Исходя из этого вывода, Тимирязев ставит и дает блестящий ответ на вопрос: «Почему и зачем растение зелено?». Растение зелено потому, что в его листьях находится вещество, обладающее зеленым цветом, — хлорофилл (листозелень). Своеобразный зеленый цвет хлорофилла объясняется тем, что он поглощает преимущественно красные лучи солнечного света. «... Лучи, поглощаемые хлорофиллом, отличаются от всех остальных наибольшею пригодностью для потребностей растения. Значит, хлорофилл не выполнял бы своего отправления с таким же совершенством, если бы поглощал не те лучи, которые поглощает. Значит, отправление хлорофилла прямо зависит от его своеобразного спектра, то-есть, другими словами, от его характеристического зеленого цвета. Мы получаем, следовательно, вполне определенный ответ на наш вопрос. Зеленый цвет не случайное только свойство растения. Оно зелено потому, что от этого именно цвета зависит его важнейшее отправление. В зеленом цвете, этом самом широко распространенном свойстве растения, лежит ключ к пониманию главной, космической роли растения в природе» К
В другом месте Тимирязев спрашивает: не протекал ли бы фотосинтез еще энергичнее, если бы листья были не зеленого, а черного цвета, обеспечивающего поглощение не только красных, но и всех остальных солнечных лучей? И тут же отвечает, что такой скороспелый ответ был бы неправильным. В этом случае растение поглощало бы столько же наиболее полезных для фотосинтеза лучей, как и при зеленой окраске, но в то же время излишне перегревалось бы за счет остальных лучей, не используемых для фотосинтеза. Эта мысль Тимирязева блестяще подтверждается, как мы только что видели, квантовой теорией света.
Таким образом, как последовательный дарвинист, Тимирязев и при изучении физиологии растений считает необходимым прежде всего найти причину приспособленности изучаемого признака организма к соответствующим условиям. Возражая Уоллесу, одному из создателей эволюционной теории, утверждавшему, что зеленый цвет листьев растений — такой же простой физический факт, как и цвет, например, драгоценных камней, Тимирязев пишет, что в зеленом цвете листьев следует видеть едва ли не одно из самых поразительных приспособлений растения. Требуя во всех научных работах применения не только экспериментального, но и исторического метода, Тимирязев ставит вопрос о том, каким путем растение достигло этого изумительного результата. И тут же отвечает: «Очевидно, что хлорофилловая функция должна была первоначально выработаться у первобытных морских водорослей,, и именно в этой подводной флоре встречаемся мы с наибольшим разнообразием пигментов. Из всех этих веществ вероятно самое важное — хлорофилл; оно-то и вышло победителем в борьбе за существование и завоевало сушу».
По существу все работы Тимирязева по фотосинтезу являются блестящим развитием эволюционной теории в применении к растительному миру. При этом он использовал все новейшие достижения различных областей естествознания — физики, химии и биологии. Тимирязев справедливо писал о себе, что он был первым ботаником, применившим к растениям закон сохранения энергии и использовавшим метод спектрального анализа. Его работы создали коренной переворот в развитии знаний по фотосинтезу. Проф. А. А. Ничипорович, работающий над изучением фотосинтеза, отмечает, что работы Тимирязева «послужили истинно научной основой развития тех направлений в этой области, которые являются важнейшими и в современных исследованиях». Многие из положений Тимирязева благодаря его неутомимой деятельности, благодаря его изумительному таланту экспериментатора стали в настоящее время настолько очевидными, что кажутся нам чуть ли не само собой разумеющимися. Но не следует забывать, что в свое время Тимирязев должен был приложить громадные усилия, чтобы утвердить их в науке, доказать их правоту. Нельзя только согласиться с проф. Ничипоровичем, что большую роль в достижении Тимирязевым значительных успехов в области фотосинтеза сыграла его «интуиция убежденного материалиста» или «интуиция выбирать то, что является наиболее существенным». Дело здесь не в интуиции — каком-то подсознательном, полумистическом явлении, а в совершенно сознательном философском убеждении материалиста, что в живой природе так же, как и в мертвой, действуют определенные естественные законы. Как диалектик, умеющий охватить всю сложность окружающих нас явлений, Тимирязев мог в то же время избрать, вычленить из данного сложного комплекса основные, решающие процессы, с помощью которых можно было в дальнейшем изучить весь сложный механизм фотосинтеза.
Тимирязев не ограничился установлением тех лучей, в которых протекает максимум фотосинтеза, и изучением роли
хлорофилла в этом процессе. Он предпринял попытку установить, какую часть всей получаемой энергии растение использует для создания органического вещества. Для этого он создал чрезвычайно точный термоэлектрический прибор, конструкция которого, кстати сказать, была присвоена впоследствии немецким физиком Рубенсом. Тимирязев нашел, что зеленый лист растения поглощает в среднем 27% всей световой энергии, падающей на него. Однако из этих 27% большая часть расходуется на испарение воды. Непосредственно на создание органического вещества используется примерно 3,3% всей падающей на лист энергии. Эти цифры, полученные Тимирязевым, нашли полное подтверждение в последующих исследованиях. В настоящее время установлено, что даже культурные сельскохозяйственные растения утилизируют всего лишь 2—2,5%, в лучших случаях 5%, падающей на них солнечной энергии.
Тимирязев считал, что «экономический коэффициент» фотосинтеза может, а потому и должен быть значительно повышен. Он указывал, что это может быть достигнуто повышением содержания углекислоты в воздухе, выведением новых, более урожайных сортов, а также повышением агротехники — хорошей обработкой почвы, применением удобрений, улучшением водоснабжения и т. д. Даже такой сугубо теоретический вопрос, как зависимость фотосинтеза от характера и интенсивности света, Тимирязев решал, как и другие теоретические вопросы, под углом зрения практики и повышения материального благосостояния русского народа.
Важное значение для развития учения о фотосинтезе и для сельскохозяйственной практики сыграли также его исследования зависимости фотосинтеза от интенсивности света. Проведенные тремя различными приемами, они с характерной для всех опытов Тимирязева точностью показали, что интенсивность фотосинтеза при слабой интенсивности света (до 0,25 полной инсоляции) возрастает пропорционально ее повышению. Затем коэффициент пропорциональности понижается. Максимальное действие солнечных лучей достигается при интенсивности, приблизительно равной половине интенсивности солнечного света, падающего на лист в нормальном направлении. С дальнейшим повышением интенсивности света интенсивность фотосинтеза не только не возрастает, но даже несколько понижается, так как чрезмерное испарение воды при этом создает неблагоприятные условия для процесса фотосинтеза. Отсюда Тимирязев делает вывод, что в полуденные часы имеет место излишек света, ухудшающий условия накопления органического вещества растением. Это позволяет Тимирязеву, на основе его исторического метода, установить, почему растение выработало ряд приспособлений для того, чтобы избежать падения солнечных лучей перпендикулярно поверхности листьев и тем самым сократить приток энергии к ним. В связи с этим Тимирязев высказывает следующую мысль, которая вместе с тем снова и снова характеризует его как последовательного физиолога-дарвиниста: «Весьма любопытно, что эти самые совершенные приспособления в борьбе с засухой растение выработало в самых высших своих представителях, позднее всех явившихся на нашей планете, — в растениях из семейств мотыльковых и сложноцветных».
Установление факта избыточности света в полуденные часы имеет и большое практическое значение. В настоящее время стахановцы социалистических полей в районах с недостаточным количеством выпадающих осадков, опираясь на это указание Тимирязева, при выращивании пропашных и овощных культур производят посев растений таким образом, чтобы в полуденные часы получалось максимальное затенение растений друг другом.
Это достигается путем посева пропашных растений в направлении север—юг (конечно, если этому не препятствует рельеф местности). Кроме того, при выращивании особо ценных культур нередко применяются так называемые освежающие поливы путем дождевания растений в часы возможного их перегрева. Это создает лучшие условия для протекания фотосинтеза, а следовательно, и для повышения урожайности. В ходе своих замечательных работ по фотосинтезу Тимирязев не только значительно увеличил сумму наших знаний о живой природе, но и подготовил целую плеяду последователей. Физиология растений в России была поднята Тимирязевым на огромную высоту. Еще Ч. Дарвин рекомендовал английским ученым в области физиологии растений учиться у Тимирязева, и они, хотя и с большим опозданием, пригласили его прочесть Крунианскую лекцию в 1903 г. Наследие Тимирязева в области фотосинтеза нашло свое дальнейшее развитие в трудах многих русских ученых — А. Н. Баха, С. П. Костычева, А. А. Рихтера, Д. И. Ивановского, В. Н. Любименко, Л. А. Иванова, Т. Н. Годнева и др. Ученики Тимирязева и ученики его учеников внесли новый вклад в дальнейшее изучение процесса фотосинтеза. Проф. Ф. Н. Крашенинников впервые в мире доказал, что в ассимилирующих листьях образуются продукты, теплота сгорания которых близка к теплоте сгорания углеводов В. В. Сапожников установил, что в процессе фотосинтеза образуются не только углеводы, но также и белки. К. А. Пуриевич дал новые доказательства утилизации растением света для синтеза органического вещества. А. А. Красновский развил дальше и экспериментально доказал мысль Тимирязева о фотосинтезе как окислительно-восстановительном процессе.
Исследования Тимирязева и его школы сыграли огромную роль в развитии учения о фотосинтезе. Тимирязев показал, что этот важнейший биологический процесс не содержит в себе ничего мистического и полностью подчиняется закону сохранения и превращения энергии. Он исследовал огромное значение хлорофилла, показал космическую роль растения, а также пути дальнейшего повышения его «коэффициента полезного действия». Тимирязев называл растение посредником между солнцем и жизнью на нашей планете. «Зеленый лист, или, вернее, микроскопическое зеленое зерно хлорофилла является фокусом, точкой в мировом пространстве, в которую с одного конца притекает энергия солнца, а с другого берут начало все проявления жизни на земле. Растение — посредник между небом и землею. Оно истинный Прометей, похитивший огонь с неба. Похищенный им луч солнца горит и в мерцающей лучине, и в ослепительной искре электричества. Луч солнца приводит в движение и чудовищный маховик гигантской паровой машины, и кисть художника, и перо поэта». Тимирязев был первым исследователем, который подошел к изучению фотосинтеза не только с химической, но и с энергетической стороны. Тем самым он заложил прочный фундамент разработке проблем биоэнергетики, которая ныне начинает приобретать все большее значение. В настоящее время становится совершенно очевидным, что глубокое понимание физиологических процессов, происходящих в организме, невозможно без изучения энергетической стороны обмена веществ. В дальнейшей разработке проблем биоэнергетики важную роль сыграли труды другого русского ученого В. О. Таусона, выдвинувшего свою теорию экзотермичноети биохимических синтезов. Хотя в концепции Таусона далеко не все может быть признано верным, она безусловно явилась новым ценным вкладом в изучение энергетики живых организмов.
