ФОТОБИОЛОГИЯ

ФОТОБИОЛОГИЯ — раздел биологии, изучающий процессы, протекающие в биологических объектах под действием светового (оптического) излучения.

Фотобиол. активностью обладает свет в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах (см. Свет, биологическое действие). Фотобиол. процессы широко распространены в живой природе. Среди них можно выделить процессы, связанные с накоплением солнечной энергии в синтезируемых соединениях,— фотосинтез (см.); регуляторные и информационные реакции, протекающие в организмах под действием света, — зрение (см.), фототаксис (см. Таксисы) и фототропизм (см. Тропизмы), фотостимуляция роста и развития, синтеза витаминов, пигментов и гормонов; различного рода деструктивные процессы, протекающие в организмах при их облучении светом и др. (см. Фотосенсибилизация).

Основы Ф. были заложены в середине 19 в. при исследовании такого фундаментального процесса, как фотосинтез. Последующее развитие Ф. обусловлено появлением квантовых представлений в физике (см. Квантовая биология), разработкой теоретических и экспериментальных основ фотохимии (см.) и спектроскопии (см.), потребностями биологии, медицинской и с.-х. практики. Прогресс Ф. связан с успехами: биохимии (см.), биофизики (см.),, молекулярной биологии (см.), физико-химической биологии (см.) И других наук.

В рамках Ф. исследуют самые различные по своей природе и функции фотобиол. процессы. Особый интерес представляет изучение общих для них этапов: начальных стадий (поглощение квантов лучистой энергии и электронное возбуждение молекул фоторецепторов); дальнейшей стабилизации энергии в результате фотохимической реакции (см.); образования и превращения лабильных фотопродуктов (свободных радикалов, ион-радикалов окисленных и восстановленных форм и др.). Последующие биохим. реакции и физиол. ответ на уровне сложной системы (клетка, ткань, организм), представляют значительный интерес для Ф. как итоговый результат фотобиол. процесса.

Фотобиол. процессы можно разделить на две группы, соответствующие двум направлениям Ф.

Первая группа объединяет фотобиол. процессы, к-рые имеют приспособительный характер и протекают в специализированных структурах, таких как хлоропласты (см. Клетка), палочки и колбочки сетчатки (см.), обеспечивающих использование света в процессах жизнедеятельности клеток и организма. В этой группе можно выделить ряд фотобиол. процессов, связанных с синтезом биологически важных соединений и осуществляемых за счет энергии поглощенных квантов. Наиболее известен из них фотосинтез, наблюдаемый у зеленых растений, водорослей и бактерий, являющийся по существу единственным биол. процессом, в к-ром происходит увеличение свободной энергии (см. Термодинамика), т. к. процессы жизнедеятельности других организмов осуществляются за счет энергии, накапливаемой фотосинтезирующими организмами. К этой же группе фотобиол. процессов относится зрение, фототаксис и фототропизм, а также фотопериодизм растений. Они не связаны с накоплением световой энергии, и роль их заключается в получении информации, источником к-рой служат различные параметры света. С помощью зрительной информации животные получили возможность ориентироваться в окружающей обстановке. Растения и животные, используя информацию о характере солнечной радиации (см.), способны регулировать свой рост, формообразовательные процессы, периодический ритм активности (суточный, сезонный) — так наз. явление фотопериодизма. С таких же позиций можно рассматривать фото-биол. процессы, лежащие в основе таких малоисследованных, но важных явлений, как фотостимуляция и фоторегуляция роста, развития на разных уровнях организации биол. объектов (клетки, ткани, организм) .

Вторая группа фотобиол. процессов включает процессы, приводящие к повреждению структур, нарушению их функций. Роль биол. организации здесь может заключаться в защите от повреждающего действия (напр., синтез пигмента меланина при загаре), репарации генетических повреждений (см.).

УФ-облучение сопровождается денатурацией (см.) и инактивацией белков (ферментов), нуклеиновых к-т, окислением липидов, повреждением биол. мембран. С активацией различных биохим. процессов связано бактерицидное действие ультрафиолетового излучения (см.), повреждение клеток и тканей, эритема (см.). Поглощение УФ-излучений нуклеиновыми к-тами и другими соединениями может сопровождаться индукцией профагов (см. Лизогения) , мутагенными и онкогенными эффектами, служить одним из факторов, определяющих уровень мутационной изменчивости нек-рых организмов. Абиогенный синтез биологически важных соединений под действием УФ-излучений, возможно, послужил предпосылкой возникновения жизни на Земле (см. Жизнь). Ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение стали относить к важнейшим факторам эволюции биосферы и поддержания экологического равновесия (см. Эволюционное учение).

Современный период развития Ф. наряду с углубленным изучением молекулярных механизмов отдельных процессов характеризуется тенденцией к объединению частных направлений и построению общей Ф., целью к-рой является выяснение фундаментальных принципов и механизмов фотобиол. реакций, способов их регуляции, эволюции фотобиол. систем для управления фотобиол. процессами, создания искусственных фотоэнергетических, фото-информационных и других систем. К проблемам Ф. относится выяснение общих принципов накопления энергии, структурно-функциональной и временной организации фоторецепторов (см.), роли мембранных структур (см. Мембраны биологические) в сопряжении первичных и последующих стадий фотобиол. процесса, изучение универсальных механизмов защиты от повреждающего действия излучений, а также разработка проблемы общности процессов различной природы (в частности, фотоэнергетически х, фото информационных и фоторегуляторных), в основе к-рой лежат их эволюционно возникшие взаимосвязи и др.

Для решения этих проблем важнейшее значение приобретает применение самых современных методов: регистрация сверхбыстрых (10-10—10-13 сек.) процессов, использование высокочувствительных методов дифференциальной спектроскопии, люминесцентной спектрофотометрии (см. Люминесценция, Спектрофотометрия), лазерной техники (см. Лазер), методов электронного парамагнитного резонанса (см.), ядерного магнитного резонанса (см.), применение низких и сверхнизких температур, препаративных методов современной молекулярной биологии и биохимии и др.

Достижения Ф. служат теоретической основой для прикладных исследований в области медицины, биотехнологии, сельского хозяйства, охраны окружающей среды. Медикобиологическое направление в Ф. охватывает широкий круг проблем, связанных с выяснением особенностей воздействия излучения на клетки, ткани и организм в норме и при патологии с целью использования результатов исследований в курортологии, дерматологии, онкологии, а также для борьбы с патогенными микроорганизмами, лечения заболеваний фоторецепторных структур сетчатки. Эти исследования способствуют внедрению новых методов лечения, таких, напр., как лазерная техника в хирургии, офтальмологии, фототерапия (см. Светолечение).

Исследования по Ф. ведутся в Ин-те биохимии им. А. Баха АН СССР, Ин-те биофизики АН СССР, Ин-те почвоведения и фотосинтеза АН СССР, Ин-те фотобиологии АН Белорусской ССР (Минск), в МГУ им. М. В. Ломоносова, в ряде мед. вузов. Существует Международный комитет по фотобиологии, организующий международные конгрессы по этому разделу биологии.


Библиогр.: Конев С. В. и Волотовский И. Д. Фотобиология, Минск, 1979; Красновский А. А. Преобразование энергии света при фотосинтезе, М., 1974; Смит К. и Xэнеуолт Ф. Молекулярная фотобиология, пер. с англ., М., 1972; ГЬо to physiology, ed. by A. С. Giese, v. 1—8, N. Y.— L., 1904 —1973.



Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание