100 великих научных достижений России

Помимо упомянутого мемуара (научного труда) об открытии яйцеклетки важнейшей вехой в истории эмбриологии стал трехтомный труд Бэра – «История развития животных. Наблюдения и размышления» (1 т. – 1828 г., 2 т. –1837 г., 3 т. посмертно – 1888 г.), за который Ч. Дарвин причислил русского ученого к числу своих предшественников.

Собственные исследования натуралист начал с изучения того, как оплодотворенное яйцо формируется в зародыш. Вскрыв более 2000 куриных яиц с зародышами на разных стадиях развития, проведя множество экспериментов (ученый месяцами не покидал лабораторию), час за часом исследуя развитие цыпленка, Бэр наблюдал формирование зародыша; проследил образование головного мозга и развитие сердца, описал возникновение позвоночного столба, развитие позвонков, ребер и прочих костей, мышц, формирование печени, селезенки, кишечного канала и др.

Эти наблюдения позволили Бэру сделать вывод о том, что «развитие протекает так, что простой по структуре зародыш, дифференцируясь, сначала обнаруживает признаки того типа, к которому принадлежит взрослая особь, затем формируются признаки класса, позднее отряда, семейства, рода, вида и в последнюю очередь индивидуальные признаки особи. Развитие есть процесс дифференциации от общего к конкретному».

Первую яйцеклетку ученый нашел в яичнике самки собаки, затем обнаружил ее у самок кроликов, мышей, овец и т. д. – до человека. Лабораторная коллекция эмбриолога содержала массу всевозможных зародышей.

Сравнивая эмбрионы позвоночных животных (млекопитающих, рыб, земноводных), Бэр совершил новое открытие – на начальной стадии развития все зародыши были одинаковы. Установив также, что некоторые органы в процессе развития исчезают, ученый пришел к выводу о существовании некоей зародышевой плазмы и объяснил схожесть первых фаз развития эмбрионов у всех животных, включая человека, общностью их происхождения.

Наблюдая появляющиеся в течение эволюции различия, Бэр отнес их к дифференциации форм животного мира и выделению в нем типов и видов, а также акцентировал свое внимание на аналогии между развитием индивидуального организма и видовым развитием. Обосновав теорию плодовых оболочек, показав, что зародыш позвоночных животных состоит из внешнего пласта – эктодермы и внутреннего – энтодермы, за счет которых формируются все органы «вокруг» позвоночного столба, Бэр придал эмбриологии сравнительный характер и современный вид.

До работ Бэра эмбриология изучала не организм в целом, а частности, отдельные его признаки. Поэтому, когда появились труды русского ученого, натуралисты всего мира были поражены, как они, оказывается, мало чего знали о развитии организма.

По случаю 50-летнего юбилея научной деятельности К.М. Бэра в 1864 г. Российская АН пожаловала естествоиспытателю медаль с барельефом: вокруг головы ученого в виде венка надпись: «Начав с яйца, он показал человека – человеку».

ФОТОСИНТЕЗ ТИМИРЯЗЕВА

Естествоиспытатель, ботаник, химик, физиолог, историк и популяризатор науки; пропагандист дарвинизма, публицист; профессор Петровской сельхозакадемии и Московского университета; заведующий кафедрой анатомии и физиологии растений Московского университета; основоположник русской научной школы физиологов растений; член-корреспондент Петербургской АН (РАН); почетный член университетов Женевы, Глазго, Кембриджа, Лондонского Королевского общества; председатель Ботанического общества любителей естествознания, антропологии и этнографии; член Моссовета, Климент Аркадьевич Тимирязев (1843–1920) является родоначальником исследований проблемы фотосинтеза, а также биологических основ агрономии.

Тимирязев, по его собственным словам, «работал для науки и писал для народа». Начиная с магистерской и докторской диссертаций «Спектральный анализ хлорофилла» (1871) и «Об усвоении света растением» (1875), ученый на протяжении полувека занимался растениями, хлорофиллом и фотосинтезом, а его книга «Жизнь растения» (1878), переведенная на многие языки мира, и по сию пору привлекает массу читателей. Тема жизни растения – центральная в творчестве Тимирязева, одна из главнейших и в науке вообще, поскольку именно с нею связано существование жизни на Земле. В процессе жизнедеятельности растения хлорофилловые зерна листьев «поедают» углекислый газ, содержащийся в воздухе, вернее – питаются углеродом, выделяемым из углекислоты под действием света. Это «воздушное питание» растений немецкий ботаник В. Пфеффер и назвал в 1877 г. «фотосинтезом». В цепочке «растения – животные – люди» растения оказываются основой всего живущего, с них начинаются пищевые цепи. Именно растения как передатчики энергии Солнца нашей планете (превращая энергию солнечного света в энергию, запасенную в углеводах) гарантируют сохранение жизни на Земле.

Памятник К.А. Тимирязеву в Москве. Скульптор С.Д. Меркулов

Фотосинтезом занимались в XIX в. многие естествоиспытатели – Дж. Пристли, Я. Ингенгауз, Ж. Сенебье, Н. Соссюр, Ю. Майер, Д.Г. Стокс, Ю. Сакс и др., исследовавшие зависимость фотосинтеза от освещения, содержание хлорофилла в листе, наличие СО2 в атмосфере, преобразование в растении световой энергии в химическую, роль в этом процессе отдельных участков спектра…

С конца 1860-х гг. изучением этого процесса занялся и Тимирязев.

Эпиграфом к творчеству Тимирязева можно было бы взять слова Дж. Свифта, столь любимые самим физиологом: «Тот, кто сумел бы вырастить два колоса там, где прежде рос один, две былинки травы, где росла одна, заслужил бы благодарность всего человечества». Климент Аркадьевич на славу потрудился на земельных делянках, выращивая колосья и былинки и давая людям верный рецепт умножения урожайности сельскохозяйственных культур.

Ученый создал первую опытную станцию на опытном поле в с. Реньевке Симбирской губернии, где изучал действие минеральных удобрений на урожай (1867); на территории Петровской сельхозакадемии построил первую теплицу – «вегетационный домик» (1872); организовал на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде первую показательную опытную станцию с таким домиком (1896) и т. д.

В статьях «Земледелие и физиология растений», «Происхождение азота растений» и др. ботаник на основе своих экспериментов, получивших признание в России и в Европе, пропагандировал новейшие достижения агрономической химии и физиологии растений, искусственное орошение и глубокую вспашку в борьбе с засухой, применение минеральных удобрений, севооборот клевера, лесные полезащитные полосы, борьбу с сорняками, использование для посева засухоустойчивых сортов злаковых. Ботаник настаивал на целесообразности выведения новых сортов с мощной корневой системой или пониженной транспирацией (испарением воды); повлиял на применение в сельском хозяйстве вегетативного метода; инициировал создание заводов для производства селитры; заложил основы выращивания растений при электрическом освещении. Для Тимирязева его лозунг «Наука должна сделать труд земледельца более производительным» был и главным руководством к действию.

Все свои рекомендации ученый делал на основе изучения им фотосинтеза. Отведя растениям космическую роль посредников между Солнцем и жизнью на нашей планете, Тимирязев нашел ответ на вопрос, поставленный немецкими учеными Ю.Р. Майером и Г.Л.Ф. Гельмгольцем, основоположниками закона сохранения энергии, – является ли источником жизни Солнце?

Начал ученый с проведения сложнейших и тончайших опытов (не воспроизведенных с тех пор ни одним экспериментатором!) и доказательства того, что реакция разложения углекислоты на кислород, выделяемый в атмосферу, и углерод, необходимый растениям, то есть фотосинтез, прямо зависит от хлорофилла и от энергии поглощаемых лучей. До Тимирязева эти рассуждения ходили только в качестве гипотезы. Для этих целей физиолог впервые применил особо чувствительные спектроскопы, светофильтры, разработал улавливатели и анализаторы газа, приборы, измеряющие освещенность, усовершенствовал методику газового анализа, позволившую анализировать количество газа с точностью, поражающей современных исследователей.

Показав, что фотосинтез при слабом свете зависит от количества поглощенной энергии, а при сильном освещении достигает светового насыщения, ученый «экспериментально обнаружил, что имеются два максимума поглощения света растением, которые лежат в области красных и синих лучей спектра; доказал приложимость закона сохранения энергии к процессу фотосинтеза» (В.П. Лишевский).

Наиболее благоприятные энергетические условия для разложения углекислоты, по Тимирязеву, давали красные лучи, а самым совершенным поглотителем энергии являлся сам хлорофилл. Все это было подтверждено позднее открытием квантовой теории и исследованиями фотосинтеза другими учеными.