 Поэтому управление фотосинтезом, повышение его эффективности в естественных производящих экосистемах является одной из приоритетных задач науки экологического развития производительных сил человека и природы.
В естественной среде скорость фотосинтеза практически одинакова для всех земных растительных форм жизни. Известные различия в объёмах первичной продуктивности фотосинтезирующих экосистем – от 3 г на 1м2 в год (для голой пустыни) до 2500 г на 1м2 в год (для среды коралловых рифов), связаны только с различиями в условиях их существования. В идеальных лабораторных средах уже достигнут тот предел, когда больше не удаётся повысить прирост биомассы ни увеличением концентрации в воздухе углекислоты, ни подбором температурного и фотоэнергетического режима, ни улучшением водоснабжения и питания растений. В оптимальных условиях жизнедеятельности рекордсмены по скорости фотосинтеза – одноклеточные водоросли типа хлореллы или сценедесмуса, не имеют никаких особых преимуществ перед фотосинтезирующими возможностями других растений. Всеми современными приёмами селекции, агрохимии и генной инженерии не удаётся повысить скорость фотосинтеза в растительных клетках и на десятые доли процента сверх достигнутого в природе максимума! Соответственно, если человечество и дальше будет ориентироваться в своей продовольственной политике на естественный предел фотосинтезирующей способности растений, то всё, на что мы можем рассчитывать, - это 2-3-х кратное увеличение средней продуктивности сельскохозяйственных культур за счёт создания тепличных условий их разведения. Последнее, как известно, требует очень больших энергетических, материальных и трудовых затрат. В методах селекции, агрохимии и генетики люди лишь повторяют природу. А сама природа, имея в своём распоряжении всю таблицу Менделеева, великое разнообразие форм жизни, массу физических, химических и биологических средств воздействия на фотосинтезирующие клетки, плюс три миллиарда лет эволюции, так и не смогла существенно повысить скорость фотосинтеза. Ни из прошлого, ни в настоящем науке не известны эффекты резкого, на несколько порядков, каталитического ускорения роста растительной биомассы. Даже такое мощное оружие жизни, как ферментативный катализ, оказалось бессильным перед барьером максимально достижимого естественного уровня скорости этого процесса. Примечательный факт беспомощности естественной эволюции перед фотохимическим процессом можно объяснить только тем, что фактор, который так жестко лимитирует скорость фотосинтеза, лежит вне этого процесса, а его природа - неорганическая. Он сформировался во Вселенной задолго до появления растений, поэтому все фотосинтезирующие системы, в ходе своего исторического развития, были вынуждены просто к нему пассивно приспосабливаться, как заданной константе внешнего мира косной материи, которую невозможно изменить доступными жизни способами развития. Соответственно, решение проблемы увеличения скорости реакций фотосинтеза необходимо искать не в функциональных и морфологических таинствах растительных форм жизни, а на границе между жизнью и неорганической средой – в особенностях взаимодействия клеток растений с физико-химическими процессами природы. Если не забираться в микроскопические глубины биохимии и морфологии фотосинтезирующих клеток, то процесс фотосинтеза достаточно прост. Он состоит из двух стадий – энергетической и синтетической. На первой стадии световая солнечная радиация преобразуется, с помощью хлорофилла (биохимического фотоэлемента), в электрохимические формы энергии, пригодные для осуществления последующих реакций биохимического синтеза и получения активного водорода электролизом внутриклеточной воды. На второй стадии углерод углекислоты фиксируется по циклу Кальвина в углеводы и другие органические соединения. |
