История биологии с начала XX века до наших дней

Важные данные получены в 60-х годах о структуре и функции хлоропластов. Электронно-микроскопические наблюдения и исследования биохимического состава и ферментативной активности этих органелл позволили установить наличие у них ламеллярной (пластинчатой) структуры. Ламеллы состоят из тонких чередующихся друг с другом слоев белка и липоидов. Через определенные промежутки несколько ламелл соединяются между собой, образуя в местах соединения уплотненные плоские участки — граны. Каждый слой ламелл в свою очередь состоит из плотно прилегающих частиц, внешне напоминающих зернистую поверхность. Впервые эти частицы были обнаружены на электронных микрофотографиях Э. Штейнмана (1955). М. Кальвин (1962) назвал их квантосомами.

В хлоропластах уже к началу 50-х годов были найдены почти все ферменты, участвующие в метаболизме растений, что позволило H.М. Сисакяну (1954) характеризовать эти пластиды как «депо энзимов». Наибольшее внимание было уделено изучению пиридиннуклеотидредуктазы, трансгидрогеназы и ферментам фосфорного обмена — АТФазы, фосфатаз и др.

Важнейшим событием было обнаружение в конце 50-х — начале 60-х годов в хлоропластах рибосом, что окончательно утвердило мнение о возможности синтеза белка в хлоропластах (П. Тсо, 1958; В. Литлтон, 1962; Г. Брауерман, 1963; и др.).

До начала 40-х годов считалось общепризнанным, что процессы дыхания, фотосинтеза и ряд других биохимических реакций неразрывно связаны с растительной клеткой как целостной структурной единицей. Опыты Р. Хилла (1939), а затем А.Е. Бойченко (1949), Д.И. Арнона (1954, 1962) и других опровергли это мнение и в отношении хлоропластов. Исследования фрагментов этих структур привели к выводу, что даже их мельчайшие частицы содержат все фотосинтетические пигменты в таком же соотношении, как и неповрежденные клетки; передача энергии в таких фрагментах идет так же, как и в целых клетках, хотя с меньшей интенсивностью.

Новые данные получены также о структуре и функции ядра, ядерных образований и оболочки. Американские биохимики А.Е. Мирский (1963) и В.Г. Олфри (1963) обнаружили существование в изолированных ядрах процессов фосфорилирования и синтеза АТФ, доказав тем самым, что митохондрии не являются единственными структурами, в которых возможны эти процессы. В 1965 г. Дж. Боннеру удалось выделить из клеток ростков гороха хромосомы и показать, что в присутствии рибосом, аминокислот и рибозодифосфатов они и в изолированном состоянии могут синтезировать белки типа глобулинов, свойственные только этой стадии развития гороха. Электронно-микроскопические исследования позволили установить, что ядерная оболочка состоит из двух слоев — внутреннего, гомогенного, и наружного, пронизанного Порами. Последние обеспечивают возможность беспрепятственного обмена веществ между ядром и цитоплазмой (Г.Г. Галлан, 1952).

В изучении тончайших структур и функций клеточных органелл заметную роль начинают играть работы, в которых структура и функция рассматриваются в развитии. Современные цитологические исследования ведут к расшифровке физиологических процессов, протекающих во вновь открываемых субклеточных элементах. Именно эта область исследований служит наиболее ярким примером того, как все более стираются границы между биохимией, цитологией и физиологией растений и как постепенно обрисовываются контуры синтеза этих наук на более высоком уровне.

Рост и ростовые процессы.

В XX в. исследования роста и ростовых процессов приобретали все более ясно выраженную биохимическую направленность: прорастающие семена изучались с точки зрения активности различных ферментов, особенно дыхательных; ростовые процессы клетки рассматривались в тесной связи с метаболизмом не только самой клетки, но и всего растения в целом и т. д.

Бόльшая часть исследований относилась к изучению различных проявлений ростовых движений — тропизмов (фото-, гео-, гидро-, травма-, и гаптотропизмов) и настий. Кроме этих типов движений В.Н. Половцева (1909) обнаружила существование у растений аэротропизма — движения побегов и корней в направлении поступления кислорода, а Ф.М. Породко (1915) — хемотропизма — изменения направления роста при одностороннем действии химических раздражителей. Особое внимание привлекло изучение причин этих явлений.

Для объяснения геотропизма Г. Габерландт (1900–1908) и Б. Немец (1901) развили так называемую статолитную теорию, согласно которой у высших растений имеются особые органы восприятия силы тяжести, подобные отолитам животных. Аналогичных представлений Габерландт (1905) придерживался и в отношении фототропизма. Недостаточное знание биохимии ростовых процессов породило ряд механистических толкований роста, окончательный удар которым был нанесен утверждением гормональной теории тропизма, направившей изучение вопроса в новое русло — глубокого физиологического анализа этих явлений.