Дело в химии. Как все устроено? - Джузеппе Алончи

Мы настолько уже слились с технологиями и привыкли к ним, что порой даже не замечаем их существование. Нет, я не имею в виду молотки и стамески: я уверен, что если кто-нибудь начнет убеждать всех, что молотки растут из посаженных в землю гвоздей после дождика, то, вероятно, обнаружит себя вскорости в компании парочки мужчин в белых халатах. Здравомыслящий человек вполне способен отделить нечто естественное от искусственного, например, яблоко из дачного сада от телефона или бензопилы. Не правда ли?

Не совсем.

Запомните фундаментальное правило знания: когда ответ на вопрос кажется банальным, то это значит, что либо вопрос неправильный, либо ответ ошибочный.

И данный случай не является исключением: даже если мы не отдаем себе в этом отчета, человек все-таки трансформировал окружающую среду, изменив ее столь радикально, что даже то, что кажется случайным и естественным, не существовало бы без его вмешательства. Таким образом, и яблоко, и лимон, и персик, и колос пшеницы являют собой не что иное, как плод человеческой изобретательности не в меньшей степени, чем швейцарский ножик или смартфон.

Всякий раз, когда мы идем в магазин, чтобы купить макароны, рис, фрукты, овощи или иные плоды земли, мы оплачиваем миллионы скрещиваний, попыток вывести новый сорт, генетических усовершенствований, побед над болезнями, улучшений техники посева, сбора урожая, транспортировки и хранения.

Хотя генетическое совершенствование растений – важное для улучшения вкуса, вида, устойчивости к болезням и многих других свойств – ведется более-менее сознательно уже многие тысячелетия, оно все равно никогда не смогло бы стать достаточно эффективным, чтобы увеличить сельскохозяйственную производительность, чтобы соответствовать мощному демографическому взрыву ХХ века.

Поэтому первую скрипку все-таки играла химия, и, как мы увидим в последующих главках, только благодаря замечательным трудам многих поколений ученых сегодня в развитых странах мы можем себе позволить даже выбрасывать еду.

В этой главе мы сосредоточимся на использовании химии в сельском хозяйстве. После введения в основы жизни растений я расскажу историю о том, как химия может быть использована не только во благо человечества, но и для убийств и страданий, причем намеренных. А закончим разговором об удобрениях, гербицидах, агрохимии, глифосатах, пестицидах, органическом сельском хозяйстве и биодинамике: кто сегодня еще не слыхал эти названия? Но кто знает доподлинно, что они означают?

Откуда растения берут энергию

До того как начать рассуждать о пестицидах, гербицидах или удобрениях, следует рассказать о фундаментальном процессе растительного мира: фотосинтезе.

В первом рассказе мы уже узнали, что для поддержания здоровья надо есть самую разную пищу, неорганическую, к которой относятся минеральные соли, и органическую, такую как сахара и белки.

Точно так же в питании нуждаются и растения, но, в отличие от животных, они способны сами синтезировать все органические молекулы, в которых нуждаются для жизни, из самых простых веществ. Нам нужно съесть сложную молекулу, которую мы «сжигаем» внутри организма, чтобы получить энергию для наших нужд; растения поступают наоборот, они из химических базовых веществ, таких как вода, углекислый газ и минеральные соли, могут создать самостоятельно сахара и другие жизненно важные молекулы.

Организмы, которые способны автономно синтезировать органические соединения, необходимые для их выживания, называются автотрофами и играют важнейшую роль в экосистеме. Они превращают молекулы, которые для нас и других животных являются лишь отходами, такие как окись углерода, в более сложные соединения, богатые энергией и питающие нас.

Утверждение, к которому мы будем постоянно возвращаться в этой книге, гласит, что из ничего нельзя получить энергию. Клетки нашего организма, чтобы исполнять свои функции, нуждаются в энергии, и мы даем им эту энергию с пищей – например, поедая вкусный бифштекс. Однако откуда берется энергия в самом бифштексе? Она образуется из химических веществ, любовно синтезированных бедной коровкой в течение всей ее жизни. А откуда же коровка взяла энергию, чтобы синтезировать эти составляющие? Она ее получила, питаясь травкой, ее драгоценными углеводами. А травка откуда же добыла энергию, чтобы создать пищу для коровки? Она получила энергию от солнца, поглотив свет, производимый нашей матерью-звездой. Это восхитительное свойство растений: превращать энергию света в химическую, единственный вид энергии, который могут использовать наши клетки в процессе метаболизма.

Способность превращения энергии света в химическую лежит в основе знаменитого процесса фотосинтеза.

Чтобы представить этот процесс в виде химической формулы, мы должны написать что-то вроде:

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

На первый взгляд это выражение может показаться очень сложной формулой, но на самом деле оно простое и логичное. В левой части формулы находятся реагенты, то есть химические вещества до реакции, а справа – продукты реакции. Числа, которые находятся перед химическими обозначениями (коэффициенты) означают количество молекул определенного вещества, вступающих в реакцию.

Среди реагентов мы видим две разных молекулы: CO2 – это формула всем известного углекислого газа, его молекула образована из одного атома углерода и двух кислорода, а H2O уж точно прекрасно знакома всякому.

А среди продуктов реакции обнаруживается молекула кислорода (O2), вместе с другой, которая кажется весьма громоздкой из-за того, что в ней целых шесть атомов углерода, двенадцать водорода и шесть кислорода. На самом деле это глюкоза, основная молекула метаболизма всех живых существ, от бактерии до слона.

И говоря простыми словами, эта формула хочет нам сказать:

Шесть молекул углекислого газа реагируют с шестью молекулами воды, чтобы образовать одну молекулу глюкозы и шесть молекул кислорода.

Обратите внимание на очень важный момент: химическое уравнение описывает ситуации на входе и на выходе, но ничего не сообщает о том, как идет сам процесс. Это практически, как написать:

Масляные краски + холст → звездная ночь

Как холст сам не превратится в картину, даже если вы положите краски сверху, так и в банке с углекислым газом ничего не произойдет, если вы просто нальете туда воды (к сожалению). Реакция не только не происходит сама по себе, спонтанно – то есть нужен кто-то, создающий необходимую для события энергию, – но и требует какой-то особой машинерии, заставляющей углекислый газ и воду