Альманах «Знак вопроса» - ЗНАК ВОПРОСА 1994 № 04

Да что там вещества! Как показали, например, эксперименты, проведенные в одной из лабораторий Московского физико-технического института под руководством профессора Э. М. Трухана, мембраны способны вести разделение даже электрических зарядов. Пропускают, скажем, на одну сторону электроны, в то время как протоны проникнуть сквозь мембрану не могут.

Насколько сложна и тонка работа, которую приходится вести ученым, можно судить по такому факту. Хоть мы и говорили, что мембрана состоит из довольно больших молекул, все равно толщина ее, как правило, не превышает 10 -6см, одной миллионной доли сантиметра. И толще ее сделать нельзя — иначе резко падает эффективность разделения зарядов.

И еще одна трудность. В обычном зеленом листе за перенос электрических зарядов отвечают также хлоропласты — фрагменты, содержащие в своем составе хлорофилл. А эти вещества нестойкие, быстро приходящие в негодность.

— Зеленые листья в природе живут от силы 3–4 месяца, — рассказывал мне один из сотрудников лаборатории кандидат физико-математических наук В. Б. Киреев. — Конечно, создавать на такой основе промышленную установку, которая бы вырабатывала электричество по патенту зеленого листа, бессмысленно. Поэтому нужно либо найти способы делать природные вещества более стойкими и долговечными, либо, что предпочтительнее, отыскать им синтетические заменители. Над этим мы сейчас как раз и работаем…

И вот недавно пришел первый успех: созданы искусственные аналоги природных мембран. Основой послужила окись цинка. То есть самые обыкновенные, всем известные белила…

Добытчики золота.Объясняя происхождение электрических потенциалов в растениях, нельзя остановиться лишь на констатации факта: «Растительное электричество» есть результат неравномерного (пусть даже и весьма неравномерного!) распределения ионов между различными частями клетки и средой. Тут же появляется вопрос: «А почему такая неравномерность возникает?»

Известно, например, что для возникновения разности потенциалов 0,15 вольт между клеткой водоросли и водой, в которой она живет, необходимо, чтобы концентрация калия в вакуоли была примерно в 1000 раз выше, чем в «забортной» воде. Но известен науке так же и процесс диффузии, то есть самопроизвольного стремления любого вещества равномерно распределиться по всему доступному объему. Почему же в растениях этого не происходит?

В поисках ответа на такой вопрос нам придется затронуть одну из центральных проблем в современной биофизике — проблему активного переноса ионов через биологические мембраны.

Начнем опять-таки с перечисления некоторых известных фактов. Почти всегда содержание тех или иных солей в самом растении выше, чем в почве или (в случае водоросли) в окружающей среде. Например, водоросль нителла способна накапливать калий в концентрациях в тысячи раз выше, чем в природе.

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

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

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

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

— Какая тяжелая… — бормотал зоолог. — Словно кусочек железа… Как странно…

— Что это, Арсен Давидович?

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

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

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

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

Поняв, что проводить какие-либо работы в Мировом океане довольно накладно, золотоискатели-ботаники перекинулись на сушу. В 30-е годы группой профессора Б. Немеца в Чехословакии были проведены исследования золы различных сортов кукурузы. Так вот, результаты анализа показали, что индейцы вовсе не зря считают это растение золотым — в его золе благородного металла оказалось довольно много: опять-таки 1 г на 1 т золы. Впрочем, еще большим оказалось его содержание в золе сосновых шишек — до 11 г на 1 т золы.

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

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

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