Ответы на этот вопрос ученые ищут давно. Начали с того, что стали изучать, как питается растение. Ведь, чтобы сделать лист, цветок или яблоко, яблоня сначала должна раздобыть подходящий материал. И вот узнали, что общая для всех мать-кормилица земля дает растениям не такую уж разнообразную пищу. Изо дня в день они получают одни и те же блюда: на первое — азот, на второе — фосфор, на третье — калий. Правда, понемногу, в качестве приправы, растения получают соли меди, бора, марганца, молибдена, цинка, кобальта и так далее — всего около сорока солей.

Кстати одна-единственная соль, которой пользуемся за обедом мы (поваренная, или хлористый натрий), растениями практически не употребляется.

Конечно, «проглотить» такую пищу нелегко. Поэтому к каждому блюду нужна вода. Вся пища из земли поступает в виде раствора солей. В засуху, когда нет воды, растения не только мучаются, как мы, от жажды, но и голодают.

Сок земли — раствор солей — по трубочкам-жилкам поднимается по стеблю к листьям, к плодам, каким-то образом перерабатывается и превращается во всякие сложные вещества. Листья, стебель, плоды увеличиваются, вес всего растения делается все большим: оно растет.

В общем-то все пока кажется понятным. Сосет растение раствор солей — вот и вся еда.

Но каждый делал такой опыт: ранней весной срезал голую ветку дерева и ставил в бутылку с водой на окно. Через несколько дней почки лопались, появлялись маленькие листочки. Они расправлялись, увеличивались день за днем. Потом вырастали молодые зеленые побеги и тоже покрывались листьями. А там, глядишь, появлялись и цветы, а в бутылке виднелись молоденькие корешки.

Ветка выросла и превратилась в маленькое деревце. Если перед опытом мы догадались взвесить ветку, то теперь, положив ее на весы, убедимся, что вес ее намного увеличился. Как же так? Ведь мы не давали ей ничего, кроме воды! Не из воды же, в самом деле, сделала она листья, побеги, корни?

Как же все-таки питаются растения? Все было просто, понятно, и вдруг — непонятно ничего!

В такой же тупик зашли когда-то и ученые. Но их недоумение было еще большим: они провели химическое исследование выросшей на чистой воде ветки и обнаружили, что в ней стало намного больше крахмала, целлюлозы, сахара, жиров, белков. А все эти вещества построены, главным образом, из углерода, водорода и кислорода. Положим, откуда берутся водород и кислород, догадаться можно: из них состоит та чистая вода, которой кормили ветку. Ну, а углерод — он-то откуда? В воде его нет… Нет, ничего понять невозможно. Не ветка, а какое-то недоразумение!

Откуда же взялся в ветке углерод, и вообще — что это такое?

Точно так же, как кислород и водород, углерод — простое, уже более неразложимое на составные части вещество. Такие вещества называют химическими элементами («элементарный» значит «простейший»). Чистый углерод — не газ. Он хорошо всем знаком: из него состоит обыкновенный черный уголь. Но он, как никакой другой элемент, может, соединяясь с другими веществами, неузнаваемо менять свой облик.

Углерод называют элементом жизни. Это потому, что он входит в состав, пожалуй, всех веществ, из которых состоят тела животных, наша пища и мы сами. Примерно половина сухой массы растений — углерод. Он же является главной составной частью топлива (и нефти, и газа, и антрацита, и дров). Когда мы говорим: «дрова горят», это означает на самом деле, что углерод, содержащийся в них, соединяется с кислородом и превращается в бесцветный углекислый газ.

Этот газ тоже всем известен: он, выделяясь из газированной воды, из нарзана, покалывает во рту. Углекислый газ образуется и в нашем теле — его мы выдыхаем из легких. Имеется он и в воздухе. Правда, немного — всего три — четыре сотых процента.

Но все же в воздухе он есть. Значит, есть и углерод! Так, может быть, растущая в бутылке ветка извлекала углерод из воздуха и питалась им?

Именно такое подозрение и возникло у ученых. Они стали проводить опыты и убедились: листья растений поглощают углекислый газ. Но почему-то лишь тогда, когда они освещены солнцем.

И сразу же возникло множество новых недоумений. Почему это не происходит в темноте? Можно ли вообще питаться газом, даже если в нем есть углерод?

Стали тщательно исследовать листья и нашли в них множество зеленых комочков, зернышек (они-то и придают растениям зеленый цвет). В этих зернышках, состоящих из сложного вещества — хлорофилла, происходили какие-то совершенно непонятные явления. Солнечные лучи, пролетевшие на пути к Земле миллионы километров и нисколько не изменившиеся, натолкнувшись на хлорофилловое зерно, вдруг исчезали. Одновременно лист растения начинал поглощать углекислый газ. И газ этот тоже, добравшись до хлорофилла, исчезал. Как будто его и не было никогда…

Схема фотосинтеза в листе.

Но такого в природе не бывает! Ничто не может исчезнуть без следа. Это закон. Не могут исчезнуть ни углекислый газ, ни лучи Они должны находиться где-то здесь, рядом, но они, наверное, превратились во что-то другое… Во что же?

Это другое обязательно нужно найти.

Долгие месяцы провел над микроскопом замечательный русский ученый К. А. Тимирязев. И вот что заметил. Когда порция лучей и углекислого газа исчезает, сразу же выделяется порция кислорода. А в хлорофилловом зерне появляется, все увеличиваясь, крошечная крупица крахмала. Чем больше света падает на хлорофилл, тем больше поглощается углекислого газа и больше выделяется кислорода, тем заметнее увеличивается крупица крахмала.

Значит, решил ученый, солнечный луч с помощью хлорофилла расщепляет, разлагает углекислый газ на составные части — кислород и углерод. Кислород выбрасывается назад, в атмосферу, а углерод идет на создание нового вещества — крахмала. В состав крахмала входят еще водород и кислород. Где лист берет эти элементы? Водород — и кислород… Так это же вода! А вода всегда есть в листьях — растение все время сосет ее из почвы (или бутылки) и поднимает вверх по стеблю. Значит, все ясно: углерод под действием солнца и хлорофилла соединяется с водой — так рождается крахмал. А потом крахмал превращается в тканях растения в сахар, целлюлозу — она идет на построение стебля, новых листьев, корней, — а также в жиры, витамины и самые сложные, самые важные вещества — белки.

«Здесь, — писал тогда К. А. Тимирязев, — лежит источник и начало разнородных веществ, из которых слагается весь органический мир». Иными словами, то, что происходит в хлорофилловом зерне, когда на него падает луч света, — это подлинное, величайшее чудо природы. Ведь негорючий, мертвый углекислый газ и холодная безжизненная вода, обогащаясь солнечной энергией, превращаются в живые ткани, в питательные и горючие вещества. Крахмал, белок, жир, сахар, попадая вместе с пищей в наш организм, несут в себе запасенную солнечную энергию, законсервированный луч света. И этот луч, освобождаясь при разложении пищи в нашем теле, согревает нас, приводит нас в движение, делает возможным все то, что называется жизнью. Он пылает в печах и заводских топках, бьется в двигателях машин, помогает на химических заводах превращать одни вещества в другие…

Ну, теперь-то все ясно, скажешь ты. Значит, раскрыли и эту тайну… И опять без твоего участия. Что же останется на твою долю?..

Не огорчайся! Увы, в том, что происходит на зеленой фабрике, все еще очень много неясного, загадочного. Замечательный исследователь К. А. Тимирязев, установивший огромное значение хлорофиллового зерна, высказал лишь довольно общие предположения о том, как работает этот крошечный химический цех. С тех пор прошло несколько десятков лет. Ученые, главным образом советские, все это время продолжали исследовать лист, пытаясь до конца разобраться в его тайнах. Оказалось, что талантливый ученый кое в чем ошибался. Например, в хлорофилловом зерне расщепляется вовсе не углекислый газ, как считал Тимирязев, а… вода. Кислород, образовавшийся при этом, выделяется в воздух. Оставшийся водород соединяется с углекислым газом, образуя крахмал. Впрочем, теперь выяснено, что при этом процессе (ученые называют его фотосинтезом, то есть соединением, синтезом на свету) в хлорофилле образуется не только крахмал, но и белки и другие вещества.