Совсем по-другому устроено дыхание у такого великана, как кит. Это огромное млекопитающее животное, обитающее в водных просторах всех океанов мира. Несмотря на свои огромные размеры, нескладность, и неуклюжесть, кит великолепный пловец и ныряльщик. Он легко и быстро ныряет на глубину свыше 1000 метров и способен не только долго оставаться под водой, но даже и спит часто под водой, плотно закрыв ноздри. Как и всякое млекопитающее животное, кит дышит легкими, а на самой высокой части его головы расположены ноздри, через которые он вдыхает и выдыхает воздух.
А почему кит пускает фонтаны? — спросит читатель. Фонтаны — это результат процесса дыхания кита, и получаются они следующим образом: нагретые в огромных легких кита массы воздуха, пронизанные водяными парами, с силой выбрасываются наружу и, захватывая массы воды (если кит дышит, находясь под водой), поднимают ее фонтаном вверх. Если же кит дышит, когда его ноздри находятся над водой, то согретый в легких воздух, соединяясь с холодным воздухом окружающей атмосферы, превращается в пар и издали только кажется фонтаном.
Наиболее высокоорганизованные животные и человек дышат, как это всем нам хорошо известно, легкими. Легкие, как и жабры, представляют собой органы с громадной поверхностью, построенной из выростов в виде специальных маленьких легочных пузырьков, также пронизанных густой сетью кровеносных сосудов. Но эти выросты не выставлены наружу, как жабры (иначе они высохли бы на воздухе), а расположены внутри организма, под ребрами, и находятся как бы в постоянной влажной камере.
Теперь, после того как нам стала ясна истинная сущность дыхания, рассмотрим вопрос, поставленный выше: действительно ли дыхание есть тот признак, с помощью которого можно отличить животное от растения?
И здесь мы должны с самого начала огорчить читателя. Растения, как это непреложно доказано точными научными опытами, обладают такой же способностью дышать, и дыхание для них так же необходимо, как и для животных. В этом отношении они меньше всего разнятся между собою.
Чтобы убедиться в способности растения дышать, давайте попробуем произвести самые простые опыты. Нарвите молодых побегов любого растения с распускающимися листьями (потому что молодые побеги дышат сильнее, чем уже вполне выросшие), бросьте их в стеклянную банку и, закупорив ее пробкой, поставьте в совершенно темное место (почему необходима темнота, станет ясным немного позже). Через сутки внутренние стенки банки окажутся запотевшими, а если мы вольем внутрь сосуда немного известковой воды, то она быстро помутнеет от накопившегося в банке углекислого газа.
Тот же опыт можно проделать и с прорастающими семенами бобов, гороха или других растений; но банку с такими семенами, в отличие от опыта с зелеными побегами, можно оставить даже на свету. И все же прорастающие семена растений выделят за сутки заметное количество паров воды и углекислого газа.
Эти и многие другие опыты наглядно и убедительно показывают, что растения дышат подобно животным, а по интенсивности (силе или степени) дыхания некоторые растительные организмы ничуть не уступают животным, как, например, прорастающие семена, а некоторые микроорганизмы даже и превосходят их. Разница лишь в том, что растения, так же как и многие упомянутые нами животные, не обладают специальными органами дыхания вроде легких, жабр или трахей, но они дышат всеми частями своего тела, всей его поверхностью. Обмен газов происходит у них через поры и тонкие перепонки их тела.
Эти опыты еще раз убеждают нас, что дыхание не есть признак, присущий только животным; если бы мы захотели, вопреки всем доказательствам науки, принять за признак дыхания лишь видимые движения груди, то тогда нам пришлось бы причислить к растениям и земляных червей, и полипов, и актиний, и даже рыб, то есть всех тех, кто не обладает расширяющимися легкими.
Питание
Главный признак, с помощью которого мы отличаем животное от растения, — это способ питания.
В самом деле, кто из нас не обращал внимания на эту удивительную способность растений создавать свое тело как будто бы «из ничего», то есть из земли, воды и воздуха, в то время как человек и все другие животные для поддержания своей жизни должны уничтожать другие живые существа.
Такие животные, как волк, тигр, лисица, лев и другие, не могут жить, не питаясь мясом других животных, а овца, мышка или дикая коза, которыми они питаются, в свою очередь должны поедать разные растения (тоже ведь живые существа), листья, плоды или корни. Но что было бы, если бы мы попробовали питать себя или же этих животных землей, воздухом и водой? Конечно, и человек, и все животные быстро погибли бы с голоду.
Животные могут питаться только «органической» пищей, то есть той, которая состоит из живых или убитых частей (органов) живых существ — животных или растений. Если в нашей пище и должны обязательно присутствовать «минеральные» или «неорганические» вещества, такие, как соль или вода, то не они составляют главную питательную часть нашей пищи. (Я позволил себе оставить здесь это не вполне точное определение слова «органический», чтобы не вдаваться в длинные подробности и объяснения.) Что же касается воздуха, то ни одно животное неспособно извлечь из него что-либо, кроме кислорода, который, как мы только что выяснили, служит для дыхания, но не для питания.
Но обратимся к растению. Посреди выжженных солнцем пустынь, или на тучных полях, или среди залитых водой болотистых пространств пробиваются из-под земли всевозможные растения. Корни их густою сетью оплетают комки земли, а листья выносятся ввысь, в воздушный простор — поближе к солнцу.
Чем питаются они? Во всяком случае не живыми телами. В этом нас убеждают повседневные наблюдения земледельца, но в еще большей степени научные опыты, которые с некоторых пор научились ставить ботаники (ботаники — ученые, изучающие растения). Эти опыты при известном интересе к науке нетрудно повторить и каждому из нас.
Возьмем большую стеклянную банку с перегнанной (или, как ее иначе называют, дистиллированной) водой, а если такой нет, то просто следует взять хорошо прокипяченную воду, где, следовательно, убито все живое, если оно и было там. Растворим затем в этой воде несколько различных солей так, чтобы на каждый литр (5 стаканов) приходилось следующее их количество:
1,0 грамм азотнокислого калия (калийной селитры),
1,5 грамма хлористого натрия (обыкновенной поваренной соли),
0,5 грамма сернокислого магния,
0,5 грамма фосфорнокислого кальция (в мелком порошке) и следы хлористого железа.
Расщепим вдоль пробку и вырежем в каждой ее половинке по желобку так, чтобы в общем получилось круглое отверстие, закрепим с помощью ваты между обеих половинок пробки стебелек проростка какого-либо растения — гречихи, кукурузы, подсолнуха и т. п. и опустим его корешком в воду, а банку обвернем плотной бумагой, чтобы корни растения были в привычной для них темноте.
В таком растворе, если его время от времени заменять свежим, растение пышно развивается, цветет и даже дает плоды, совершенно не нуждаясь в каких бы то ни было органических питательных веществах. Таким образом, подобные и другие опыты, повторенные бесчисленное количество раз, показали, что, произрастая на обычной почве, растения питаются исключительно за счет минеральных солей.
Рис. 21. Выращивание растения гречихи на «водной культуре» за счет простых солей:
I — имеются все необходимые соли; II — всех необходимых солей нет.
Можно подумать, что этому противоречит обычная практика, согласно которой почву рекомендуется удобрять навозом, или перегноем листьев, или же различными минеральными удобрениями. Однако это совсем не так.
Если мы каждый год будем сеять на одном и том же месте одну и ту же полевую культуру, например пшеницу, овес, ячмень, кукурузу, подсолнечник, лен и т. д., то через 2–3 года наши урожаи начнут снижаться и мы все меньше и меньше станем собирать зерна. Отчего же это происходит?
И многовековый опыт земледельца, и точные исследования науки показали, что возделывание одной и той же сельскохозяйственной культуры в течение ряда лет на одном и том же месте приводит прежде всего к одностороннему истощению почвы, затем к засорению полей, развитию болезней растений, и, наконец, к распространению сельскохозяйственных вредителей, а следовательно, и к снижению урожаев.
Различные растения берут из почвы совсем неодинаковые количества разнообразных элементов пищи и уносят их в своих урожаях. Оказывается, во время своего роста и развития все колосовые культуры берут из почвы почти равное количество азота и калия, а вот картофель требует калия в два раза больше, чем колосовые культуры, но зато азота ему нужно меньше, чем калия; свекле нужно втрое больше калия, чем колосовым культурам, и т. д. Это говорит о том, что корни различных растений обладают далеко не одинаковой способностью усваивать те или иные элементы питательных веществ. Но, кроме того, все эти корни в свою очередь берут необходимые им питательные вещества из разных горизонтов почвы. Например, те же колосовые культуры используют главным образом верхние горизонты, в то время как корни бобовых растений или корнеплодов получают свою пищу в более глубоких пластах почвы.
Наконец, различные культуры сельскохозяйственных растений требуют для своей нормальной жизнедеятельности совсем неодинаковые количества влаги и притом в весьма различные сроки своего роста и развития. Весьма по-разному также способны эти культуры бороться и с сорной растительностью.
Еще во время глубокой древности наблюдения и практический опыт земледелия подсказали, что для получения хороших и устойчивых урожаев необходимо, с одной стороны, в какой-то определенной последовательности чередовать посевы культурных растений (севообороты) на одном и том же участке поля, а с другой — обогащать и удобрять почву.
Было установлено, в частности, что навоз является наиболее полноценным удобрением полей, потому что в нем содержатся в наилучших сочетаниях и соотношениях все необходимые для питания растений элементы, такие, как азот, фосфорная кислота, окись калия, известь и т. д. Быстро разлагаясь в почвах, навоз образует хорошо усвояемые растениями органические соединения и одновременно улучшает физические и химические свойства структуры почв.