Десять лет спустя исследования американского физика Ланглея и английского физика Абнея полностью подтвердили правоту утверждения Тимирязева.
Исключительный пример в науке, когда физиолог на основании своих биологических данных вскрыл ошибку и предвосхитил открытие в такой точной науке, как физика. Причиной этого явилось то, что Тимирязев мастерски владел как экспериментальными методами, так и могущественным методом научного познания, историческим методом в биологии.
В современной литературе по фотосинтезу встречаются соображения о том, что после создания квантовой теории света и согласно закону Эйнштейна важно не общее количество энергии, поглощаемой веществом, а число квант, поглощаемых в единицу времени, и величина отдельных квант. Варбург на этом основании доказывал, что количество энергии одного кванта увеличивается от красных длинноволновых лучей к синим коротковолновым и в том же направлении должна увеличиваться фотосинтетическая активность света.
Но расчеты количества квантов в солнечном спектре показывают, что максимум концентрации квантов света падает как раз на область красного света и красные лучи должны быть наиболее эффективны в своем фотохимическом действии. Не зная квантовой теории света и опираясь на современную ему волновую теорию, Тимирязев уже тогда подчеркивал, что разрушение частиц углекислоты в волнах светового эфира происходит, как и следовало ожидать, «не там, где… колышет тяжелая зыбь, не там, конечно, где… пробегает быстрая, но мелкая рябь, а там именно, где высокие валы то взбрасывают… на крутые гребни, то низвергают в глубокие бездны»[15].
Классические работы Тимирязева над проблемой энергетики фотосинтеза остаются и навсегда останутся образцом синтеза глубоких творческих идей и совершенного экспериментального искусства.
Итог всей 35-летней деятельности в области фотосинтеза растений Тимирязев подвел в своей замечательной «Крунианской» лекции, названной им «Космическая роль растения» и прочитанной по особому приглашению в Лондонском королевском обществе в 1903 году. Слушателями Тимирязева были здесь такие крупнейшие ученые, как Кельвин, Рамзей, Листер, Гукер, Крукс, Гальтон и Френсис Дарвин. Эта лекция, построенная исключительно стройно и логично, поразила всех слушателей и своим содержанием и формой и принесла Тимирязеву мировую славу.
Едва ли не столь же глубокое удовлетворение получил Тимирязев за много лет до этого, когда, преподнося, Чарльзу Дарвину свою книгу «Чарльз Дарвин и его учение» и оттиск статьи «О разложении угольной кислоты в хлорофилловых зернах», представленной Беккерелем в Парижскую академию, он услышал от него следующие замечательные слова: «Хлорофилл, это, быть может, самое интересное из веществ во всем органическом мире»[16].
Данные Тимирязева по изучению влияния качества света на фотосинтез были подтверждены и развиты такими крупными русскими учеными, как А. А. Рихтер, Ф. Н. Крашенинников, В. Р. Пуриевич, а за границей Книп, Миндер и другие. А опыты по выращиванию растений на свету разного качества показали, что в оранжево-красных лучах благодаря более интенсивному образованию хлорофилла и максимальной скорости фотосинтеза быстрее идет рост листьев, образование луковиц, кочанов и корнеплодов, а у многих растений скорее осуществляется переход к цветению. Таким образом, именно оранжево-красные лучи являются наиболее важным источником энергии для таких физиологических процессов, как фотосинтез, рост, развитие и формообразование.
Тимирязев занимался, хотя и в меньшей мере, другой стороной фотосинтеза — вопросами о зависимости этого процесса от напряженности солнечного света и о коэффициенте полезного использования света ассимилирующим аппаратом растения. В работах этого направления Тимирязев показал, что интенсивность фотосинтеза по мере усиления света вначале быстро и пропорционально возрастает, но затем прирост начинает ослабевать и достигает своего максимума при напряжении света, равном половине прямого полуденного Солнца.
Своими работами в этом направлении Тимирязев положил основу нового раздела учения о фотосинтезе — экологии фотосинтеза, который впоследствии успешно разрабатывался такими выдающимися физиологами, как Л. А. Иванов, В. Н. Любименко, Е. Ф. Вотчал и С. П. Костычев.
Не проводя собственных исследований в других областях физиологии, Тимирязев живо следил за тем, как бьется пульс физиологической мысли, намечал историческую перспективу дальнейших путей физиологии растений. Особенно важным нам представляется отношение Тимирязева к развитию новой отрасли — физиологии развития растений. Его современник, немецкий физиолог Георг Клебс, явился пионером в области изучения влияния факторов внешней среды на развитие растений.
Клебс опроверг старые взгляды на развитие растений как на внутренне закономерный автономный процесс и выдвинул новую точку зрения на зависимость процессов развития растений от влияния факторов внешней среды. Полемика с Пфеффером и другими сторонниками старой точки зрения привела Клебса к опубликованию книги «Произвольное изменение растительных форм», изданной в 1903 году.
Тимирязев приветствовал появление этой книги, перевел ее на русский язык с предисловием и замечаниями и нашел в ней осуществление тех идей, которые он высказывал значительно ранее. Вот, что писал Тимирязев в предисловии к этой книге: «В последнюю четверть прошлого столетия в физиологии растений стало выясняться новое направление исследования, для которого еще в 1890 году я предложил название „Экспериментальной морфологии“, предсказывая, что, „пробиваясь одинокими струйками во второй половине девятнадцатого века, оно сольется в широкий поток уже, вероятно, за порогом двадцатого“. Через несколько лет после того профессор Клебс выступил с рядом любопытных исследований, показавших, что даже явления размножения растений, ускользавшие, казалось, от экспериментального метода, могут быть ему подчинены»[17].
Большое значение Тимирязев придавал опытам Клебса потому, что они вносили свежую струю, ставили на материалистическую почву ту область физиологии растений, которая, казалось, наименее подвержена приложению физических и химических методов, которая больше других оставалась во власти рутинных виталистических концепций.
Прошло еще тридцать лет, и предвидение Тимирязева о широком потоке исследований в области «экспериментальной морфологии» полностью сбылось. Широкий размах получили исследования в области влияния факторов внешней среды на морфологические изменения и физиологические процессы в растениях, создавшие новое направление в биологической науке — физиологию развития растений.
Тимирязева живо интересовали и другие области физиологии растений. В 1867 году в Симбирской губернии он проводил опыты с применением минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры, предпринятые по предложению и плану великого русского химика Д. И. Менделеева. А в своей книге «Жизнь растения» он ярко и с полным знанием дела излагает учение о минеральном питании растений, основанное как на опытах, проводимых с водными и песчаными культурами в вегетационных домиках, так и на делянках на опытных станциях.
Большой интерес представляет работа К. А. Тимирязева «Борьба растения с засухой», написанная им после жестокого неурожая в Поволжье летом 1891 года, вызванного сильной засухой. В этой статье он подробно описывает все защитные приспособления и свойства, которыми обладают растения, способные переносить засуху, и рекомендует использовать эти свойства в практике сельского хозяйства для борьбы с засухой. С одной стороны, нужно сокращать расходование воды растениями с помощью удобрений, устранения сорняков и выводить засухоустойчивые сорта, расходующие меньше воды; с другой стороны, нужно увеличивать приход воды путем накопления почвенной влаги и особенно искусственного орошения полей.
