При любой попытке понять, на чем базируется жизнь на нашей планете, мы всякий раз возвращаемся к проблеме фотосинтеза. Все проявления жизни на Земле так или иначе, прямо или косвенно связаны с фотосинтетической деятельностью растений. В конечном счете от нее зависит и благосостояние человеческого общества.
Фотосинтез — очень распространенный в природе процесс, обеспечивающий в больших масштабах превращение простых устойчивых неорганических веществ (в первую очередь углекислого газа и воды) в органические соединения, которые служат первоисточником пищи и энергии для самых различных живых существ, в том числе и для человека.
История развития учения о фотосинтезе, или воздушном питании растений, насчитывает более двухсот лет. Еще в 1753 г. гениальный русский ученый М. В. Ломоносов в трактате «Слово о явлениях воздушных» пришел к выводу о том, что растения строят свое тело из окружающего их воздуха, поглощенного при помощи листьев. По существу, это явилось научным предсказанием фотосинтеза, который был открыт примерно через двадцать лет английским химиком Д. Пристли (1771), голландским врачом Я. Ингенхаузеном (1779) и швейцарским ученым Ж. Сенебье (1782). Исследования этих ученых дополняли друг друга, так как касались разных сторон фотосинтеза, без изучения совокупности которых невозможно было бы понять его сущность.
Хотя открытие воздушного типа питания и относится к XVIII столетию, сам термин «фотосинтез» (от греч. фотос — свет и синтез — соединение) появился значительно позже, примерно через сто лет. Он быстро получил широкое распространение благодаря правильному отображению своеобразной роли зеленых растений, которая заключается в их способности улавливать световую энергию и превращать ее в химическую энергию органических веществ, образующихся за счет соединения углекислого газа и воды с выделением молекулярного кислорода. Фотосинтез является уникальным, единственным в своем роде процессом природы, благодаря которому зеленые растения могут запасать огромные количества энергии солнечного света в форме органических веществ, богатых потенциальной химической энергией. В связи с этим К. А. Тимирязев, внесший очень большой вклад в изучение углеродного питания растений, совершенно справедливо указывал на то, что «едва ли какой процесс, совершающийся на поверхности Земли, заслуживает в такой степени внимания, как тот, еще далеко не разгаданный процесс, который происходит в зеленом листе, когда на него падает луч солнца».
И действительно, по мере изучения этого процесса все глубже выявляется его исключительное значение для расцвета жизни на Земле. Не удивительно поэтому, что раздел о фотосинтезе, давно уже по праву занимающий одно из центральных мест в физиологии растений, превратился в важнейшую проблему современного естествознания. Можно надеяться, что успешное ее решение обеспечит резкий подъем экономики и благосостояния всего человечества.
Значение познания фотосинтетической функции растений как нельзя лучше охарактеризовано выдающимся советским физиологом растений академиком А. Л. Курсановым. Огромные успехи, достигнутые в этой области за последнее десятилетие, позволяют, по его мнению, предвидеть грядущий век световой энергии, который будет, вероятно, более могучим по своим энергетическим возможностям, чем век атомный.
Весьма показательно, что значимость данной проблемы хорошо понимают не только ученые, непосредственно работающие в этой области. Всемирно известный физик Фредерик Жолио-Кюри считал, что подлинный переворот в энергетике наступит только тогда, когда удастся осуществить массовый синтез молекул, аналогичных хлорофиллу или даже более высокого качества. Для того чтобы достигнуть этой цели, необходимо, как полагал Ф. Жолио-Кюри, прежде всего подробно изучить процесс фотосинтеза.
Основная цель изучения природы фотосинтеза и его механизма заключается в воспроизведении реакций синтеза органических веществ с помощью искусственных промышленных установок и, что самое главное, в разработке эффективных методов резкого повышения продуктивности растений, особенно сельскохозяйственных, на базе лучшего использования ими солнечной энергии, количества которой в природе неисчерпаемы. Работы этого главного направления теснейшим образом связаны с такими злободневными проблемами, как поддержание баланса органических веществ в природе и обеспечение полноценного питания для всего человечества, новообразование горючих ископаемых и др. Наряду с этим ведутся исследования, направленные на разрешение узкоспециальных задач, например использование фотосинтетической функции растений для биологической очистки воздуха больших городов, очистки сточных вод и др. В связи с развитием космонавтики стали изучать возможность использования зеленых растений для регенерации воздуха и обеспечения человека пищей при длительных космических полетах и при высадке на другие планеты.
Эти задачи привлекают теперь внимание не только биологов, но и физиков, биохимиков, биофизиков и др. Совместные работы ученых разных специальностей, ведущиеся с применением новых методов исследования, таких, как электронная микроскопия, дифференцированное центрифугирование, бумажная хроматография, методы радиоактивных изотопов, уже дали значительные результаты. И недалек тот день, когда вся последовательность физических и химических процессов, лежащих в основе фотосинтеза, будет хорошо изучена.
Особенно широкий размах комплексные работы приняли в последние два десятилетия, в результате чего было получено много сведений, имеющих исключительно важное теоретическое и практическое значение. Помимо быстрого темпа накопления экспериментальных данных, характерной особенностью современного этапа изучения фотосинтеза является то, что на базе нового фактического материала приходится довольно часто менять многие установившиеся представления, в частности о структуре хлоропластов, пигментных системах, химизме реакций.
Большой вклад в разработку проблемы фотосинтеза внесли за последнее время советские ученые Т. Н. Годнев, А. А. Ничипорович, А. Н. Теренин, А. А. Красновский, А. Ф. Клешнин, А. Л. Курсанов, А. А. Шлык, О. П. Осипова и ряд других, о которых будет упоминаться при изложении соответствующих разделов, а также зарубежные ученые: Дж. А. Бассем, М. Кальвин, Д. Арнон, Б. Кок, Р. Парк, Дж. Смит, Л. Богорад и другие.
Источник: Н.Н. Овчинников, Н.М. Шиханова. Фотосинтез. Пособие для учителей. Изд-во «Просвещение». Москва. 1972