ФОТОБИОЛОГИЯ

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.