ФОТОБИОЛОГИЯ
раздел
биологии, изучающий процессы, протекающие в организмах под действием видимого,
ультрафиолетового и ближнего инфракрасного излучения. Влияние света на
рост, развитие и многообразные функции организмов известно с древнейших
времён. Начало Ф. было положено в 18-19 вв. открытием фотосинтеза (англ.
химик Дж. Пристли, голл. учёный Я. Ингенхауз, швейц. исследователь Ж. Сенебье),
разработкой основ теории цветового зрения (Г. Гельмголъц), описанием
фототаксиса и др. Однако как самостоятельное научное направление
Ф. сформировалась лишь во 2-й пол. 20 в. благодаря развитию квантовой теории
излучения, к-рая составляет физич. основу Ф., а также прогрессу в биохимии,
биофизике, физиологии и внедрению новых методов исследования (дифференциальная
и импульсная спектрофотометрия, измерение люминесценции, методы,
основанные на электронном парамагнитном резонансе, и т. д.). Фундаментальные
исследования А. Н. Теренина и его школы в области спектроскопии,
фотохимии и фотоники сложных молекул стимулировали развитие Ф. в СССР.
Ф. связана практически со
всеми сторонами жизнедеятельности растений и животных. В соответствии с
функциональной ролью изучаемых явлений можно выделить разделы Ф., изучающие:
энер-гетич. процессы, связанные с запасанием солнечной энергии в синтезируемых
биол. соединениях (фотосинтез растений); информационные и регуляторные
реакции организмов на действие света (зрение животных, фототаксис, фототропизм,
фотопериодизм, влияние света на синтез витаминов, пигментов и т. д.,
фотостимуляция роста и развития, клеточного деления); биол. действие ультрафиолетового
излучения; деструктивные фотопроцессы (фотоденатурация и фотоокисление
белков, фотоинактивация ферментов и нуклеиновых к-т, поражение клеток и
тканей при ультрафиолетовом облучении, фотодинамич. действие видимого света
и его влияние на процессы репарации после повреждения клеток ультрафиолетовым
излучением); влияние излучений на эволюционный процесс, зарождение жизни
и поддержание экологического равновесия. К объектам изучения Ф. часто относят
биолюминесценцию -испускание света организмами в результате преобразования
хим. энергии в световую. Несмотря на разнообразие перечисленных фотобиологич.
явлений, их объединяет общность природы начальных фото-физич. и фотохимич.
стадий. Это обусловило развитие направления Ф., изучающего принципы и молекулярные
механизмы фотобиол. процессов. К общим проблемам Ф. относятся: выяснение
принципов преобразования энергии квантов света в энергию хим. связей и
в электрич. потенциал на биомембранах; сопряжение фотохимич. и "темновых"
ферментативных стадий в фотобиологических процессах; изучение молекулярной
организации фоторецепторов и их функции, выяснение причин высокой эффективности
фотобиол. процессов и т. д. Очевидно, что для решения этих проблем необходим
переход к субклеточному и молекулярному уровням, чем и обусловлено быстрое
развитие молекулярной Ф.
Для осуществления фотобиол.
процессов необходимо наличие в организмах пигментов-фоторецепторов, избирательно
поглощающих свет и локализованных в специальных клеточных структурах -
хлоропластах высших растений, хроматофорах водорослей и бактерий,
меланофорах животных клеток, в палочках и колбочках сетчатки глаза.
К пиг-ментам-фоторецепторам растений относятся хлорофиллы, их разнообразные
аналоги и производные, каротиноиды, фикобилины (в т. ч. фитохром),
нек-рые коферменты (флавины) и др., к пигментам животных - зрительные пигменты,
меланины (наиболее важные). По отношению к ультрафиолетовой области спектра
фоторецепторами являются аро-матич. аминокислоты белков, нуклеиновые к-ты
и мн. др. биологически активные соединения. Согласно совр. представлениям,
молекулярный механизм фотобиол. процессов можно представить как чередование
следующих стадий: поглощение кванта света фоторецептором с образованием
синглетных и триплетных возбуждённых состояний (в нек-рых случаях с последующей
миграцией энергии электронного возбуждения к активному центру);
первые фотохимические или структурные изменения молекул; сопряжение фотохимич.
и ферментативных стадий, ведущее к конечному физиол. эффекту.
Ф. служит теоретич. фундаментом
повышения продуктивности фотосинтеза с.-х. растений, искусств. культивирования
растений, интенсификации развития с.-х. животных, использования излучений
в мед. практике и в борьбе с загрязнением окружающей среды. Исследования
в области Ф. тесно связаны с проблемой биол. использования солнечной энергии
и созданием искусств. систем на основе принципов фотобиол. явлений (получение
водорода при биофотолизе воды и др.), с применением лазерного излучения
в биологии и др.
В СССР исследования по Ф.
проводятся в н.-и. ин-тах системы АН СССР (Ин-т биохимии им. А. Н. Баха,
Ин-т физиологии растений им. К. А. Тимирязева, Ин-т фотосинтеза, Ин-т биофизики),
Ин-те фотобиологии АН БССР (Минск), на биол. ф-те МГУ, во 2-м Моск. мед.
ин-те и в ряде др. н.-и. учреждений. Работы по Ф. публикуются в журналах:
"Доклады Академии наук СССР" (с 1922), "Биофизика" (с 1956), "Биохимия"
(с 1936), "Молекулярная биология" (с 1967) и др. В США издаётся между нар.
журн. "Photochemistry and Photobiology" (с 1962).Учёных, работающих в области
Ф., объединяет Междунар. к-т по Ф. (создан в 1951, с 1955 входит в Междунар.
союз биол. наук), в задачи к-рого входит развитие фотобиологич. исследований
и организация Междунар. конгрессов. Всего состоялось 7 конгрессов: в 1954
(Амстердам), в 1957 (Турин, Италия), в 1960 (Копенгаген), в 1964 (Оксфорд,
Великобритания), в 1968 (Хановер, США), в 1972 (Бохум, ФРГ), в 1976 (Рим).
Лит.: Теренин А. Н.,
Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений, Л.,
1967; Смит К., Хэнеуолт Ф., Молекулярная фотобиология, пер. с англ., М.,
1972; Конев С. В., Болотовский И. Д., Фотобиология, Минск, 1974; Красновский
А. А., Преобразование энергии света при фотосинтезе. Молекулярные механизмы,
М., 1974; Wо1ken J. J., Photobiology, N. Y., 1968; Photophysiology, v.
1-7, N. Y.- L., 1964-75.
А. А. Красновский, ф.ф.
Литвин.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я