Для того, чтобы проводить такие тонкие опыты, Тимирязев сконструировал аппаратуру, которая давала возможность производить анализ газовой смеси с точностью до 0,001 кубического сантиметра.

Результаты этих опытов были вполне тождественны с первыми: наибольшее разложение углекислоты совпадает с наибольшим поглощением хлорофиллом энергии, оба явления достигают своего максимума в красных лучах.

Этот вывод Тимирязев подтверждает и другим изящным опытом, в котором при помощи той же установки отбрасывает тонкую полоску спектра на обескрахмаленный (предварительно выдержанный в темноте) живой лист гортензии и, проявляя его через несколько часов раствором иода, получает наиболее интенсивное окрашивание, а следовательно, и наибольшее накопление крахмала в том же участке красных лучей, где происходит максимальное разложение углекислоты.

При помощи же специально сконструированного микроспектроскопа он получает в поле зрения микроскопа спектр с булавочную головку и, рассматривая хлорофилловые зерна живого листа в этом спектре, видит, что в красной и синей частях спектра хлорофилловые зерна делаются черными, поглощая свет, а в зеленой или крайней красной они остаются прозрачными, не поглощая света.

Все эти опыты Тимирязева не только устранили имевшееся в науке противоречие. Они принесли решение задачи, поставленной Майером и Гельмгольцем: лучи, поглощенные листом, его хлорофилловыми зернами, затрачиваются на химический процесс разложения углекислоты, на создание органического вещества, на превращение кинетической световой лучистой энергии в потенциальную химическую энергию органических продуктов фотосинтеза.

Вместе с тем получила объяснение и зеленая окраска растительности всего мира: зеленая окраска выработалась в процессе эволюции как приспособительное свойство к поглощению энергии наиболее активных красных лучей, ибо зеленый свет, как дополнительный к красному, лучше всего поглощает энергию красных лучей.

Но еще надо было объяснить, каким образом поглощение лучей хлорофиллом приводит к разложению не самого хлорофилла, а бесцветного вещества — углекислоты. Ведь фотохимические реакции происходят в том случае, если цвет самого вещества, подвергающегося воздействию, является дополнительным к цвету падающих лучей: желтая смесь газов хлора и водорода взрывается от синих лучей, а углекислота, на разложение которой затрачиваются солнечные лучи, бесцветна. Ответ на этот вопрос был найден Тимирязевым в открытиях по фотохимии Фогеля и Беккереля.

Фогель показал, что если к обыкновенной фотографической бромосеребряной эмульсии прибавить какое-либо цветное вещество, поглощающее такие лучи, к которым бромосеребряные соли сами по себе не чувствительны, то разложение их начнет происходить и в таких лучах. Дополнительное цветное вещество оказывает сенсибилизирующее действие на бромосеребряные соли, делая их более чувствительными к падающим лучам.

Беккерель продемонстрировал Тимирязеву следующий опыт. Он поместил несколько капель спиртового раствора хлорофилла на фотографическую пластинку и выставил ее на солнечный спектр: в красной части обозначалась абсорбционная полоса хлорофилла. Итак, разгадка была найдена: хлорофилл по отношению к углекислому газу, разлагающемуся в процессе фотосинтеза, является сенсибилизатором. После установления английским физиком Абнеем того факта, что сенсибилизатор сам частично должен разлагаться в поглощаемых лучах, Тимирязев предпринял новое исследование, в котором показал, что максимум разложения хлорофилла в растворах приходится на красные лучи, а в живых листьях обесцвечивания хлорофилла не наблюдается, так как одновременно происходит и его восстановление.

Для дальнейшего обоснования своего вывода о том, что существует связь между поглощением света хлорофиллом и разложением углекислоты, между затраченной силой и производимой работой, Тимирязев ищет второй максимум разложения углекислоты в синих лучах, ибо его спектральные исследования показали, что второй максимум поглощения хлорофилла лежит в синих лучах. Опыты приносят ожидаемый результат: если поглощение света в левой половине спектра по отношению к правой половине выражается в цифрах 100:70, то разложение углекислоты в этих участках спектра выражается цифрами 100:54.

Всеми этими опытами Тимирязев всесторонне показал, что оптическим и химическим сенсибилизатором зеленого листа является хлорофилл — основное звено, связывающее Солнце, лучистую солнечную энергию и жизнь на Земле.

Итак, задача, поставленная Майером и Гельмгольцем, была как будто решена, те опыты, о которых мечтал Гельмгольц, были выполнены. Дано также и объяснение зеленому цвету — эмблеме всего растительного царства в свете эволюционной теории Дарвина. Но решение задачи было неполным. Впереди оставалось еще самое трудное: нужно было иметь смелость выступить против мировые авторитетов физики и во всеуслышание заявить, что растение, выполняя свою космическую роль по улавливанию солнечной лучистой энергии для создания органического вещества на земной планете, в процессе эволюции приспособилось больше всего к улавливанию красных лучей, обладающих наибольшей тепловой энергией.

Такая смелость была нужна, ибо современная Тимирязеву физика учила, что наибольшим тепловым эффектом обладают лучи, лежащие за пределами видимого спектра, — инфракрасные лучи.

Горячо убежденный в правоте своих взглядов, Тимирязев сделал этот смелый шаг. «…Ходячие воззрения на распределение тепловой энергии относятся только к призматическому спектру, в котором тепловой эффект различных частей зависит не только от специфического свойства данного луча, но и от различия в дисперсии. В невидимой темной части лучи наиболее скучены, в видимой, наоборот, наиболее рассеяны. Единственным средством для изучения теплового эффекта различных лучей являлось исследование распределения теплоты в спектре нормальном, и в этом случае… представляется возможным, что maximum теплового действия окажется именно в той части спектра, которая соответствует абсорбционной полосе хлорофилла, где лежит и maximum разложения углекислоты»[14].

Десять лет спустя исследования американского физика Ланглея и английского физика Абнея полностью подтвердили правоту утверждения Тимирязева.

Исключительный пример в науке, когда физиолог на основании своих биологических данных вскрыл ошибку и предвосхитил открытие в такой точной науке, как физика. Причиной этого явилось то, что Тимирязев мастерски владел как экспериментальными методами, так и могущественным методом научного познания, историческим методом в биологии.

В современной литературе по фотосинтезу встречаются соображения о том, что после создания квантовой теории света и согласно закону Эйнштейна важно не общее количество энергии, поглощаемой веществом, а число квант, поглощаемых в единицу времени, и величина отдельных квант. Варбург на этом основании доказывал, что количество энергии одного кванта увеличивается от красных длинноволновых лучей к синим коротковолновым и в том же направлении должна увеличиваться фотосинтетическая активность света.

Но расчеты количества квантов в солнечном спектре показывают, что максимум концентрации квантов света падает как раз на область красного света и красные лучи должны быть наиболее эффективны в своем фотохимическом действии. Не зная квантовой теории света и опираясь на современную ему волновую теорию, Тимирязев уже тогда подчеркивал, что разрушение частиц углекислоты в волнах светового эфира происходит, как и следовало ожидать, «не там, где… колышет тяжелая зыбь, не там, конечно, где… пробегает быстрая, но мелкая рябь, а там именно, где высокие валы то взбрасывают… на крутые гребни, то низвергают в глубокие бездны»[15].

Классические работы Тимирязева над проблемой энергетики фотосинтеза остаются и навсегда останутся образцом синтеза глубоких творческих идей и совершенного экспериментального искусства.

Итог всей 35-летней деятельности в области фотосинтеза растений Тимирязев подвел в своей замечательной «Крунианской» лекции, названной им «Космическая роль растения» и прочитанной по особому приглашению в Лондонском королевском обществе в 1903 году. Слушателями Тимирязева были здесь такие крупнейшие ученые, как Кельвин, Рамзей, Листер, Гукер, Крукс, Гальтон и Френсис Дарвин. Эта лекция, построенная исключительно стройно и логично, поразила всех слушателей и своим содержанием и формой и принесла Тимирязеву мировую славу.