поселяються в кронах дерев рослини-епіфіти. Епіфітів особливо багато у вологих тропічних лісах. Ті з них, чиї насіння не мають пристосувань до поширення вітром, «упаковують» свої насіння в солодкувату м`якоть плодів, охоче поїдаються птахами, і вони здійснюють подорож по повітрю «зайцем», в шлунку у птахів. Однак пташиний шлунок не в змозі переварити насіння з їх твердою оболонкою, і вони виводяться з організму птиці разом з її екскрементами. Не будь пташиного посліду, насіння не змогли б утриматися на гладкій корі дерев. Кал ж надійно приклеює насіння до стовбура і одночасно забезпечує його необхідною вологою. Але і це ще не все. Молоде рослина використовує пташиний послід як дуже цінного азотного добрива. Таким чином, природа «вміє» надзвичайно раціонально розпорядитися своїми відходами.

Як ми бачимо, відходи - це цінний, а в окремих випадках навіть життєво необхідний продукт.

Стічні води - важлива сировина

Кожну мить в живому організмі протікають хімічні реакції. Подібно людям, рослини також користуються «послугами» цілого ряду високоактивних посередників. Але на відміну від застосовуваних у техніці більшість рослинних каталізаторів вузько спеціалізоване.

відходи - це цінний, а в окремих випадках навіть життєво необхідний продукт. У рубриці «Практична охорона навколишнього середовища» міжнародний журнал «Гірка правда» помістив коротку статтю про те, як невелике містечко Санті, розташований на Тихоокеанському узбережжі США, вирішив проблему стічних вод. Один з розділів статті під заголовком: «Стічні води - життєво важлива сировина ». Ось що писав журнал з цього приводу:

«Комплексна обробка стічних вод, будь то шляхом природного розкладання їх вмісту в грунті або шляхом застосування технічних прийомів очищення, в кінцевому рахунку дає регенеровану воду плюс тверді компоненти, які можуть бути вжиті як поживні речовини, що стимулюють ріст рослин. Якщо природа переробляє містяться в стічних водах домішки біологічним шляхом і повертає їх у грунт, то в Санті застосовуються технічні засоби, які дозволяють виділити з води весь плаваючий сміття і будь-які суспензії.

На перших порах перед муніципалітетом міста стояло питання: чи припустимо взагалі у великих кількостях очищати стічні води з метою зробити їх придатними для повторного використання? В ході ретельного вивчення всієї наявної інформації з`ясувалося, що стічні води не настільки вже й даремний продукт. Вміщені в них тверді речовини виявилися цінним засобом для відновлення структури грунту і непоганим добривом, що користуються попитом у фермерів. Зрозуміло, перш за стічні води повинні бути звільнені від важких металів і деяких інших промислових відходів. Однак навіть найсучасніша технологія очищення поки не в змозі видалити з води подібного роду забруднювачі. Тому стічні води, що містять домішки, які біологічно нерозкладних, повинні проходити спеціальну обробку.

Оскільки, з одного боку, погіршення біологічного стану навколишнього середовища змушує робити певні кроки, а з іншого - існує побоювання збільшення вартості заходів з обробки стічних вод, більшість сучасних міст проводять лише попередню механічну очистку, а воду, що залишилася скидають потім в довколишні струмки, річки і великі водойми, де за рахунок чистої води концентрація забруднень в стоках зменшується. Такий метод очищення стічних вод називають способом первинної обробки. У переважній кількості міст застосовується саме цей метод.

Дуже нечисленні громади, що враховують то наслідки, які для інших людей може мати їх діяльність. У таких буденні справи, як видалення стічних вод, людина дуже рідко слід золотому правилу, почерпнути з криниці народної мудрості: «Не роби нічого поганого іншим, якщо не хочеш, щоб тобі заподіяли те ж саме». На превеликий жаль, дуже часто людина дотримується іншої правила: «Якщо тобі завдають зло, відповідай тим же».

У наші дні з подібним підходом доводиться стикатися майже повсюдно. Наприклад, Нью-Йорк, цей переповнений людьми місто-гігант, що нараховує мільйони домашніх господарств і величезна кількість великих промислових підприємств, скидає свої стічні води через Гудзон у відкрите море. Могутня Міссісіпі виносить в Мексиканську затоку десятки і сотні тонн гниючих, смердючих промислових і побутових відходів. Втім, європейські річки і водойми ненабагато чистіше американських, незважаючи на численні кампанії на захист навколишнього середовища. Як бачимо, забруднення навколишнього середовища відходами виробництва і побуту виявляється тієї жорстокої реальністю, з якою змушений рахуватися все людство.

Якими ж перевагами володіє проект Санті?

По-перше, він забороняє забруднення водного середовища і робить все для того, щоб люди, які живуть нижче за течією, не мирилися більше з тим, що погіршується якість використовуваної ними води і завдається шкода їх здоров`ю. По-друге, він передбачає постачання міста регенерованої водою, що особливо важливо, оскільки в світі все більш гостро відчувається нестача чистої води. Проект вважається сьогодні зразком для наслідування при створенні очисних споруд. Кожен день тут обробляється майже 8 мільйонів літрів стічних вод. У місті усунуто будь ймовірність забруднення природних водойм, а реконструйована вода використовується в найрізноманітніших цілях. І останнє, обробка стічних вод означає одночасно виробництво води необхідної якості. З проектом познайомилися фахівці з більш ніж 40 країн. Він дійсно гідний наслідування і може зацікавити будь-яке місто або громаду, які поставили перед собою завдання поліпшити якість водопостачання і викорінити причини забруднення навколишнього середовища.

Те виняток із загальних правил, яке настільки високо оцінюється в даній статті, в рослинному світі видається справою само собою зрозумілим: будь-яке природне забруднення водного середовища ліквідується теж природним шляхом. Водні рослини і бактерії здійснюють біологічну обробку чужих для водойми забруднюючих речовин. Продукти розкладання потрапляють в грунт. Зразки того, як повинні бути організовані підготовка води і її повторне використання, природа демонструє нам на прикладі тропічної ліани дісхідіі.

Хімічні реакції в живому організмі

Змішавши дві частини водню і одну частину чистого кисню, ми отримаємо гримучий газ. Якщо тепер цю суміш підпалити, то починається хімічна реакція і станеться, нарешті, сильний вибух. Але та ж сама реакція може йти вже при кімнатній температурі і протікати набагато спокійніше, варто лише ввести в посудину мелкораздробленного платину. Реакція супроводжується виділенням значної кількості тепла, хімічна ж природа металу залишається без змін.

Як бачимо, досить одного присутності платини, щоб відбулася взаємодія одних речовин з іншими. Це нагадує ситуацію, коли водій автомашини, помітивши дорожнього інспектора, в ту ж мить починає вельми акуратно дотримуватися правил обмеження швидкості. Речовини, які змінюють швидкість хімічної реакції, називають каталізаторами - dopinfo.ru. Фахівці використовують їх, щоб прискорити хімічні промислові або лабораторні процеси або щоб взагалі зробити можливим їх перебіг. платина - лише один з багатьох каталізаторів, без яких в даний час не може обійтися технічна хімія.

Зокрема, каталізує дію має і звичайнісінький попіл від сигарет. Якщо, наприклад, шматочок цукру-рафінаду обваляти в попелі і підпалити, цукор буде горіти красивим блакитним полум`ям. Без попелу зробити це не вдається.

Розкладання перекису водню (Н2О2) при нагріванні на кисень і водень відбувається протягом певного проміжку часу. Додавання губчастої платини тисячократно прискорює цей процес. Очевидно, що завдяки застосуванню каталізаторів у багато разів підвищується ефективність хімічних перетворень.

Кожну мить в живому організмі протікають хімічні реакції. Подібно людям, рослини також користуються «послугами» цілого ряду високоактивних посередників. Але на відміну від застосовуваних у техніці більшість рослинних каталізаторів вузько спеціалізоване. До того ж подібна вибірковість супроводжується винятковою ефективністю каталітичних речовин. Якщо технічний каталізатор (платина) зменшує час розкладання перекису водню в 1000 разів, то каталаза, речовина, що виробляється рослинами, прискорює цей процес ще в 1000 разів. Іншими словами, тривалість реакції скорочується в 1000000 разів.

Ми вже звертали вашу увагу на те, що своїм умінням рослини багато в чому перевершують фахівців-хіміків (нагадаємо лише про здатність рослин, використовуючи повітря і воду, синтезувати виноградний цукор і крохмаль). Але приклади з каталізаторами свідчать також і про те, що навіть там, де рослини, здавалося б, роблять рішуче все те, що роблять фахівці-хіміки, їх перевага перед людьми залишається безперечним.

Ґрунтова волога і живлення рослин

Як правило, яблука пізніх сортів знімають перш, ніж вони встигнуть. Зібраний урожай потім ретельно упаковують. При зберіганні і транспортуванні яблука, дозрівають. Однак було відмічено, що якщо пізні сорти зберігати разом з скоростиглими, то процес дозрівання набагато пришвидшиться, очевидно, завдяки настільки сприятливому сусідству. При цьому яблукам зовсім не потрібно стикатися між собою. Як же в такому випадку один сорт яблук впливає на інший?

Багато любителів кімнатних рослин знають, що ростуть разом різні екземпляри одного виду рослин відкривають свої бутони в один і той же день і що пізніше сформувалися бутони однієї квітки в своєму зростанні наздоганяють розвиненіші бутони іншого, і тому ті й інші розкриваються зазвичай одночасно. Такий розвиток подій корисно рослинам, оскільки синхронне розпускання квіток забезпечує їх одночасне запилення комахами. Але яким же чином знаходяться в різних горщиках рослини передають один одному необхідну інформацію?

У сухих степах і напівпустелях боротьба рослин за воду - питання життя та смерті. Вільного простору в таких місцях проживання досить для розвитку великого числа рослин, однак вологи в грунті вистачає лише небагатьом. Тому в умовах посушливого клімату рослинні організми постійно ведуть між собою справжню війну. Свого сусіда, який міг би користуватися водою з ділянки землі, розташованого поруч, вони «ускладнюють життя», гальмують його зростання, уповільнюють або зовсім припиняють проростання його насіння в безпосередній близькості від себе. Які невидимі для нашого ока кошти використовуються в цій боротьбі?

У всіх трьох випадках (дозрівання яблук пізніх сортів, синхронне розпускання бутонів, конкурентна боротьба мешканців степів і напівпустель за воду) повністю виключається вплив шляхом прямих контактів. Не може бути мови і про будь-які оптичних, акустичних, електричних або подібних їм методах «оповіщення». Отже, його природа повинна бути хімічної. Однак в перших двох випадках, коли відсутня сполучний субстрат (грунт), немає і ніяких підстав говорити про можливе сприяння речовин, що знаходяться в грунтової вологи, в грунті.

Ймовірно, в ролі посередників, «винуватців» настільки дивовижних явищ тут повинні виступати гази. І дійсно, досвідченим шляхом вдалося виявити, що достигають яблука виділяють в атмосферу етилен, який прискорює дозрівання плодів. В його присутності, наприклад, яблука пізніх сортів дозрівають багато швидше. А ось зростання бобових в «яблучної атмосфері» сповільнюється, хоча самі рослини стають міцнішими. В даний час відомий цілий ряд рослин-конкурентів, що впливають один на одного. Певну роль в цих процесах поряд з етиленом (його сліди, до речі, можна виявити в світильному газі, який згорає в наших газових кухонних печах) грають і багато інших біоактивні сполуки. На жаль, поки вивчена лише мала частина їх.

Рослини степів і напівпустель, що заперечують один у одного грунтову вологу і харчування, виділяють в ґрунт через кореневу систему біологічно активні речовини в рідкому стані. В даному випадку рідкі виділення в порівнянні з газоподібними мають ту перевагу, що їх не можуть розвіяти часті в пустельній місцевості вітри. Більш того, коріння степових рослин надзвичайно довгі, що, поза всяким сумнівом, збільшує радіус дії «хімічної зброї». Рослини, висота яких ледве досягає 50 сантиметрів, нерідко мають коріння довжиною понад 15 метрів.

Людина також винайшов хімічну зброю: на жаль, військове мистецтво в своєму розвитку нерідко випереджало розвиток інших сфер діяльності людини. Мистецтво ж використання мізерних доз нешкідливих хімічних речовин для мирних цілей взаємного обміну інформацією залишається для людини поки що утопією. Мізерні дози хімічних речовин для інформаційних цілей використовуються в газопроводах - сліди меркаптанів надають паливному газу неприємний запах, що дозволяє виявити витік газу. Пахучі речовини використовуються для сигналізації в повітропроводах шахт. Мирним цілям інформації служать мізерні кількості радіоактивних речовин: мічені атоми застосовуються в різноманітних біологічних експериментах. Проте, дуже важливо і надалі продовжувати ретельно вивчати механізми керованого хімічного впливу рослин один на одного. Тут перш за все маються на увазі, крім процесів росту, процеси опадання листя, зміни зовнішнього вигляду рослини, контакти між вищими рослинами і мікроорганізмами, а також інші ще не відомі нам явища. Людина тут може багато чому навчитися.

Уміння відшукувати місця зосередження поживних речовин

Коли технічна думка приходить до тих самих результатів, які дає біологічна еволюція, або ж коли в якості зразка вона використовує інженерні рішення, знайдені природою, ми можемо бути повністю впевнені в тому, що створена нею конструкція виявиться доцільною.

Найбільш примітивними рослинними організмами є одноклітинні: бактерії, жгутикові суперечки водоростей і грибів, статеві клітини мохів і папоротей. Статеві клітини мохів і папоротей, суперечки водоростей і грибів є лише одноклітинними стадіями розвитку цих багатоклітинних рослин. Поняття «примітивний», вжите тут, дуже суперечливе, якщо взяти до уваги виняткові здібності цих крихітних створінь. За своїм ККД механізм їх пересування (якщо взяти тільки цей показник) залишає далеко позаду всі технічні засоби, створені людиною.

Але куди і навіщо рухаються одноклітинні? Переміщаються вони в певному напрямку, до певної мети? Або їх рух у воді більш-менш хаотично? Один англійський дослідник, який займається вивченням проблем поведінки, не без іронії зауважив, що будь-яка дія в природі тим чи іншим чином служить одній з двох цілей: харчуванню або розмноження - dopinfo.ru. Відносно одноклітинних цей вислів особливо справедливо. Переміщаючись, вони орієнтуються на хімічне або світлове роздратування. Так, певні речовини допомагають чоловічим статевим клітинам знайти клітини протилежної статі. Спори водоростей і водних грибів з максимальною для них швидкістю поспішають туди, де згідно з отриманою хімічної «інформації» є сприятливі умови проживання. З високим ступенем надійності бактерії знаходять місця найвищої концентрації поживних речовин.

Про те, наскільки досконалий механізм хімічної орієнтації цих найдрібніших організмів, яких в одному грамі вологого грунту налічується близько 25 мільярдів особин, говорить сам за себе такий приклад. Що володіє самостійним рухом статева клітина одного з видів папоротей, виявивши присутність яблучної кислоти, негайно починає рухатися в потрібному напрямку. Для того щоб вона могла «взяти слід», в грунті повинно знаходитися всього лише 0,000000028 міліграма шуканого елемента, тобто таку кількість, яка з трудом виявляє фахівець-хімік, який володіє найсучаснішою і дорогою апаратурою. Але якщо прилад, сконструйований людиною, здатний виявити присутність тільки яблучної кислоти, то наші «примітивні» одноклітинні розрізняють безліч речовин. Вони в змозі, наприклад, безпомилково розпізнавати кисень, сірководень, білкові і аміачні сполуки. Більш того, вони розрізняють ізомери - речовини, однакові за складом, але різняться за будовою і за хімічними та фізичними властивостями.

Деякі види аеробних бактерій за своїми «аналітичним» здібностям помітно перевершують промислові аналізатори, за допомогою яких фіксується наявність кисню. Ця обставина використовується в тих випадках, коли необхідно виявити присутність цього газу: можна бути повністю впевненим, що в місцях скупчення цих бактерій неодмінно є кисень.

Втім, не тільки одноклітинні зуміли виробити в собі вміння знаходити місця зосередження поживних речовин. Клітини кореневого чохлика у всіх вищих рослин мають властивість реагувати на корисні для рослини елементи. Спостерігаючи за розвитком кімнатних рослин, висаджених у глиняні і синтетичні горщики, можна бачити, що їх коріння ростуть в напрямку найбільшої концентрації поживних солей в грунті. У посуді з синтетичних матеріалів земля рівномірно пронизана корінцями рослин. Навпаки, в гончарному горщику коріння зосереджуються по краях земляного кома, а найдрібніші з них проникають навіть у пори стінок посудини.

Саме з цієї причини при пересадці рослин, що росли в глиняних горщиках, багато корінці рвуться: в таких горщиках частина вологи, що міститься в грунті, просочується через стінки назовні і повільно випаровується, в порах ж накопичуються розчинені у воді солі, за якими і «летять» коріння. Тому кімнатні рослини доцільніше розводити в синтетичної посуді, але поливати їх треба менше рясно, так як втрати води тут будуть набагато менше. В іншому випадку коріння почнуть гнити.

Зовсім інший механізм хімічного пошуку поживних речовин існує у насіння деяких паразитуючих рослин. Вони починають рости лише тоді, коли в безпосередній близькості від себе виявлять присутність рослини-господаря або ж коли, подібно до насіння омели, тим або іншим способом виявляться на гілках дерев, де приклеюються і проростають.

По-іншому оцінює поживні речовини, виходячи з їх хімічними властивостями, «м`ясоїдна» росичка. Її округлі листя суцільно усіяні залозистими волосками з крапельками клейкої речовини на кінцях. Торкнувшись листа, комаха прилипає до волосків. Механічне роздратування, викликане потраплянням живої істоти на лист, передається іншим волосках, розташованим по периметру аркуша. Вони нахиляються до комасі і притискають його. У той же час волоски, розташовані по центру аркуша, залишаються нерухомими. Вони почнуть наближатися до видобутку тільки тоді, коли стане відомо, що потрапив на лист предмет може бути переварений.

Іншими словами, рослина в мить ока визначає хімічний склад своєї жертви. Якщо буде виявлено білок або цінні сполуки азоту, волоски негайно візьмуться за роботу. Створюючи додаткові подразнення, вони спонукають і інші залізисті волоски, прямо не контактували з видобутком, зігнутися в напрямку до жертви. Що виділяється рослиною особлива рідина швидко перетравлює спіймана комаха.

рослинні конструкції

Коли в другій половині позаминулого століття перші виключно сміливі інженерні споруди зі скла, сталі і бетону почали поступово витісняти споруди традиційних архітектурних стилів, то їх поява ознаменувало глибокий переворот в зодческая мистецтві. Успіхи в будівельній техніці дозволили створити нові, раніше невідомі архітектурні форми і конструкції. Провісниками новомодних тенденцій в архітектурі з`явилися будівлі вокзалу в Ліверпулі (1852 рік), Паризька бібліотека (1861 рік) і Ейфелева вежа, відкриття якої було приурочено до Всесвітньої виставки 1889 року в Парижі. Однак першим по-справжньому геніальним монументальною спорудою нової архітектури був Кришталевий палац в Лондоні, величезний будинок павільйонного типу, споруджена цілком зі скла і металу.

Творець Кришталевого палацу Джозеф Пакстон, в молодості пристрасний любитель-садовод, взяв участь в конкурсі на розробку проекту ярмаркового павільйону для Всесвітньої виставки в Лондоні (1851 рік). Честолюбство Пакстона, властиве йому почуття новизни, гаряче бажання затьмарити конкурентів - все спонукало його шукати епохальні рішення. Йому бачилося споруда, яка, незважаючи на свої гігантські розміри, не сприймалося б як щось важке і незграбне, а навпаки, здавалося б майже невагомим. Це повинна була бути конструкція, яка дозволила б економно витрачати будівельні матеріали і широко застосовувати скло, скло і ще раз скло. У той же час вона повинна була бути досить міцною, з тим щоб повністю відповідати вимогам, що пред`являються статикою споруд.

В архітектурі не було аналогів для подібного проекту, бо нове не має зразків для наслідування. Правда, інженери, будівельники мостів, вже протягом майже цілого століття на практиці демонстрували конструктивні переваги і високу несучу здатність сталевих конструкцій. Сам Пакстон побудував в 1837 році найбільшу для того часу оранжерею зі скла і сталі. Але подібні інженерні рішення не можна було беззастережно переносити в область створення великих споруд павільйонного типу. Якби при зведенні таких будівель стали використовувати лише важкі ферми, які застосовуються при будівництві мостів, то будівлі вийшли б надто масивними і громіздкими. Творіння ж Пакстона належало бути витонченим і легким.

І тут колишній садівник-любитель згадав про якусь рослинної конструкції, яка поєднувала в собі, з одного боку, малі витрати будівельних матеріалів, а з іншого - високу стійкість і настільки ж високу вантажопідйомність. В молодості Пакстон часто доводилося милуватися гігантськими плаваючим листям Вікторії регіі. Її округлі листя досягають в діаметрі 2 метрів. Незважаючи на незначну товщину, вони досить міцні, щоб витримати вагу дорослої людини. Своєю настільки високою міцністю листя зобов`язані тому, що їх нижня поверхня посилена свого роду балками. З центру аркуша променями, що нагадують спиці в колесах, розходяться в різні боки товсті, сильно видатні жилки, які в міру наближення до краю листа стають все більш і більш плоскими. Через те, що жилки багаторазово, до п`яти разів, розгалужуються, відстань між ними у кромки листа залишається невеликим. В результаті з однієї великої жилки в центрі листа у його периферії утворюється до 32 жилок, скріплених між собою більш плоскими поперечними зв`язками.

Рішення було знайдено. Саме таким чином повинен конструювати свій Кришталевий палац і він, Джозеф Пакстон. Основу складуть нечисленні великі силові балки, від них відійдуть менші розпірки, які з`єднають між собою численні тонкі зв`язку. Більш витонченою конструкції він створити не міг. П`ятнадцятого липня 1850 королівська комісія телеграфом підтвердила вибір його проекту. Але якщо бути справедливим до кінця, то істинним переможцем в цьому конкурсі треба рахувати не Джозефа Пакстона, а тропічну лілію. Заслуга Пакстона лише в його спостережливості, в тому, що він зумів втілити в склі та металі будівельні принципи, які існують в рослинному світі вже дуже багато років.

Коли технічна думка приходить до тих самих результатів, які дає біологічна еволюція, або ж коли в якості зразка вона використовує інженерні рішення, знайдені природою, ми можемо бути повністю впевнені в тому, що створена нею конструкція виявиться доцільною.

Жорсткість листя багатьох тропічних рослин - принцип гофрування

Існують дві можливості, що дозволяють додати тонкого аркуша зі значною площею поверхні, а саме такі листи багатьох тропічних рослин, додаткову жорсткість. З одного з них ми вже познайомилися. це - освіту ребер жорсткості. Для водних рослин, як Вікторія регия, цей метод цілком придатний. Тут практично не має ніякого значення та обставина, що додаткові конструкції в формі численних розпірок обтяжують лист. Вода, на поверхні якої плавають листя гігантських лілій, добре витримує їх вага. Інша річ великі і дуже великі листи наземних рослин, і перш за все тих, які ростуть в тропічних районах Землі з їх частими ураганними вітрами і сильними зливами.

Довжина листя деяких видів віялоподібних пальм досягає 5-10 метрів, в окремих випадках - 15 метрів при ширині 3-4 метра. Площа поверхні таких листів-гігантів коливається від 15 до 60 квадратних метрів. Само собою зрозуміло, що при настільки величезних розмірах сам лист повинен бути гранично легким, з тим щоб не створювати надмірного навантаження на черешок. Черешок повинен не тільки витримувати вагу листа-гіганта, а й зуміти чинити опір всім впливає на нього силам.

На островах Малайського архіпелагу майже щодня в другій половині дня вибухають тропічні зливи. Вони супроводжуються ураганними вітрами, що піддають листя пальм і інших рослин найжорстокішим випробуванням на міцність. Одночасно з неба всього за кілька годин на землю падає колосальну кількість води, якого не може дати навіть знаменитий зальцбурзький злива, навіть якби він тривав цілий місяць. Тому великі листи тропічних рослин, щоб протистояти всім примхам негоди, повинні бути, з одного боку, виключно легкими, з іншого - найвищою мірою міцними.

Зуміти конструктивно пов`язати такі характеристики, як легкість і міцність, - надзвичайно складна технічна проблема. Рослинам вдалося успішно розв`язати цю проблему, використавши принцип гофрування. Добре відомо, що жорсткість на вигин тонкого листа стала підвищується, якщо зробити на ньому ряд паралельних хвилястих складок. Наскільки значним може бути при цьому збільшення міцності, показує простий приклад. Візьмемо аркуш звичайного офісного паперу і складемо його гармошкою по довжині з таким розрахунком, щоб ширина кожної складки становила один сантиметр. У підсумку ми отримаємо лист гофрованого паперу. Якщо тепер лист звичайного паперу покласти на дві опори, встановлені на його краях, то він прогнеться під власною вагою (4-5 грамів). Цього не станеться з гофрованим листом, навіть якщо на нього помістити значний вантаж.

Метод по геніальному простий. Його з успіхом використовує природа, створивши листя, мають в поперечному розрізі звивисту форму. Часткове руйнування листової пластинки ні в якій мірі не відбивається на його біологічної функції, бо воно «заплановано» природою. У багатьох видів рослин лист, якщо тільки він не несе особливого навантаження, в процесі росту мимовільно, без будь-якої видимої причини надривається. Ще в 1893 році такі листи були описані професором Г. Хаберландт, ботаніком, художником, дослідником тропічної рослинності і прекрасним натуралістом:

«Якби хто-небудь побажав написати трактат про нераціональних творіннях в царстві рослин, тому, безсумнівно, здалося б дуже привабливим розповісти про банановому дереві (Musa sapientum), чиї гігантські листя розрізані дощем і вітром до серединки пластинки на численні вузькі смужки. Однак при більш ретельному розгляді стає ясно, що приклад обраний вкрай невдало. Листя, краї яких ніяк не захищені від механічних пошкоджень, легко надриваются- розрив відбувається паралельно вторинним жилах листа аж до найбільшої серединної жилка. Рани листа заживають легко і швидко, а обвислі, здавалося б мляві, сегменти продовжують нормально функціонувати. Сильні вітри перетворюють надто великі цільні листові пластинки в кошлату бахрому. Ця обставина дозволяє рослині заощаджувати «будівельні» матеріали, інакше для того, щоб запобігти розриву листя великої площі, треба було б застосувати потужні механічні конструкції. Разом з тим багато разів розірвана листова пластинка дає рослині ще одна перевага. Вільно висять вузькі сегменти листа жорстко не закріплені, і це оберігає їх від пошкоджень сильними тропічними зливами і захищає від палючих променів високо стоїть тропічного сонця: на сегменти в порівнянні з неушкодженою поверхнею промені сонця падають під більш гострим кутом. Отже, буквально «втомився» вітрами і зливами лист банана являє собою повчальний приклад того, як в світі рослин із, здавалося б, повністю нераціональних почав формується щось доцільне. Це, далі, нагадування про те, що в області пристосування природі ніщо так не чуже, як нічим не виправдане, завзяте збереження одних і тих же, хоча б і перевірених практикою схем ».

Принцип гофрування широко застосовується в техніці для підвищення міцності властивостей конструкційних матеріалів. Цим виключно простим шляхом домагаються підвищення міцності багатьох речей: покрівлі, стінок металевих гаражів, фюзеляжів літаків, кузовів автомашин (для чого використовується гофрована листова сталь), закупівлі сільськогосподарської продук