Эти мысли Тимирязева сохраняют всю свою свежесть и в настоящее время, указывают пути того единственно правильного направления, которое и должно вскрыть внутренние связи между наследственным механизмом и изменяющимися признаками животных и растений.
Столь же свежими остаются мысли Тимирязева для тех попыток и тенденций, в которых обсуждается и положительно решается вопрос о возможности прямого приспособления или направленной изменчивости организма под непосредственным воздействием факторов среды. Известно, что Тимирязев отрицательно относился к идеалистической идее Ламарка об изначальном приспособительном характере изменчивости, но высоко ценил его мысли о значении прямого воздействия факторов среды на растения. «Только соединение этой стороны Ламаркизма с Дарвинизмом и обещает полное разрешение биологической задачи», — писал Тимирязев в предисловии к переводу книги Константена «Растения и среда».
В области влияния факторов внешней среды на изменчивость растений за последние пятьдесят лет получены выдающиеся результаты. Выяснение роли минеральной среды, влажности, интенсивности и качества света, а также роли температуры и длины дня в процессах развития растений, изучение комплексного действия экологических факторов вскрыли огромное влияние этих мощных факторов среды на изменчивость организмов. Но логика развития той или иной области науки и здесь привела отдельных исследователей к чрезмерным увлечениям: возникла идея о том, что прямое действие факторов среды непосредственно приводит к образованию новых видов и форм.
Посмотрим, что пишет Тимирязев по поводу соображений такого рода, высказывавшихся еще в его время. «Нетрудно усмотреть логическую ошибку в этой новейшей попытке упразднить дарвинизм. Что первоначальные причины, вызывающие, при участии отбора, полезные приспособления, должны заключаться именно в окружающих, а не каких иных условиях, само собой очевидно… Очевидно, что полезные изменения, дающие материал для отбора, должны быть из числа вызываемых окружающими условиями… но заключить обратно, что это воздействие по существу должно давать начало полезным изменениям, значит создавать новую, еще более темную и голословную метафизическую телеологию среды на место оказавшейся несостоятельной теологии организмов»[10].
Если в первом случае Тимирязев указывает на замкнутость ученых рамками наследственности и стремление объяснить образование видов, опуская изменчивость и влияние среды, то в этом втором случае он столь же определенно указывает, что одной изменчивостью под влиянием среды, опуская наследственность, объяснить возникновение новых видов и форм нельзя. Основой учения о происхождении видов — дарвинизма — остаются три фактора: изменчивость, наследственность и отбор.
Таково блестящее решение Тимирязевым одной из самых трудных проблем биологии, важное и для биологов настоящего времени; оно призывает ученых не увлекаться догматическими утверждениями, а идти к биологическому и физиологическому анализу тех сложных взаимоотношений, которыми связаны явления изменчивости и наследственности.
В своей прекрасной речи «Факторы органической эволюции» Тимирязев даст анализ всех важнейших достижений биологии в последарвиновское время. Он считает, что между учением Дарвина, общей теорией развития органического мира и проблемами специальных биологических исследований существует неразрывная связь.
В конце этой речи он указывает, что «дарвинизм не может ответить на то, как и почему изменялись органические существа, потому что такой общей задачи, такого общего ответа нет и быть не может. Таких задач несметное число и отвечать на них призван не дарвинизм, учение общебиологическое, а экспериментальная физиология»[11].
Посмотрим теперь, как одну из капитальнейших проблем эволюции растительных организмов решил сам Климент Аркадьевич Тимирязев как физиолог-экспериментатор.
КОРИФЕЙ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ
Мы уже говорили, что в своей научной творческой деятельности Тимирязев исходил, с одной стороны, из идей Дарвина и, с другой стороны, из идей Роберта Майера и Германа Гельмгольца. Какие задачи ставили творцы закона сохранения и превращения энергии?
Роберт Майер писал: «Природа, по-видимому, поставила себе целью уловить налету изливающийся на землю свет и, обратив эту подвижнейшую из всех сил в неподвижную форму, в таком виде сохранить ее. Для достижения этой цели она облекла земную кору организмами, которые в течение жизни поглощают солнечный свет и за счет этой силы образуют непрерывно накопляющийся запас химического напряжения. Эти организмы — растения».
Как бы продолжая эту мысль, Герман Гельмгольц говорил: «Таким образом одновременно с исчезновением солнечного света в растении наблюдается появление и накопление горючего вещества, и мы в праве считать очень вероятным, что первое является причиной второго. Но, во всяком случае, я должен оговориться, что мы не обладаем никакими опытами, из которых можно было бы с достоверностью заключить, точно ли живая сила исчезающих солнечных лучей соответствует накопляющемуся запасу химических сил, а пока таких опытов еще не существует, мы не можем признать указанное соотношение за несомненную истину».
За выполнение этой капитальной задачи — показать, «точно ли живая сила исчезающих солнечных лучей соответствует накопляющемуся запасу химических сил», и взялся Климент Аркадьевич Тимирязев. В первой же своей работе, уже упоминавшейся нами («Прибор для исследования воздушного питания листьев…»), он таким образом формулирует задачу, над разрешением которой работал затем всю жизнь:
«Изучить химические и физические условия этого явления, определить составные части солнечного луча, участвующие посредственно или непосредственно в этом процессе, проследить их участь в растении до их уничтожения, т. е. до их превращения во внутреннюю работу, определить соотношение между действующей силой и произведенной работой— вот та светлая, хотя, может быть, отдаленная задача, к достижению которой должны быть дружно направлены все силы физиологов»[12].
Свою основную работу об усвоении света при ассимиляции углерода Тимирязев начал с исследований хлорофилла — этого основного элемента фотосинтетического аппарата.
Используя метод спектрального анализа, незадолго до того разработанный Бунзеном и Кирхгофом, при помощи сконструированного им небольшого прибора Тимирязев установил спектры поглощения хлорофилла, а для фиксирования наблюдаемых изменений применил графический метод спектрограмм. Установив главнейшие компоненты пигментов системы хлорофилловых зерен, их химические и оптические свойства, Тимирязев пришел к выводам о значительной физиологической роли хлорофилла и высказал гипотезу об участии хлорофилла в реакциях с углекислотой при восстановлении ее в муравьиный альдегид — тот первый промежуточный продукт фотосинтеза, на который впервые указал Байер и на признании которого сходились авторы целого ряда гипотез по химизму фотосинтеза, а также высказал предположение о значительной роли окислов железа при окислении и восстановлении хлорофилла.
Наиболее важным моментом в этих исследованиях оказался, однако, тот факт, что максимум поглощения хлорофилла лежит в красных лучах спектра между фраунгоферовыми линиями Б и С[13]. Ибо, когда Тимирязев подошел к основной задаче своих исследований, он сразу же столкнулся с противоречием между итогами собственных исследований по хлорофиллу и теми данными, которыми оперировали тогдашние физиологи растений. Противоречие это заключалось в следующем: в науке господствовало мнение, основанное на опытах американского физиолога Дрепера, что процесс ассимиляции углерода, или фотосинтез, наиболее интенсивно протекает в желтых лучах, тогда как максимум поглощения хлорофилла лежит в красных лучах. Кроме того, по закону Гершеля, фотохимическое действие света на какое-либо вещество вызывается теми лучами, которые поглощаются данным веществом, а желтые лучи не обладают максимальным тепловым напряжением.
13
Фраунгоферовы линии, темные линии в солнечном спектре, возникающие вследствие поглощения солнечного света в атмосфере солнца.