История биологии с начала XX века до наших дней - [65]
Однако, несмотря на проникновение в тончайшие структуры и механизмы физиологических процессов, протекающих в органах, клетках и органеллах, в поле зрения исследователей остается весь растительный организм в целом.
Наряду с углубленной теоретической разработкой ряда проблем на молекулярном уровне в центре внимания физиологов по-прежнему стоят задачи решения таких практически важных вопросов, как обеспечение условий наиболее полного использования растениями солнечной энергии, углекислого газа, воды и элементов питания в целях повышения урожая и качества сельскохозяйственной продукции. В практику растениеводства все шире внедряются новые виды удобрения, ряд соединений для улучшения обмена веществ, комплексоны для борьбы с хлорозом, гербициды, регуляторы и активаторы роста. Установление зависимости образования и накопления веществ в растениях от определенных факторов среды позволяет вполне сознательно регулировать накопление углеводов и жиров, белков и клейковины, таннидов или терпенов, алкалоидов или глюкозидов и получать высокий выход этих веществ с единицы площади.
Успешная разработка многих практически важных вопросов, а также создание форм, устойчивых к низким температурам, засухе, засоленности почв и прочим неблагоприятным факторам были бы невозможны без знания филогенетической истории растений и закономерностей преобразования их наследственных свойств.
Одной из характерных черт развития современной физиологии растений является широкое проникновение эволюционного подхода в решение все большего числа физиологических и биохимических проблем. Это нашло выражение в изучении процессов жизнедеятельности растения как единого организма, сохраняющего свою целостность на всем протяжении онтогенеза, в трактовке последнего как одного из звеньев филогенетической истории. Фитофизиологи стали разрабатывать вопросы происхождения и эволюции фотосинтеза, дыхания, различных ферментных систем и пр. Расширению подобных работ способствовало зарождение нового направления биохимических исследований — эволюционной биохимии.
Одним из действенных путей развития эволюционных принципов в физиологии растений по-прежнему остается экспериментальное изучение изменчивости растений, где плодотворные результаты дает использование сравнительного метода. Фитофизиологические исследования, проведенные на клеточном и субклеточном уровнях, позволили обнаружить у растений ряд важных приспособительных свойств, отвечающих специфическим особенностям их строения и условиям существования. Одновременно получены убедительные факты, свидетельствующие о тесном единстве растений со всем органическим миром (приложимость к растениям закона полярности, раздражимость, наличие гетеротрофности в питании зеленых растений, общность энергетических превращений в митохондриях растений и животных и т. д.). Все это позволяет сделать вывод, что современная физиология растений в целом вступила в новый период своего развития, характеризующийся переходом на уровень сравнительной и эволюционной физиологии.
Центральной проблемой физиологии растений, как и в XIX в., оставался фотосинтез. Интенсивное развитие этой области знаний привело уже в первые десятилетия XX в. к возникновению таких автономных направлений, как химия пигментов, структура и биохимия пластид и продуктов фотосинтеза, экология фотосинтеза, фотосинтез различных групп растений и микроорганизмов, светокультура растений.
Начало века ознаменовалось рядом замечательных исследований в этой области. Для изучения химии хлорофилла большое значение имело открытие М.С. Цветом (1901) трех форм этого пигмента, названных им соответственно хлорофиллинами α, β и γ. В 1903 г. Цвет создал метод адсорбционного хроматографического анализа, который и позволил ему получить в чистом виде эти формы хлорофилла, четыре формы ксантофилла и другие пигменты. С 30-х годов хроматографический анализ стал находить все более широкое применение.
Михаил Семенович Цвет. 1872–1919.
Пользуясь спектроскопическим методом, немецкий биохимик Р. Вильштеттер подтвердил существование двух форм зеленого пигмента, которые назвал хлорофиллом a и b (аналогичны хлорофиллинам α и β Цвета). Он впервые установил точный химический состав этих форм хлорофилла, каротина и ксантофилла, а также изучил состав более 40 производных хлорофилла. Вильштеттер обнаружил, что в состав зеленого пигмента входит не железо, а магний. Эти открытия (Нобелевская премия, 1915) означали первый шаг к осуществлению синтеза хлорофилла. Открытия были подытожены (совместно с А. Штолем) в монографии «Исследования хлорофилла» (1913), выход которой был крупным научным событием.
Рихард Вильштеттер. 1872–1942.
Для изучения состояния хлорофилла в растениях большое значение имела гипотеза о существовании в хлоропластах хлорофилл — белкового комплекса, высказанная первоначально Цветом и затем развитая В.Н. Любименко (1921, 1923). Любименко назвал этот комплекс «естественным» хлорофиллом, в отличие от хлорофилла в молекулярном растворе различных вытяжек. К 50-м годам было точно установлено, что не только хлорофилл, но и другие пигменты растений и бактерий находятся в естественном состоянии в составе сложных пигменто-белково-липоидных комплексов.
