Основы развития ботаники

В России в XV-XVII веках переводят с греческого, латинского и европейских языков и переписывают (а позднее печатают) описания лекарственных растений («травники», или, как их тогда называли, «вертограды»). Многие из них редактировались с учётом местных условий, главным образом добавлялись указания на места произрастания тех или иных растений (например: «растеть на Руси в Драгомилове»).

XVIII век

Открытия в разных областях ботаники в XVIII в., разработка различных концепций принесли свои плоды позднее. Тем не менее это столетие в основном может быть охарактеризовано как столетие ботанической систематики и связывается главным образом с именем шведского ботаника К. Линнея. Положив в основу своей искусственной системы строение цветка, Линней разбил мир растений на 24 класса. Система Линнея не надолго пережила своего создателя, однако значение её в истории Б. огромно. Впервые было показано, что каждое растение может быть помещено в какую-то определенную категорию в соответствии с характерными для него признаками. Поистине титаническая работа, проделанная Линнеем, явилась основой для всех последующих исследований в области систематики растений. Младшие современники Линнея — французы М. Адансон, Ж. Ламарк и особенно три брата де Жюсьё (Антуан, Бернар и Жозеф) и их племянник Антуан Лоран, основываясь на работах Линнея (а также на работах Д. Рея, К. Баугина и Ж. Турнефора), разработали естественные классификации растений, где в основу тех или иных систематических групп были положены признаки «родства», под которыми, впрочем, понималась неопределённая «естественная близость». Выдающиеся натуралисты 18 в. уделяли много внимания общим вопросам Б. Так, русский академик К. Ф. Вольф в своей «Теории генерации» (1759) показал пути формирования органов растений и превращение одних органов в другие. Эти идеи особенно занимали немецкого поэта И. В. Гёте, опубликовавшего в 1790 книгу «Метаморфоз растений», полную блестящих прозрений. Наличие пола у растений окончательно было установлено немецкими ботаниками И. Кёльрёйтером, получившим и тщательно изучившим межвидовые гибриды табака, гвоздики и других растений, а также исследовавшим способы их опыления насекомыми, и К. Шпренгелем, опубликовавшим книгу «Раскрытая тайна природы в строении и оплодотворении цветов » (1793).

В XVIII в. в России шло интенсивное развитие научных исследований, в частности в созданной Петром I Академии наук в Петербурге. В её Кунсткамере начали впервые собирать ботанические коллекции. В 1714 был организован Аптекарский огород — основа будущего Императорского ботанического сада и нынешнего Ботанического института. Особое значение для развития русской и мировой Б. имели географические экспедиции АН, в которых принимали участие ботаники: С. П. Крашенинников, опубликовавший «Описание земли Камчатки», И. Г. Гмелин — автор 4-томной «Флоры Сибири», одной из первых в мире «флор» столь обширной области. Ценные работы о флоре различных областей России вместе с данными о полезных растениях собраны И. И. Лепёхиным, Н. Я. Озерецковским, П. С. Палласом и К. Ф. Ледебуром.

Систематика Карла Линнея

Карл Линней (1707 - 1778) родился на севере Швеции в деревне  Роэс-гульт в семье деревенского пастора.

Первое издание основного труда Линнея «Система природы» (1735) первоначально имело 14 страниц. В течение жизни он 11 раз дополнял и переиздавал его, так что 12-е, последнее прижизненное издание (1769) содержало уже 2300 страниц. Помимо этого им были опубликованы «Роды растений» (1737), «Флора Швеции» (1745), «Фауна Швеции» (1746), «Флора Зеландии» (1747), «Лекарственные вещества», (т. 1-3, 1749-63), «Философия ботаники» (1751), «Виды растений» (1753), «Роды болезней» (1763), «Ключ к медицине» (1766) и другие исследования. Он вел обширную переписку со многими натуралистами Европы, обменивался коллекциями и семенами растений.

После смерти Линнея его библиотека, рукописи и коллекции были проданы вдовой английскому натуралисту Ф. Смиту, который в 1788 г. основал в Лондоне «Линнеевское общество», существующее и ныне как один из крупнейших научных центров [5].

Принципы систематики изложены Линнеем в «Философии ботаники», а остальные работы представляют собой последовательное применение этих принципов. Все естественные объекты он делит на три царства. Вот как он описывает их в первых параграфах «Философии ботаники» в характерном для него лапидарном стиле:

«§1. ВСЕ, что встречается на земле, принадлежит элементам и натуралиям.

§2. НАТУРАЛИИ распределяются по трем царствам природы: камней, растений и животных.

§3. КАМНИ растут. РАСТЕНИЯ растут и живут. ЖИВОТНЫЕ растут, живут и чувствуют».

Система Линнея, как и система Турнефора, была иерархической и политомической, но он выделял не три, а пять категорий: класс, порядок (отряд), род, вид и разновидность.

Самым главным изобретением Линнея был диагноз, то есть такое краткое описание, которое позволяет отличить вид от всех остальных видов данного рода, род - от остальных видов порядка, а порядок - от всех остальных порядков класса. Вопреки широко распространенному мнению он считал бинарные названия видов «обиходными названиями» и приводил их на полях, а научными («правильными») названиями считал именно диагнозы, состоящие из нескольких (не более 12) слов. Для составления диагнозов он ввел строгие правила, большинство из которых сохраняет свое значение до настоящего времени.

Этот подход, во-первых, позволял резко сократить объем описаний, а    во-вторых, давал возможность быстро определить неизвестное растение или животное. Потому не удивительно, что все биологи сразу же взяли его на вооружение. О преимуществах системы Линнея свидетельствует динамика описания новых видов растений. Теофрасту было известно 450, а Диоскориду около 500 видов растений. Полтора века спустя после Диоскорида картина не изменилась [12,17].

Все растения Линней разделил на 24 класса, различающихся по строению цветков. Первые 13 классов он различал по числу тычинок. К XIV и XV классам он отнес растения с разной длиной тычинок, к XVI — XIX классам - растения со сросшимися тычинками, различающиеся разным характером их срастания, к XX классу - растения со сросшимися тычинками и пестиком, к XXI - XXIII классам - однодомные, двудомные и растения у которых часть цветков однополые, а часть двуполые. В XXIV класс вошли растения, не имеющие цветков (тайнобрачные).

Как система животных, так и система растений Линнея были искусственными, поскольку были основаны на небольшом числе произвольно взятых признаков и не отражали действительного родства между разными формами. В один класс растений могли входить далекие друг от друга виды, которые объединял лишь один общий признак, например число тычинок. На основании одного лишь общего признака (строения клюва) он относил страуса, казуара, павлина и курицу к одному отряду. Но Линней сам отлично понимал искусственность своей системы, и считал, что поиск естественной системы (по его представлению - той системы, которой Бог руководствовался при творении видов) - важнейшая задача будущих систематиков.

По убеждениям Линней стоял на позициях креационизма, то есть считал, что все виды были созданы Богом и остаются неизменными. Им была выдвинута типологическая концепция вида, согласно которой имеется некоторый идеальный тип вида, созданный Богом (как идея Платона), но все реальные представители каждого вида - лишь частичное отражение этой идеи. Все отклонения от типа являются результатом воздействия внешних условий. Естественно, при таком подходе вид понимается как реальная категория, поскольку виды четко обособлены и промежуточные формы между ними отсутствуют. Критерием же вида является его воспроизводимость в потомстве.

Хотя большинство биологов с восторгом приняло идеи Линнея, были и противники его подхода к классификации. Самым ярым его противником был Ж.Бюффон, выступавший с резкой критикой системы Линнея на страницах «Естественной истории». Впрочем, нелюбовь была обоюдной. Линней назвал в честь Бюффона ядовитое растение (Bufonia) и жабу (Bufo bufo) [18].

XIX—XX века

XIX век ознаменовался интенсивным  развитием естествознания в целом. Бурное развитие получили и все отрасли Б. Решающее влияние на систематику оказала эволюционная теория Ч. Дарвина. Воспринятая большинством ботаников, теория Дарвина поставила перед ними задачу создания филогенетической системы растительного мира, которая отражала бы последовательные этапы развития мира растений. Первые системы 19 в. швейцарских ботаников О. П. Декандоля и его сына А. Декандоля, английских ботаников Дж. Бентама, У. Гукера и др. (с 1825 по 1845 было предложено около 25 подобных систем классификаций растительного мира) ещё не рассматривали проблему происхождения одних групп растений от других, но стремились к наибольшей «естественности», т. е. к соединению в группы растений, наиболее схожих друг с другом по важнейшим признакам их организации. Оперируя с огромным числом растений практически всех континентов, эти системы (особенно Бентама и Гукера и, отчасти, Декандоля) были настолько логично построены, что дожили почти до наших дней (первая — у английских и, отчасти, у североамериканских ботаников, вторая — у ботаников стран французского языка). Тем не менее, будущее принадлежало филогенетическим системам, первая из которых (опубликована в 1875) принадлежит немецкому ботанику А. В. Эйхлеру. Наибольшее же распространение получила система, разработанная немецким ботаником А. Энглером, который совместно со своими сотрудниками в 20-томном сочинении «Естественные семейства растений» (1887-1911) довёл систему растений до рода, а иногда и до вида. Исследования, проведённые главным образом в 1-й половине 20 в., показали, что большинство принципов, положенных Энглером в основу своей системы, были ложными, но его работу нельзя и недооценивать. Противниками взглядов Энглера были американский ботаник Ч. Э. Бесси, немецкий — Х. Галлир и английский — Дж. Хатчинсон. Основные их разногласия с Энглером относились к систематике покрытосеменных (цветковых растений), наиболее примитивной группой которых они считали многоплодниковые (типа магнолии), в то время как Энглер исходной группой покрытосеменных считал однодольные, а среди двудольных — т. н. серёжкоцветные (типа ив и тополей); его противниками были и русские ботаники Х. Я. Гоби, Б. М. Козо-Полянский, А. А. Гроссгейм и др. В последние годы наблюдается некоторое единодушие во взглядах ботаников на принципы построения системы высших растений, широкое признание получила система, разработанная советским ботаником А. Л. Тахтаджяном.

Не меньшее внимание уделялось в XIX и начале XX вв. и низшим растениям. В результате работ миколога Х. Г. Персона, работавшего в Германии и Франции, шведского лихенолога Э. Ахариуса, русских ботаников Л. С. Ценковского, И. Н. Горожанкина, немецких микологов А. де Бари и О. Брефельда, русского миколога М. С. Воронина, советского ботаника А. А. Ячевского и многое др. были собраны обширные сведения о водорослях, грибах, лишайниках, позволившие не только построить их рациональную классификацию, но и оценить их значение в биосфере. Особое развитие получила микология, главным образом в связи со значением грибов в качестве возбудителей болезней с.-х. растений. С этим связано и возникновение фитопатологии как особой дисциплины.

Изучение распространения растений по земному шару относится к XIX — началу XX вв. Основоположник географии растений немецкий натуралист А. Гумбольдт — автор ряда трудов, из которых наибольшее внимание привлекла книга «О закономерностях, наблюдаемых в распространении растений» (т. 1-2, 1816). Первая попытка описать растительность земного шара в связи с условиями климата была сделана немецким учёным А. Гризебахом в его труде «Растительность земного шара…» (1872). Датский ботаник Э. Варминг связывал распространение растений с определенными условиями существования, его книга «Экологическая география растений» (1896) заложила основы новой науки — экологии растений. Одновременно с этими работами в течение всего 19 в. сотни исследователей вели кропотливую работу по составлению региональных «флор». Среди крупнейших изданий такого рода — «Флора Востока» Э. Буасье в 5 тт. (1867-88) и «Флора Британской Индии» Дж. Гукера в 7 тт. (1875-97). Наиболее капитальный труд в этой области — «Флора СССР» в 30 тт. (1934-64), изданная Ботаническим институтом АН СССР под редакцией В. Л. Комарова и Б. К. Шишкина. Растительный мир почти всех областей земного шара описан в соответствующих руководствах, главным образом региональных «флорах». Огромное значение для мировой науки имеет учение Н. И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений и географических закономерностях в распределении их наследственных признаков (1926-27). В своих трудах Вавилов впервые представил картину эволюции форм культурных растений в немногочисленных первичных очагах их происхождения. В результате организованных им экспедиций собран ценный фонд мировых растительных ресурсов, составивший богатейшую коллекцию растений, хранящуюся во Всесоюзном институте растениеводства.

Изучение систематики огромного числа растений из всех областей земного шара стимулировало развитие работ в области морфологии растений. Одним из первых морфологов 19 в. был английский ботаник Р. Броун, показавший, что голосеменные отличаются от покрытосеменных голым семезачатком, объяснивший природу цветка у злаков и выполнивший ещё ряд работ по морфологии. Работы Броуна по эмбриологии были продолжены итальянским учёным Дж. Б. Амичи, французским ботаником А. Броньяром и особенно немецким учёным В. Гофмейстером, описавшим процесс оплодотворения у растений. Классические работы Гофмейстера были продолжены его соотечественником Э. Страсбургером и русскими учёными И. Н. Горожанкиным, В. И. Беляевым и С. Г. Навашиным. Горожанкин впервые доказал, что ядра из пыльцевой трубки проникают в яйцеклетку. Беляев предсказал существование у голосеменных подвижных сперматозоидов, которые вскоре были открыты японскими ботаниками С. Хиразе у гинкго и С. Икено у саговника. После работ русского эмбриолога С. Г. Навашина, открывшего двойное оплодотворение, период становления эмбриологии растений как самостоятельной дисциплины был практически завершен.