Сахар, который вы кладёте в чашку чая или кофе, скорее всего, из са­харной свёклы. Но он мог быть вы­работан и из сладкого сока других растений. Во многих странах этот продукт получают из сахарного тро­стника. Хотя с химической точки зрения свекловичный сахар и трост­никовый — одно и то же вещество, у них всё же есть отличия. Обнару­жить их можно лишь с помощью чувствительного прибора, позволя­ющего определять соотношение изо­топов углерода в образце. В приро­де углерод встречается в виде двух стабильных изотопов — ¹²С и ¹³С, содержание которых, соответствен­но, 98,892 и 1,108%.

Различие в массах изотопов уг­лерода достаточно велико — около 8 %, и это сказывается на скоростях некоторых химических реакций, идущих в живых организмах. На­пример, при фотосинтезе расте­ния, поглощая из воздуха углекис­лый газ, отдают предпочтение более лёгкому изотопу ¹²С, поэтому во всех живых организмах и продуктах их разложения (угле, торфе, нефти) содержание тяжёлого изотопа ¹³С немного понижено, тогда как в уг­лекислом газе и карбонатах морско­го происхождения (известняк из раковин) — повышено.

Какое всё это имеет отношение к свекловичному и тростниковому сахару? И тростник, и свёкла исполь­зуют для синтеза своей сахарозы углекислый газ из воздуха и воду из почвы. Такое превращение углекис­лого газа и воды в сложные орга­нические соединения идёт во всех зелёных растениях и называется фо­тосинтезом. Этот процесс изучал ещё в прошлом веке русский физио­лог К. А. Тимирязев (1843—1920), но лишь недавно учёные выяснили, что он может идти двумя путями. Один связан с участием в реакции промежуточного соединения с тремя атомами углерода в молекуле — фосфоглицериновой кислоты СН₂(ОРО₃Н₂)—СН(ОН)—СООН. Последующие превращения этого соединения (все они идут с участием биологических катализаторов — ферментов) дают фруктозу, в моле­куле которой — шесть атомов угле­рода. Часть фруктозы изомеризуется в глюкозу, ну а объединить молеку­лы глюкозы и фруктозы в молекулу сахарозы для ферментной системы уже сущий пустяк. Этот путь синте­за, изложенный во всех учебниках органической химии и биохимии, иногда называют С₃-механизмом — по числу атомов углерода в ключе­вом промежуточном соединении — фосфоглицериновой кислоте.

В 1966 г. установили, что суще­ствует ещё один механизм, в котором ключевое промежуточное со­единение — щавелевоуксусная кис­лота НООС—СО—СН₂—СООН имеет четыре атома углерода (меха­низм С₄). Оказалось, что растения по предпочтению того или иного пу­ти фотосинтеза делятся на два клас­са. Сахарная свёкла принадлежит к С₃-растениям, а сахарный трост­ник, кукуруза и некоторые другие растения — к С₄-типу. Последние могут усваивать углекислый газ, преобразуя его в органические кис­лоты, даже ночью, без солнечного света. Утром эти кислоты сразу же используются для последующего синтеза углеводов — уже под дей­ствием света. Эта особенность позволяет сахарному тростнику эф­фективно — и днём, и ночью — вы­лавливать из воздуха углекислый газ, и фотосинтез идёт весьма про­дуктивно. Именно поэтому и куку­руза, и сахарный тростник растут очень быстро.