Развитие ботанических исследований в XV – XVIII веках

1. Систематика и морфология растений в XVI – XVII вв.

2. Система К.Линнея. Идеи «естественных» классификаций.

3. Развитие учения о поле и физиологии размножения растений.

«Системой можно назвать

только комплекс таких изобретательно

вовлеченных компонентов, у которых

взаимодействие и взаимоотношения

принимают характер взаимодействия

компонентов для получения

фокусированного результата»

П.К.Анохин

Главным результатом развития ботаники на протяжении XV – XVIII вв. было описание и классификация большого числа растительных видов. Этот период часто называют периодом «первоначальной инвентаризации» растений. В это время были разработаны

1. основные понятия ботанической морфологии,

2. заложены начала научной терминологии,

3. выработаны принципы и методы классификации растений,

4. были созданы первые системы растительного царства.

1. Систематика и морфология растений в XVI – XVII вв.

Основными источниками ботанических сведений в период Возрождения были труды Теофраста, Плиния, Диоскорида, Колумеллы, Альберта Великого. Исследователям XVI века нужно было исследовать местную флору, разобраться в растительном покрове, описать его состав, а затем, выделив главные формы растений, попытаться систематизировать их и классифицировать по определенным, легко распознаваемым признакам. К этой работе приступили «отцы ботаники» – И.Бок, О.Брунфелс, Л.Фукс, П.Маттиоли, М.Лобеллий, К.Клюзиус, К.Баугин и др.

И.Бок – германский флорист XVI века описал 567 видов растений, объединив близкие растения в группы, которые известны сейчас как семейства губоцветных, сложноцветных, крестоцветных, лилейных и др. У Бока нет каких-либо сознательно выработанных принципов классификации. Он группировал растительные формы по общему сходству. Это уже было шагом вперед, если учесть, что некоторые современники Бока описывали растения просто в алфавитном порядке.

Л.Фукс (1501 – 1566) – немецкий врач ботаник (современник Бока). Основоположник немецкой ботаники. Издал многотомные «травники», являющиеся каталогами лекарственных растений. В книге «История растений» (1542) описал около 400 видов дикорастущих растений Центральной Европы. Делал попытку ввести некоторые морфологические термины, чтобы облегчить описание и сравнение растений. Фукс выделял у растений так называемые сигнатуры – характеристики, указывающие на значение того или иного растения. Так, например, растения красного цвета, считал Фукс, помогают при заболеваниях крови, если форма листа напоминала очертание сердца, то оно может помочь при заболеваниях сердца, растения с желтыми цветами - лечения печени и т.п. В его честь К.Линней назвал род экзотических растений.

К.Клюзиус – нидерландский ботаник XVI века. Предложил классифицировать все растения на группы: 1) деревья, кустарники и полукустарники; 2) луковичные растения; 3) хорошо пахнущие растения; 4) непахнущие растения; 5) ядовитые растения; 6) папоротники, злаки, зонтичные и др.

М.Лобеллий – фламандский ботаник (Бельгия) XVI века. Пытался классифицировать растения, главным образом, по форме листьев. Например, исходя из строения листа, в группу злаков сблизил с группами лилейных и орхидей. У Лобеллия можно найти объединение в «род пшеницы» всех растений, произрастающих на полях, включая сорняки.

К. Баугин (Каспар Баугин) (1560 - 1624) – швейцарский врач и ботаник (с 1588 профессор ботаники и анатомии, с 1614 – профессор медицины Базельского университета). Изучил и описал около 6000 растений. Разделил их по сходству признаков на 12 «книг» (групп или классов), каждую «книгу» – на секции, секции на роды, роды – на виды. В целом правильно классифицировал естественные группы. Разграничил понятие рода и вида, дал большинству видов двойное название. Таким образом, один из первых применил в ботанике бинарную номенклатуру, окончательно введенную К.Линнеем. Зачатки бинарной номенклатуры встречаются также у Брунфельса, Фукса, Лобеллия.

А. Чезальпино (Андреа Чезальпино) (1519 – 1603) – итальянский ботаник и врач. Автор капитального труда «О растениях» (16 книг, 1583). Опираясь на данные о строении плодов и семян, первым создал искусственную морфологическую систему растений, ввел в систематику понятие вида, исходя из способа размножения. Этим определил новое направление в ботанике, приблизился к естественной системе растений и создал почву для развития морфологии и морфологической классификации растений.

И. Юнг (Иоахим Юнг) немецкий натуралист и философ XVII века. Труды Юнга заложили основание ботанической морфологии и органографии, создав возможность для более углубленной систематизации материала. Юнг кратко и точно определил различные органы растений. Юнг уточнил существующую и ввел новую ботаническую терминологию.

Дж. Рей (Джон Рей) (1627 – 1705) – английский биолог. С 1660 был проповедником, в 1663 – 1672 совершил поездки по Англии и Европе с целью изучения растений и животных, в 1679 – 1690 работал в различных колледжах Англии. Автор первого перечня растений Англии (1670) и труда «История растений» (1686 – 1704), в котором описал и классифицировал по своей системе 18 600 видов. Основу этой системы составляли внешние признаки – форма и строение цветка, листьев, корней и плодов. Пользовался понятиями «род» и «вид». Дал первое научное определение вида, в основном совпадающее с современным.

Р. Морисон написал «Новую систематику зонтичных растений» (1672).

Ж. Турнефор (Жозеф Турнефор) (1656 – 1708) – французский ботаник и путешественник. С 1688 – профессор ботаники Королевского ботанического сада, с 1702 – профессор медицины в Париже. Основные научные работы посвящены ботанике и систематике растений. Собрал и описал свыше 1000 видов растений. Предложил (1694 – 1700) искусственную систему растений, в которой прослеживаются первые попытки введения бинарной номенклатуры. Ввел в систематику понятие «род». Эта система была общепринятой в первой половине XVIII века. Изучил и описал около 500 родов, в основу их классификации положил строение венчика. Турнефор ввел в ботанику новое четырехчленное разделение систематических категорий: класс, секция (категория близкая к теперешнему отряду), род и вид. Работы Турнефора оказали влияние на работы многих ботаников последующего периода. Его именем К.Линней назвал род Tournefortia.

2. Система К.Линнея. Идеи «естественных» классификаций.

К.Линней (Карл Линней) (1707 – 1778) – шведский естествоиспытатель, натуралист. Член Королевской шведской АН, ее первый президент (с 1739). Изучал естественные и медицинские науки. Автор выдающихся трудов: «Основания ботаники», «Философия ботаники», «Роды растений», «Виды растений», «Система природы» и других оказавших большое влияние на науку – XVIII века. Подытожил длительный исторический период эмпирического накопления биологических знаний. Он описал свыше 10 000 видов растений и свыше 4 000 видов животных. Человека он включил в систему животного царства и отнес к классу млекопитающих, к отряду приматов. Вместе с тем Линней осознавал ограниченность искусственной системы и ее возможности. «Искусственная система, – писал Линней, – служит только до тех пор, пока не найдена естественная. Первая учит только распознавать растения. Вторая научит нас познать природу самого растения». То, что Линней называет «естественным методом», есть в сущности, некоторая фундаментальная теория живого. Историческая заслуга Линнея в том, что через создание искусственной системы он подвел биологию к необходимости рассмотрения огромного эмпирического материала с позиций общих теоретических принципов, поставил задачу его теоретической рационализации.

Для развития ботаники большое значение имело расширение флористических исследований. Значительную роль в этом процессе сыграли Великие географические открытия.

В XVIII веке идеи естественной классификации развивались Бернаром Жюссье, Антуаном Жюссье, И.Гертнером, М.Адансоном и др.

Первые естественные системы не опирались на представление об историческом развитии организмов, а предполагали лишь некоторое их «сродство». Постановка и обоснование задачи создания естественной системы означали, что начинается этап формирования предпосылок, так называемой, первой фундаментальной теории в биологии, которая «вскроет» механизм происхождения органических видов.

М.Адансон (Мишель Адансон) (1727 – 1806) – французский ботаник и путешественник. Основные научные работы посвящены систематике растений. Описал растительный и животный мир Тропической Африки. Составил 65 искусственных систем растений, каждая из которых основывалась на каком-либо одном признаке. Сравнивая эти системы, по числу совпадений определял степень близости родственных групп растений, или таксонов, предвосхитив тем самым применение математических методов в биологии. Разработал естественную систему растений (1763). Признавал возможность изменяемости видов.

Б. Жюссье (Бернар Жюссье) (1699 – 1777) – французский ботаник. Заложил (1758) в Версале Трианонский ботанический сад, сгруппировав в нем растения по намеченной им естественной системе. Собрал 800 родов растений, объединив их в 65 «естественных порядков», более или менее соответствовавших тем естественным порядкам, которые были намечены К.Линнем. Его классификация была развита и завершена А.Л.Жюссье.

А. Жюссье (Антуан Лоран Жюссье) (1748 – 1836) – фанцузский ботаник. Племянник Б.Жюссье. Опубликовал (1789) каталог растений Трианонского ботанического сада в книге «Роды растений». Расположил растения в единый восходящий ряд, начиная с водорослей и грибов и кончая цветковыми. Ввел в ботанику понятие «семейство». Его естественная система содержала 15 классов, 100 порядков (приблизительно соответствующих современным семействам), около 20 000 видов. Классы были объединены в три большие группы: бессемядольных, однодольных, двудольных. Придерживался взглядов о неизменяемости видов.

И.Гертнер (Йозеф Гертнер) (1732 – 1791) немецкий ботаник и зоолог. Путешествовал по Италии, Франции, Англии. В 1768 – 1770 гг. жил в России, был директором ботанического сада и естественноисторического кабинета Петербургской АН. В своей классической работе о строении плодов и семян описал 1259 родов растений, показал их разнообразие, дал ряд правильных трактовок, разработал классификацию растений по плоду и семян. Этим трудом заложил основы морфологии плода и семени. Составил словарь растений на шести языках.

А. Гумбольдт (Александр Гумбольдт) (1769 – 1859) немецкий естествоиспытатель-энциклопедист, географ и путешественник, член Берлинской АН с 1800 г. Результатом его путешествия в Америку явился 30-томный труд «Путешествие в равновесные области Нового Света в 1799-1804». 16 томов этого труда посвящены описанию растений и животных, в них приведены также сведения по сравнительной анатомии. Проводил многочисленные ботанические исследования. Обобщил данные о раздражимости, питании и дыхании растений. Обнаружил связь между климатом и характером растительности. Развивал экологическое направление в географии растений. Сделал попытку установления ботанико-географических областей.

О. Декандоль (Огюстен Декандоль) (1778 – 1841) – швейцарский ботаник. Разработал (1813) естественную систему, основанную не только на морфологических признаках, но и на данных сравнительной анатомии. Начал издание обозрения всех известных видов покрытосеменных растений «Введение в естественную систему царства растений» (7 томов, 1824 – 1839), которое было завершено его сыном Альфонсом Декандолем. Основополагающей идеей морфологии растений считал единство плана строения растительного мира. Первым начал устанавливать сходство органов растений по их функции (аналогия) и по плану строения (гомология), распространил на растения закон корреляции. Основоположник сравнительной морфологии растений.

А. Декандоль (Альфонс Декандоль) (1806 – 1893) – швейцарский ботаник, сын Огюста Деканлоля. Основные научные работы посвящены изучению закономерностей расселения растений в связи с условиями окружающей среды и геологическим прошлым Земли. Разрабатывал вопросы происхождения культурных растений. Завершил и значительно расширил труд отца «Введение в естественную систему царства растений» (т. 8-17, 1844 – 1874). Один из основоположников географии растений. Автор ряда работ по истории ботаники.

Ж.Б. Ламарк (Жан Батист Ламарк) (1744 – 1829) – французский естествоиспытатель, член парижской АН (с 1783). Основные научные работы посвящены созданию теории исторического развития живой природы. В своем труде «Флора Франции» (1778) он критически пересмотрел системы растительного мира Линнея, Б.Жюссье и Турнефора, четко провел бинарную номенклатуру, выявил многие синонимы, впервые предложил определительные таблицы. В «Классах растений» Ламарк достаточно приблизился к естественной классификации. Здесь он высказал мысль о градации различных уровней организации. В «Естественной истории растений» (1803) Ламарк, ставший в это время на позиции эволюционизма, расположил все формы в порядке восхождения от простого к сложному. В основании растительного мира он поместил грибы водоросли и мхи, на его вершине многолепестковые цветковые растения. Таким образом, в попытке создания естественной системы он пошел значительно дальше своих предшественников, истолковав связь между различными группами растений в эволюционном смысле.

3. Развитие учения о поле и физиологии размножения растений.

Отдельные разрозненные сведения о наличии пола у некоторых растений имелись еще в глубокой древности; этими знаниями тогда пользовались при искусственном опылении финиковых пальм. Но вплоть до второй половины XVII века вопрос о поле у растений представлялся неясным.

В конце XVI века вышел труд чешского ботаника Адама Залузянского «Метод гербария». Залузянский высказал мысль, что среди растений имеются «андрогинные» (т.е. гермафродитные) и раздельнополые (двудомные) виды. Он предупреждал против возможного смешения половых отличий и видовых признаков.

В XVII веке Н. Грю (Неемия Грю) (1641 – 1712) – английский ботаник и врач, один из основоположников анатомии растений. Считал цветки органами полового размножения растений. Описал тычинки, пыльцевые зерна, пестики, семяпочки, семена растений и высказал мнение, что тычинки и пестики имеют отношение к зарождению семян. Аналогичные мысли высказывал Джон Рей.

В это же время М. Мальпиги (Марчелло Мальпиги) (1628 – 1629) – итальянский биолог и врач трактует тычинки (и лепестки) как органы, служащие для выделения из растений «избыточной жидкости» и «очищения» сока, идущего на построение семян.

Первые попытки доказать экспериментально наличие пола у растении относятся к 1678 г., когда смотритель Оксфордского ботанического сада Я.Бобарт показал на двудомном гвоздичном растении необходимость пыльцы, производимой мужскими цветками, для образования семян в женских цветках.

Ясные и полные экспериментальные доказательства наличия пола у растений были приведены Камерариусом.

Р. Камерариус (Рудольф Камерариус) (1665 – 1721) – немецкий ботаник и врач. Впервые экспериментально доказал (1694) наличие пола у растений, обосновал роль цветков как органов размножения растений. В опытах над двудомными и однодомными растениями показал, что при изоляции женских и мужских растений (шелковица, перелеска) или при удалении мужских цветков (кукуруза, конопля), а также пыльников (клещевина) семена не развиваются. Сопоставляя половые органы растений и животных, отождествлял тычинки с мужскими половыми органами, а содержащуюся в них пыльцу – с оплодотворяющим началом, пестики – с женскими половыми органами.

Существенное значение для разработки вопроса о поле растения имели труды К. Линнея. Помимо того, что представление о наличии пола у растений отображено в предложенной Линнеем системе растительного мира, он сам провел много наблюдений над опылением растений и поставил опыты с 11 видами для уяснения процессов оплодотворения. В 1760 году за сочинение «Розыскание о различном поле произрастений» он был удостоен премии Петербургской Академии наук.

С изучением пола и размножения растений тесно связаны исследования по гибридизации, давшие обширный материал не только для понимания процессов опыления и оплодотворения, но и для суждения об изменчивости видов. Особенно значительные успехи в этой области связаны с именем Й.Кельрейтер (Йозеф Кельрейтер) (1733 – 1806), который работал в Германии и в России. Хотя сущность полового размножения, его «механизмы» во многом оставались Кельрейтеру неясными, он не сомневался в существовании пола у растений. Он работал с 50 видами растений и получил множество гибридов. Гибриды оказались по своей форме промежуточными между обоими родительскими видами. Кельрейтер констатировал особую мощность первого поколения гибридов, заметил явление расщепления в потомстве гибридов, описал роль насекомых как опылителей.

Х. Шпренгель (Христиан Шпренгель) (1750 – 1816) – немецкий ботаник. Автор книги «Открытая тайна природы в строении и оплодотворении цветков» (1793), основные положения которой сохранили свое значение до наших дней. В результате наблюдений над 461 видом растений собрал (1793) обширный материал о роли насекомых в опылении и о приспособлениях строения цветков и их окраски к опылению с помощью насекомых. Крупнейшим открытием явилось обнаружение им дихогамии (неодновременное созревание тычинок и пестика на одном цветке). Эти исследования, не понятые современниками, были оценены Ч.Дарвином, который доказал преимущество перекрестного опыления перед самоопылением и объяснил естественным отбором возникновение приспособлений, описанных Шпренгелем.

В защите и развитии правильных представлений о поле у растений значительную роль сыграли труды русских ученых: А.Т.Болотова, В.Ф.Зуева, И.М.Комова, Н.М.Максимовича-Амбодика, В.А.Левшина и др.