Развивая дарвинизм как общебиологическуго теорию, Тимирязев вместе с тем дал превосходный образец правильного применения эволюционной идеи к одному из важнейших разделов биологической науки — к физиологии растений. Подобно тому, как И. М. Сеченов и И. П. Павлов являются основоположниками научной физиологии животных и человека, так Тимирязев является основоположником научной физиологии растений. Хотя и до него в области физиологии растений были сделаны важные открытия такими учеными, как Д. Пристли, Я. Ингенгуз, Ж. Сенебье, Ж. Буссенго, С. А. Рачинский, И. Д. Чистяков, Н. И. Железное, А. С. Фаминцын и др., тем не менее физиологии растений, как целой и стройной научной дисциплины, тогда еще не существовало. Только Тимирязев, руководствуясь материалистическими установками, в частности, учением Дарвина и законом сохранения и превращения энергии, смог заложить подлинно научные основы физиологии растений. «В 70-х годах прошлого столетия, — писал В. Р. Вильямс, — Тимирязев, пользуясь методом Дарвина, положил начало тому проникновению идей эволюции в физиологию, которое позднее послужило для практических целей яровизации и других методов переделки растений».
Еще в 1868 г. Тимирязев писал, что «физиология, как наука молодая, еще не установившаяся, не обладает ни твердыми теоретическими основаниями, ни выработанными методами, так что собственно физиологической школы в настоящее время
не существует». Отдельные вопросы физиологии растений рассматривались либо в курсе ботаники, либо в курсах агрономических дисциплин.
Тимирязев, как об этом свидетельствует один из его непосредственных учеников — акад. Е. Ф. Вотчал, «впервые оформил тот состав физиологии, какой мы признаем за ней сейчас. Он впервые внес в состав своего курса ряд вопросов, которые затрагивались ботаниками того времени лишь отчасти и считались вопросами агрономическими (зольное питание в деталях, долговечность семян и пр.). Он впервые выдвинул на надлежащее место значение точного физико-химического учета в физиологических работах».
Тимирязев дает четкое определение задачи физиологии растений, а также применяемых в ней методов. Уже в первой лекции цикла «Жизнь растения» Тимирязев говорит: «... Задача физиолога не описывать, а объяснять природу и управлять ею,... его прием должен заключаться не в страдательной роли наблюдателя, а в деятельной роли испытателя,... он должен вступать в борьбу с природой и силой своего ума, своей логики вымогать, выпытывать у нее ответы на свои вопросы, для того чтобы завладеть ею и, подчинив ее себе, быть в состоянии по своему произволу вызывать или прекращать, видоизменять или направлять жизненные явления». Это классическое определение задачи, а вместе с тем и предмета физиологии растений остается незыблемым и в настоящее время. С него начинаются учебники по физиологии растений, издаваемые в нашей стране.
Определив общую цель физиологии растений, Тимирязев далее уточняет свое определение. В своей речи «Основные задачи физиологии растений» он указывает, что в задачу физиолога входит изучение происхождения, поступления и всех превращений вещества и энергии в теле растения, а также изучение формы, т. е. того строения и организации растения, которые поражают нас своей приспособленностью к данным условиям существования. Тимирязев подчеркивает, что физиология растений может и должна быть такой же точной наукой, как и науки о неорганической природе, поскольку она не нуждается в допущении какой-то особой жизненной силы, не подчиняющейся законам материального мира.
Благодаря трудам Тимирязева физиология растений стала наукой, прочно базирующейся на принципах материализма и историзма, что дает полное основание называть ее эволюционной физиологией. Свои материалистические убеждения в области физиологии растений Тимирязев отстаивает и развивает в непримиримой борьбе с господствовавшей в то время антинаучной, идеалистической школой Сакса — Пфеффера, считавшихся среди физиологов растений непререкаемыми мировыми авторитетами. Вопреки установившемуся мнению об их непогрешимости Тимирязев обнаруживает коренные пороки их школы и, объявив ей беспощадную войну, одерживает над ней блистательную победу.
Тимирязев внес много нового в изучение всех основных процессов жизни растения — его воздушного и корневого питания, водного режима, роста, развития и размножения. Тимирязев закладывает основы физиологии развития растений,, получившей глубокую и всестороннюю разработку в трудах Мичурина и Лысенко.
Наиболее полному и тщательному изучению Тимирязев подверг важнейший вопрос в физиологии растений — процесс фотосинтеза.
В то время, когда он окончил Петербургский университет (1866) и приступил к работе в области фотосинтеза, изучение этого явления находилось еще в зачаточном состоянии. Больше того, работы американского ученого Дрэпера и немецкой школы Сакса—Пфеффера, направив его по неверному, идеалистическому пути, по существу делали в изучении фотосинтеза шаг назад. В своей докторской диссертации «Об усвоении света растением», защищенной в 1875 г., Тимирязев говорил: «Против этого обратного хода науки я и восстал, указывая на те новые экспериментальные средства, которые наука приобрела в новом методе исследования...».
Тимирязев писал, что начало экспериментального изучения воздушного питания растений было положено Пристли, Ингенгузом, Сенебье и Соссюром в период с 1772 по 1802 г. Но еще задолго до этого гениальный М. В. Ломоносов сделал совершенно определенный вывод, что растение при помощи листьев строит свое тело за счет окружающей их воздушной атмосферы. В 1753 г. в своей работе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» Ломоносов писал: «... преизобильное ращение тучных дерев, которые на бесплодном песку корень свой утвердили, ясно изъявляет, что жирными листами жирный тук из воздуха впивают».
Через двадцать лет после этого Пристли экспериментально установил, что растение способно восстанавливать хорошие качества воздуха, «испорченного» дыханием животных.
Ингенгуз показал, что улучшение воздуха растениями происходит только под влиянием света. Сенебье выяснил, что растение не только может очищать «испорченный» воздух, но с необходимостью должно это делать, чтобы не умереть с голода. Он установил, таким образом, факт воздушного питания растения. Соссюр применил к изучению фотосинтеза количественный анализ, наглядно доказав факт усвоения углерода листьями растений. Быстрое развитие знаний в этой области так же, как и в других областях науки, обусловливалось бурным ростом производительных сил в этот период. Однако в начале XIX в., в связи с наступившей в Европе политической реакцией и распространением гегелевской идеалистиче ской философии, в биологии начинает особенно сильно процветать витализм. Виталисты делают попытки опровержения достигнутых ранее успехов в изучении фотосинтеза. Против учения о фотосинтезе выступают Тревиранус, Шлейден и др. Шлейден в 1842 г. писал, что растения своими зелеными частями не питаются углекислотой атмосферы. Известный шаг вперед в изучении фотосинтеза был сделан в 40-х годах Буссенго, подтвердившим и уточнившим опыты Соссюра с разложением атмосферной углекислоты растением. В этот же период Р. Мейер высказал предположение, что в процессе фотосинтеза происходит усвоение не только углерода, но и солнечной энергии, которая переходит при этом в скрытое состояние. Однако это предположение долгое время не находило экспериментального подтверждения. Идеалисты и церковники приложили немало сил для того, чтобы опорочить взгляды Мейера и тем самым доказать, что растения, как и все живые существа, не подчиняются установленным наукой законам природы, в частности, закону сохранения и превращения энергии. Эта реакционная, идеалистическая точка зрения опиралась на ошибочные утверждения англичанина Добени, американца Дрэпера, немцев Сакса и Пфеффера, будто наиболее интенсивно фотосинтез протекает в желтых лучах, воспринимаемых нашим глазом как наиболее яркие, но не обладающих максимумом энергии и весьма слабо поглощаемых зеленым листом растения.
Сторонники идеализма делали отсюда выводы: 1) закон превращения и сохранения энергии в отношении живой природы неприменим; 2) процессы, протекающие в организме, в частности, в зеленом листе растения, не имеют ничего общего с процессами, протекающими в мертвой природе; 3) в основе живых организмов лежит какая-то особая, неуловимая, непознаваемая жизненная сила. Роль солнечного света сводилась ими к действию простого раздражителя, а не источника энергии.
Таким образом, казалось бы, частный вопрос физиологии растений приобретал, как прекрасно видел Тимирязев, огромное философское значение. С самого начала работы в этой области он понимал всю сомнительность утверждения Дрэпера и его сторонников. Твердо придерживаясь принципов материализма, Тимирязев, как было указано выше, был убежден, что закон сохранения энергии приложим не только к неживой, но и к живой природе. Отсюда Тимирязев заключает, что наиболее интенсивно фотосинтез должен протекать под действием тех лучей, которые больше всего поглощаются зелеными частями растений. Зеленый цвет листьев говорит о том, что они поглощают главным образом красные, а не желтые лучи спектра. Уже по одному этому нельзя было согласиться с Дрэпером, что наибольший эффект фотосинтеза приходится на желтый участок спектра. Во-вторых, Тимирязев был убежден, что наиболее интенсивно фотосинтез должен протекать в тех поглощаемых листьями лучах, которые передают растению максимум энергии. По данным физики было известно, что желтые лучи хотя и воспринимаются нашим глазом как наиболее яркие, но не обладают этим максимумом. Исходя из этого, Тимирязев писал: «Здравая логика требовала заключить, что производимая лучом работа зависит от его работоспособности, а не от его чисто субъективного свойства — яркости. Света, помимо глаза, в природе не существует, и невозможно допустить, чтобы такое объективное явление, как разложение углекислоты, зависело от несуществующего вне глаза свойства солнечного луча — его яркости. На моей стороне была логика, против меня были все ученые как ботаники, так и физики, а главное — на их стороне, казалось, были факты. Для того, чтобы доказать верность моей точки зрения, мне предстояла двойная задача: доказать неверность их фактов и новыми более точными опытами фактически доказать верность моего логически верного воззрения».
Несмотря на допущенную здесь ошибку в формулировке, о чем уже говорилось во второй главе книги, мысль Тимирязева о том, что явление фотосинтеза определяется объективными свойствами поглощенных зелеными листьями лучей — количеством энергии, — является совершенно правильной. Теоретическое и экспериментальное ее обоснование позволило Тимирязеву нанести сокрушительный удар по идеалистическим извращениям в этой области и заложить прочные материалистические основы современного учения о фотосинтезе. При этом следует отметить, что уже приведенное выше исходное рассуждение Тимирязева свидетельствовало о большой теоретической мощи молодого русского ученого, о понимании им того, что логика, последовательность мысли помогает, как говорил Энгельс, недостаточным еще знаниям двигаться вперед. В этом состояло огромное преимущество Тимирязева, как физиолога, перед Саксом, Пфеффером и другими буржуазными учеными Запада, в том числе Дрэпером, «антитеоретический мозг» которого был особо отмечен Энгельсом.
