научная статья по теме ПРОБЛЕМЫ ВОДНОГО РЕЖИМА И ПРОДУКТИВНОСТИ РАСТЕНИЙ В ТРУДАХ ЛЬВА КОНСТАНТИНОВИЧА КАЙБИЯЙНЕНА (1937-2004 ГГ.) Биология

Текст научной статьи на тему «ПРОБЛЕМЫ ВОДНОГО РЕЖИМА И ПРОДУКТИВНОСТИ РАСТЕНИЙ В ТРУДАХ ЛЬВА КОНСТАНТИНОВИЧА КАЙБИЯЙНЕНА (1937-2004 ГГ.)»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 4, с. 636-640

ЛЮДИ НАУКИ

ПРОБЛЕМЫ ВОДНОГО РЕЖИМА И ПРОДУКТИВНОСТИ РАСТЕНИЙ В ТРУДАХ ЛЬВА КОНСТАНТИНОВИЧА КАЙБИЯЙНЕНА

(1937-2004 гг.)

27 января 2004 г. ушел из жизни Лев Константинович Кайбияйнен, доктор биологических наук, заслуженный деятель науки Республики Карелия, главный научный сотрудник лаборатории физиологии и цитологии древесных растений Института леса Карельского научного центра РАН, известный специалист в области экологической физиологии древесных растений.

Лев Константинович родился 20 августа 1937 г. в с. Дудергоф Красносельского р-на Ленинградской обл. в крестьянской семье. В 40-е года семья несколько раз была интернирована, и только после 1949 г. ей удалось поселиться в Карелии. В 1960 г. Лев Константинович закончил физико-математический факультет Петрозаводского государственного университета и остался работать на кафедре экспериментальной физики. В 1965 г. он защитил кандидатскую диссертацию.

Переход в совершенно новую для него область -экологическую физиологию, не был случайностью. Лев Константинович уже в студенческие годы проявлял большой интерес к философии, и особенно русской философии начала 20-го века, причем не только к запретным в то время книгам Н. Бердяева, С. Булгакова, И. Ильина, но и к текто-логии (всеобщей теории организации) А.А. Богда-

нова. В 60-е годы в течение нескольких лет он был активным участником философского семинара, состоящего в основном из биологов и медиков, где обсуждались вопросы системного подхода, изучались труды Р. Винера, Л. фон Берталанфи, И. Шмальгаузена, Н.В. Тимофеева-Ресовского и др. Именно в это время у него сформировался устойчивый взгляд на живой организм как на самоорганизующуюся систему, характеризующуюся не только пространственным строением, но и определенной структурой процессов, органически связанную со временем. Большинство процессов на микро- и макроуровнях организации живых и растительных организмов имеет периодический характер. Сюда включаются и биохимические процессы (ферментативные реакции), протекающие на уровне клеток, и физиологические процессы, происходящие на уровне целого организма. Универсальной характеристикой живых систем является ритм, отражающий единство изменчивости и устойчивости, имеющий организующее и регулирующее значение. Именно ритм согласует отдельные части процессов и объединяет их в единое целое. Как физик-экспериментатор Л.К. Кайбияйнен увидел, что существующие современные средства физики и электроники позволяют решить целый ряд задач в исследованиях живых систем.

Трудно сказать, чем бы закончились эти теоретические искания, если бы не помог случай. Перейдя вслед за своим учителем, проф. Ю.С. Тер-минасовым, в один из оборонных институтов Куйбышева, Лев Константинович попал в сугубо чуждую ему техническую среду. Он быстро понял, что ему тесно в рамках исследования узкой области металлофизики, имевшей в основном прикладное значение. Вернувшись через полтора года в Петрозаводск, Лев Константинович не стал восстанавливаться на кафедре экспериментальной физики, а пришел к директору Института леса (тогдашнего Карельского филиала АН СССР) В.И. Ермакову, изложил ему свои идеи и предложил организовать группу, которая исследовала бы древесные растения с помощью биофизических методов. В результате 33-летний физик кардинально изменил свою судьбу и с головой окунулся в практически неведомую для него область. Постепенно появлялись единомышленни-

ки, приборы, полевая база, происходила кристаллизация и трансформация основных теоретических идей в направлении их практического воплощения.

В своих первых работах, изучая электрокинетические явления в тканях растущих древесных растений [1, 2], Лев Константинович сформулировал в рамках системного подхода основные требования к постановке будущих экспериментов. Они заключались в следующем: а) длительная автоматическая регистрация нескольких физиологических процессов должна идти параллельно с подобной же регистрацией изменяющихся внешних условий, б) изучение той или иной функции организма не должно нарушать его нормальной жизнедеятельности. Условия внешней среды рассматривались при этом как "пусковые механизмы". Особое внимание уделялось периодичности процессов, закономерно изменяющимся факторам внешней среды и их связи с суточными и сезонными ритмами физиологических процессов растения, согласованности ритмов между собой [3].

Уже в первые годы определилось основное направление научной деятельности Л. К. Кайбияй-нена - исследование водного режима древесных растений. Под его руководством были разработаны методы непрерывных измерений относительных скоростей водных потоков в ксилеме, созданы многоканальные установки автоматического действия для измерения транспирации, температурного режима стволов деревьев, температуры и влажности почвы. Этому предшествовала большая работа по конструированию, изготовлению, внедрению температурных, влажностных, тензио-метрических, радиационных и др. датчиков [1, 2, 4]. Активно велось сотрудничество с лабораториями ленинградских институтов АФИ, ЛЭТИ, с Институтом астрофизики и физики атмосферы АН ЭССР, Всесоюзным НИИ системных исследований АН СССР. Осваивались новые методы определения водных потенциалов побегов и почвы, был внедрен тепловой импульсный метод для измерения абсолютной скорости потоков в ксилеме [5]. Применялись также традиционные методы исследования оводненности ствола и хвои и определения скоростей и пространственного распределения водных потоков в стволе (использование красителей). Помимо стационарных установок создавались переносные приборы для массовых измерений транспирационных потоков в различных насаждениях [6, 7].

В 1971 г. Лев Константинович организовал лесной стационар на берегу оз. Габозеро в 50 км к северу от Петрозаводска. С середины 70-х годов наряду со всесторонним изучением водного режима растений большое внимание уделялось исследованиям СО2-газообмена, а также апикального и радиального роста дерева. Использование точ-

ных газовых смесей для градуировки газоанализатора расширило возможности проведения газометрического мониторинга, в частности позволило с точностью до 1 мкмоль/моль измерять потоки СО2 в лесном ценозе и изучать их суточную динамику. Лев Константинович придавал большое значение совершенствованию методик, повышению их точности и надежности. Работа в этом направлении велась им до последних лет. В 1976 г. под его руководством был завершен монтаж автоматической установки для непрерывной регистрации факторов среды и основных физиологических процессов у деревьев в сосняке черничном. Информация с датчиков фиксировалась на 65 каналах [8] многоточечными электронными потенциометрами. Сигналы унифицировались в области 10-100 мВ постоянного тока, что позволяло в дальнейшем использовать микропроцессорную технику. Максимальное время, через которое записывался сигнал с одного датчика, составляло 6 мин (СО2-газообмен, транспирация). Большая же часть сигналов записывалась с периодичностью около 1 мин. В 1982 г. система была продублирована в упрощенном варианте для передвижной лаборатории и использовалась при изучении СО2-газообмена и водного режима в других типах леса. Научно-технические достижения Льва Константиновича в 1978 г. были отмечены серебряной медалью ВДНХ.

Издание методического сборника в издательстве "Наука" в 1979 г. [8], где были подробно описаны все основные методики, позволило передавать опыт другим исследовательским группам этого направления. На полевой базе "Габозеро" с конца 70-х годов более 20 лет проходили стажировку, обменивались опытом, ставили совместные эксперименты десятки исследователей не только из нашей страны, но и ученые из Финляндии, Швеции, США, Китая, Чехословакии и др. стран. Особенно тесные контакты установились с учеными Финляндии [9, 10]. С 1981 г. по 2003 г. Л.К. Кайбияйнен являлся координатором пяти международных проектов, разрабатываемых по Соглашениям между АН СССР, РАН и Академией Финляндии и университетом Хельсинки.

Большой организаторский талант Льва Константиновича сделал возможным проведение длительного, уникального для тех лет эксперимента по измерению физиологических процессов и внешних факторов среды на протяжении 19771979 гг. Запись процессов проводилась с конца марта до середины ноября практически без перерывов, и требовала большого напряжения сил. Одновременно велись работы по усовершенствованию и модернизации установок. Система функционировала и в последующие годы, но время ее работы уже ограничивалось 4-5 мес. в год со значительными перерывами.

Новаторским был и подход Льва Константиновича к интерпретации результатов. Полученные массивы данных, по 25-30 тыс. наблюдений за сезон, позволили применять для обработки результатов методы статистического анализа временных рядов. Массивы разбивались как последовательность нестационарных участков (трендов) и близких к стационарным участков. Для разных фенологических фаз развития дерева рассчитывали автокорреляционные и взаимокорреляционные функции физиологических процессов, применяли спектральный и Фурье-анализ. Определялись также количественные параметры организации ритмических процессов [8, 11]. У ряда процессов наряду с циркадными ритмами были выявлены скрытые частоты: 12-часовые, 3-6-часовые, а в дальнейшем и 3-4-минутные колебания. Задачей-максимум являлось создание динамической модели продукционного процесса на математической базе временных рядов, что трудно осуществимо и при современном уровне вычислительной техники.

Полученные обширные материалы были использованы международной группой ученых Финляндии, Эстонии и РФ, которая разработала полуэмпирическую модель биопродукционного процесса в лесных ценозах с использованием иерархии структурных уровней: растительное сообщество-растение-элементарный объем (объем побега). В модель вводились коэффициенты регуляции процессов на уровне растения, функции распределения ассимилятов по органам и распределения масс в пологе древостоя. Были проведены дополнительные эксперименты, необходимые для идентификации введенных параметров. Растения рассматрив

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком