С помощью простого опыта ему удалось в 1771 году доказать, что живые существа выдыхают непригодный уже для дыхания воздух, а растения его «очищают». На подоконнике, освещенном солнцем, он поместил под стеклянным колпаком живую мышь. Через несколько часов она сдохла от недостатка кислорода. Но когда ученый поместил под колпак вместе с мышью веточку мяты, животное вело себя, как обычно, и не испытывало каких-либо неудобств. Открытие Пристли произвело на современников огромное впечатление. Но вскоре выяснилось, что этот эксперимент удается далеко не всегда, даже у самого Пристли.
В 1779 году голландец Ян Ингенхауз сделал существенное уточнение: он выяснил, что зеленые растения «очищают» воздух только на солнечном свету.
Еще большую ясность внес в этот загадочный опыт швейцарский ботаник Жан Сенебе. В 1782 году он окончательно установил, что днем при солнечном свете зеленое растение выделяет кислород, и доказал, что оно «очищает» воздух не потому, что «дышит», а в связи с его углеродистым питанием. Растение поглощает из воздуха углекислый газ и расщепляет его на кислород и углерод. Кислород оно освобождает в атмосферу, а из углерода и воды в его организме образуются безазотистые вещества — углеводы (крахмал, сахар). Впоследствии этот процесс получил название фотосинтеза.
К. А. Тимирязев доказал, что фотосинтез может совершаться только на свету и только в зеленых частях растения — в зернах хлорофилла. Он также установил, что эти зерна поглощают не все видимые лучи спектра, а только красные и сине-фиолетовые.
Земля, представляющая собой, по сути дела, огромный космический корабль, несущийся в просторах вселенной, сама подсказала, как решить задачу очищения воздуха. Впервые эту «подсказку» увидел К. Э. Циолковский, предложивший в космических кораблях в миниатюре воспроизводить основные процессы превращения веществ, протекающие на нашей планете. Он писал: «Как земная атмосфера очищает растения при помощи Солнца, так может возобновляться и наша искусственная. Она должна будет так же, как и земная, поддерживать кругооборот необходимых для жизни человека веществ — кислорода и воды — и очищать воздух от углекислого газа».
Идея Циолковского только в наши дни начала воплощаться в действительность. Первые эксперименты, проведенные в научно-исследовательских лабораториях, показали, что за внешней простотой кроются немалые трудности. Фактически речь шла о создании так называемой экологически замкнутой системы, которая полностью выполняла бы по отношению к человеку все функции биосферы Земли.
Не будем касаться сейчас полного цикла обмена веществ и обратимся к одному лишь газообмену. В среднем за сутки человек потребляет один килограмм кислорода и выделяет 1,3 килограмма углекислого газа. Как же сбалансировать этот обмен между растениями и человеком? Как устроить оранжерею в невесомости? Какие выбрать растения? Как обеспечить их размножение? Над этим работают ученые многих стран.
Хлореллу по праву называют космическим растением, хотя она вполне уютно чувствует себя и на Земле: это одна из микроскопических зеленых водорослей, заполняющих водоемы, когда «цветет» вода. В лабораториях хлореллу разводят в специальных открытых водоемах. А вот как выращивать ее в космическом корабле, пока еще не ясно. Очевидно, что к открытому водоему здесь прибегнуть нельзя.
Правда, уже создан компактный автоматизированный культиватор хлореллы с высокой продуктивностью. Но чтобы управлять каким-либо процессом, необходимо знать его происхождение, а многие тайны этой живой и нужной нам клетки не раскрыты до сих пор. И ученые поступили так же, как в свое время поступил И. П. Павлов, когда начал изучать высшую нервную деятельность животных. Он не стал дожидаться, когда каждая нервная клетка раскроет свои тайны и секреты, а попытался постичь общие закономерности работы мозга.
Ученые-сибиряки в своем эксперименте тоже рассматривали общие закономерности «поведения» культуры хлореллы. Они узнали, в частности, как она реагирует на то или иное воздействие — на освещенность, изменение температуры и т. д. Таким путем из десятков факторов, определяющих жизнедеятельность водоросли, удалось выделить несколько главных, а затем на основании полученных данных создать систему контроля и регулирования, которая автоматически поддерживала нужный для успешного развития хлореллы режим.
Корреспондент газеты «Известия», побывавший в лаборатории, писал, что культиватор хлореллы ничем не напоминает оранжерею. Внешне это тщательно закрытый огромный фонарь, скорее похожий на какой-то химический реактор. Внутренние стенки «фонаря» зеркальные и почти не выпускают наружу свет мощной ксеноновой лампы, расположенной по оси культиватора. Хлорелла живет в тонком пятимиллиметровом промежутке между большими пластами, сделанными из органического стекла. Эти «жилища» хлореллы именуют в лаборатории кюветами. Они, как средневековый воротник жабо, охватывают «шею» ксеноновой лампы. Под действием ее лучей в этом зеленом ожерелье и происходит таинственный процесс фотосинтеза. Кюветы с общей поверхностью в 8 квадратных метров, в которых всего 500 (!) граммов хлореллы, полностью удовлетворяют потребность человека в кислороде.