Отцы ботаники: Линней и Дарвин
Карл Линней (1707–1778) был врачом, исследователем и натуралистом. К числу его многочисленных интересов относилась и систематика растений. По этой причине его часто называют «великим классификатором», воздавая ему должное лишь отчасти, поскольку всю жизнь он активно занимался разнообразными исследованиями, а не только классификацией. Идеи Линнея относительно растительного мира с самого начала были весьма примечательными.
Во-первых, он обнаружил у растений «репродуктивные органы» и в качестве основного таксономического критерия для своей системы классификации избрал именно «половую систему». Занятно, что этот выбор обеспечил ему одновременно университетский пост и обвинение в «аморальности». В то время уже было известно, что растения имеют пол, но изучать половые признаки растений, чтобы их классифицировать — это просто скандал! Затем ученый предложил другую новую теорию, которая лишь случайно не вызвала такой же критики, как и первая: Линней с удивительной решительностью и простотой утверждал, что растения могут… спать.
Даже название трактата Somnus Plantarum («Сон растений»), опубликованного в 1735 г., не содержит ни тени осторожности, которой часто отличались ученые того времени, пытавшиеся уберечь свои теории от возможной критики. На основании научных знаний той эпохи и собственных наблюдений за положением листьев и ветвей растений в ночное время Линней посмел утверждать, что растения спят. Однако это произошло за несколько столетий до того, как сон был признан фундаментальной биологической функцией организма, связанной с активностью развитого в эволюционном плане мозга, поэтому в то время идея Линнея не вызвала никаких споров.
Сегодня та же самая теория имеет множество оппонентов, и если бы Линней знал о многочисленных функциях сна, возможно, он совершенно иначе интерпретировал бы свои наблюдения и отрицал бы существование у растений такой же функции, какой обладают животные.
На самом деле он отрицал сходство растений и животных, но в другом контексте — в связи с вопросом о насекомоядных растениях. Линней знал о существовании растений, которые поедают насекомых, например таких, как венерина мухоловка (Dionaea muscipula), и, безусловно, наблюдал, как они захлопываются и переваривают насекомых. Однако эта реальность (растение, поедающее животное) была настолько несовместима с догматом об иерархическом устройстве природы, в рамках которого растения располагались на низшей ступени развития, что Линней, как и его современники, выдвинул множество различных объяснений, но не признал очевидного.
Например, без всякого научного основания он предполагал, что захваченные хищными растениями насекомые вовсе не умирают, а остаются внутри растения для собственного удобства, или что они приземляются на растение случайно, а не потому, что оно их привлекало. Или даже что ловушка захлопывается случайно и поэтому не может быть приманкой для животного.
Двойственное отношение к миру растений явственно проявляется даже во взглядах великого шведского ботаника! До публикации Чарльзом Дарвином трактата о насекомоядных растениях в 1875 г. ученые так и не могли согласиться с существованием растений, которые питаются животными.
До публикации Чарльзом Дарвином трактата о насекомоядных растениях в 1875 г. ученые так и не могли согласиться с существованием растений, которые питаются животными. Но даже Дарвин, известный своей осторожностью, не смог назвать эти растения хищными, как мы их называем сегодня, хотя прекрасно знал о существовании растений, питающихся крысами и другими мелкими млекопитающими, таких как некоторые плотоядные растения из рода непентес (Nepenthes). Такие вот «насекомоядные»!
Осторожность Дарвина не должна удивлять нас сильнее осторожности Галилея или других ученых прошлых веков. Именно из-за их «дипломатичности» некоторые революционные идеи медленно просачивались в толщу общественного сознания, включая сознание ученых, которые были весьма консервативны.
Но давайте еще раз вернемся к исследованиям Линнея и сами себе зададим вопрос: как он смог твердо заявить, что растения умеют спать, и при этом не навлечь на себя критики других ученых? Ответить на этот вопрос легко: долгое время считалось, что в основе его теории нет никаких фактических данных, так что она вовсе не требует опровержения. Более того, какая разница, спят растения или нет, если сон не имеет никакой физиологической функции?
Сегодня мы знаем, как много важных жизненных и мозговых функций связано со сном. И вплоть до начала текущего столетия наука утверждала, что спят только самые высокоорганизованные животные. В 2000 г. эта догма была ниспровергнута итальянским нейробиологом Джулио Тонони, который показал, что отдыхают даже такие «примитивные» насекомые, как дрозофилы. Так почему же растения не могут спать? Единственное возможное объяснение нашего неприятия этой идеи кроется в нашем отношении к растительному миру.
Правда ли, что люди — самые развитые существа на планете?
Наше представление о растительном мире и идея так называемой пирамиды живых существ существовали на протяжении столетий и практически не изменились с момента написания Шарлем де Бовелем (1479–1567) «Книги о мудреце» [1 ]* Шарль де Бовель, «Книга о мудреце», в сборнике «Чаша Гермеса». М., 1996. — Прим. перев. — Прим. науч. ред. (Liber de sapiente, 1509).
Яркая иллюстрация в этой книге вполне заменила бы тысячу слов: она изображает живые существа и неживые объекты в восходящем порядке. Все начинается с камней (которым дается такое краткое описание: Est — существуют, но не имеют никаких других признаков). Выше располагаются растения (Est et vivit —существуют и живые, но не более того), затем идут животные (Sentit — чувствуют) и, наконец, человек (Intelligit — только человек наделен интеллектуальными способностями).
До сих пор популярна восходящая к эпохе Возрождения идея, что какие-то виды живых существ являются более развитыми в эволюционном плане и обладают более разнообразными жизненными способностями, чем другие. Это часть нашего культурного воспитания, и мы практически не в силах отказаться от него, даже несмотря на то, что после публикации в 1859 г. книги «О происхождении видов» прошло более 150 лет.
Сформулированная Чарльзом Дарвином идея настолько важна для понимания жизни на планете, что знаменитый биолог Феодосий Добжанский писал: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Теории великого британского биолога, ботаника, геолога и зоолога теперь являются частью научного наследия всего человечества. Однако идея о том, что растения — пассивные существа, не имеющие чувствительности, способности к коммуникации, поведенческих реакций и умения обрабатывать информацию, вытекающая из совершенно неверного понимания эволюции, все еще сохраняет свои позиции даже в обществе ученых.
Дарвин показал, что рассматривать живую природу в терминах более или менее эволюционно развитых организмов нельзя; с точки зрения Дарвина все существующие ныне организмы находятся на вершине их эволюционной ветви — в противном случае они бы уже исчезли. Это очень важное предположение, поскольку, согласно Дарвину, нахождение в конце эволюционной ветви означает максимальную способность к адаптации, достигнутую в ходе эволюции. Конечно же, этот гениальный натуралист прекрасно знал, что растения — чрезвычайно сложные организмы, обладающие множеством иных возможностей, нежели те, которые им обычно приписывают.
Значительную часть своей жизни и научной работы он посвятил ботанике (шесть томов научных трудов и около 70 сочинений), иллюстрируя на примере растений теорию эволюции, обеспечившую ему бессмертную славу. Но при этом большую часть исследований Дарвина, посвященных изучению растительного мира, всегда считали второстепенной — еще одно подтверждение недостаточного внимания к растениям со стороны ученых.
В книге «Сто один ботаник» (One Hundred and One Botanists), опубликованной в 1994 г., Дуэйн Изели писал: «О Дарвине было написано больше, чем о любом другом биологе… Однако забавно, что его редко представляют как ботаника. Тот факт, что он написал несколько книг об изучении растений, отмечался в посвященных ему трудах, но обычно упоминания о нем как о ботанике случайны, из разряда: „Действительно, Дарвин несколько раз утверждал, что считает растения самыми удивительными живыми существами“». («Мне всегда нравилось возвышать растения в иерархии организованных существ», — писал Дарвин в автобиографии.) Эту тему Дарвин развивал в фундаментальном труде «Сила движения растений» (The Power of Movementin Plants), опубликованном в 1880 г.
Это был ученый старой школы: он наблюдал за природой и выводил ее законы. Дарвин не был заядлым экспериментатором, но в этой книге он объяснял результаты многих сотен экспериментов, проведенных вместе с сыном Френсисом, и описал и интерпретировал бесконечное множество движений растений: самые разнообразные движения, большинство из которых происходят не в надземной части, а в корневой системе, которую Дарвин считал «командным центром» растения.
Очень показателен последний параграф самой знаменитой книги английского натуралиста. Именно здесь в простой и доступной для каждого форме он формулирует свое окончательное заключение. Вот замечательная фраза из знаменитого эпилога из книги «О происхождении видов»:
«Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм»[2 ]* Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора.
СПб.: Наука, 1991. — Прим. науч. ред..
В выразительном параграфе в заключительной части книги «Сила движения растений» ученый ясно излагает свое убеждение, что корни растений в какой-то степени аналогичны мозгу низших животных. На самом деле растение имеет тысячи корневых окончаний, каждое из которых снабжено собственным «вычислительным центром». Это выражение мы используем, чтобы показать даже самым злобным критикам, что со времен Дарвина никто не сказал и не подумал, что в корнях заключается настоящий мозг (конечно, не напоминающий по форме грецкий орех, как мозг человека), поскольку на этот факт на протяжении тысячелетий почему-то не обращали внимания. Однако существует гипотеза, что верхушки корней аналогичны мозгу животного и обладают множеством таких же функций. Что в этом такого невероятного?
Хотя на основании своих предположений Дарвин мог сделать очень важные выводы, он был осторожен и не стал разрабатывать эту тему в книге. Он был уже стар, когда писал «Силу движения растений», и, хотя был уверен в том, что растения следует воспринимать как разумные организмы, также знал, что заявить об этом означало вызвать негативную реакцию на все его труды. Вспомните, что ему уже приходилось защищать теорию происхождения человека от обезьяны!
Поэтому он оставил разработку теории о разумности растений другим ученым, в частности своему сыну Френсису.
Френсис Дарвин (1848–1925), находившийся под глубоким влиянием идей и открытий своего отца, продолжил его дело и стал одним из первых в мире профессоров в области физиологии растений и написал первый в мире труд на эту тему на английском языке. В конце XIX в. все еще считалось парадоксальным объединять проблемы ботаники и физиологии. Однако Френсис Дарвин, долгие годы вместе с отцом изучавший растения и их поведение, был убежден в их разумности.
Уже будучи известным ученым, на открытии ежегодного конгресса Британской научной ассоциации 2 сентября 1908 г. он отбросил всяческие предосторожности и заявил, что растения являются разумными существами. Это вызвало весьма ожидаемый шквал протеста, но Дарвин стойко придерживался своей идеи и в том же году опубликовал на эту тему статью на 30 страницах в журнале Science.
Последствия были невообразимыми. Дебаты нашли отражение в мировой прессе и поделили ученых на два враждующих лагеря. На одной стороне были те, кто быстро согласился с разумностью растений благодаря убедительным доказательствам, представленным Френсисом Дарвином. На другой стороне — те, кто отрицал такую возможность. Как в Древней Греции!
За годы до этих событий Чарльз Дарвин вел плодотворную переписку с ныне незаслуженно забытым итальянским ботаником из Лигурии. Федерико Дельпино (1833–1905) был одним из выдающихся натуралистов своего времени и даже может считаться создателем такого направления исследований, как биология растений. Этот выдающийся ученый был директором ботанического сада в Неаполе.
Благодаря переписке с Дарвином он убедился в разумности растений и лично занялся экспериментальными исследованиями, направленными на изучение их возможностей. Долгое время он занимался так называемой мирмекофилией — симбиозом между растениями и муравьями (термин происходит от греческих слов murmex — муравей и philos — любящий). Чарльз Дарвин знал, что многие растения производят нектар не в цветах (хотя, конечно же, значительная часть нектара синтезируется в цветах, чтобы привлекать насекомых и использовать их для опыления).
Он также знал, что сладкий нектар привлекает муравьев. Однако он никогда не изучал это явление подробно и считал, что выделение нектара не цветами, а другими частями растений, объясняется выделением ненужных растению продуктов жизнедеятельности. Однако по этому вопросу Дельпино не согласился с великим ученым. Нектар — чрезвычайно энергетически богатое вещество, которое растение производит с большими издержками для самого себя. Так что растению невыгодно от него избавляться. По-видимому, должно быть какое-то другое объяснение.
Занявшись изучением муравьев, Дельпино пришел к заключению, что растения-мирмекофилы секретируют нектар в иных участках, нежели в цветах, чтобы привлечь муравьев и использовать их для защиты: довольные предложенным угощением муравьи защищают растения от растительноядных животных, как настоящие солдаты. Вам приходилось когда-нибудь прикасаться к растению или прислоняться к дереву и тут же отскакивать от укусов этих злобных маленьких перепончатокрылых насекомых? Муравьи непрестанно охраняют хозяйское растение, выстраиваясь рядами, окружая потенциального противника и заставляя его отступить! Нельзя не признать, что подобное поведение чрезвычайно выгодно обоим видам организмов.
Энтомологи считают, что муравьи ведут себя чрезвычайно разумно, охраняя свой источник питания. Однако ботаники всегда воспринимали (и до сих пор воспринимают) ситуацию иначе. Немногие готовы признать, что поведение растений разумно (и целесообразно) и что выделение нектара — преднамеренная стратегия растений, предназначенная для привлечения столь необычной армии телохранителей.
Растения — всегда вторая скрипка
В наши дни не у кого ни вызывает удивления, что многие невероятные научные открытия, сделанные в результате экспериментов с растениями, на протяжении десятилетий «подтверждались» в экспериментах на животных. Фундаментальные механизмы жизнедеятельности, которые полностью игнорировались или в значительной степени недооценивались, пока относились к области ботаники, вдруг становились общеизвестны, когда выявлялись у животных.
Например, эксперименты Грегора Иоганна Менделя (1822–1884), проведенные на горохе, стали отправной точкой для развития генетики, но на протяжении 40 лет выводы Менделя практически полностью игнорировались, пока в результате экспериментов на животных не начался расцвет генетики. Или счастливая история открытия подвижности геномов Барбарой Мак-Клинток (1902–1992), удостоенной за эту работу Нобелевской премии.
До того как Мак-Клинток не доказала обратное, все считали, что геном каждого организма не изменяется в процессе его жизни. «Стабильность генома» была неприкосновенной научной догмой. В 1940-х гг. в результате серии экспериментов на кукурузе Мак-Клинток обнаружила, что этот принцип вовсе не является неопровержимым.
Ее открытие имеет основополагающее значение. Так почему же она получила Нобелевскую премию только через 40 лет? Причина проста: ее эксперименты были выполнены на растениях, и, поскольку выводы Мак-Клинток шли вразрез с академической догмой, научное сообщество ей не доверяло. Однако в начале 1980-х гг. аналогичные эксперименты на животных подтвердили возможность изменчивости геномов других видов организмов, и это «повторное открытие», а не только ее собственные результаты, позволили присудить Мак-Клинток Нобелевскую премию и признать ее вклад в это открытие.
Конечно же, подвижность геномов — далеко не единственный пример подобных открытий. Список весьма длинен — от открытия клеточной структуры организмов до РНК-интерференции, за исследование которой Эндрю Файер и Крейг К. Мелло были удостоены Нобелевской премии в 2006 г. На самом деле они «повторно открыли» на червях Caenorhabditis elegans то же явление, которое за 20 лет до этого Ричард Йоргенсен выявил в экспериментах с петунией.
И что же? Никто не знает об экспериментах с петунией, но эксперименты на примитивном черве (но на животном!) были отмечены Нобелевской премией по физиологии и медицине. Таких примеров существует гораздо больше, но их суть одна и та же: мир растений всегда находится на втором месте, даже в академических кругах. И при этом растения часто используются в исследованиях благодаря сходству их физиологии с физиологией животных, не говоря уже о том, что эксперименты на растениях вызывают меньше этических проблем.
Но так ли мы уверены в том, что этическая сторона экспериментов на растениях несущественна? Мы надеемся, что данная книга поможет разрешить некоторые сомнения на этот счет. Когда наконец исчезнет абсурдное, приниженное восприятие растительного мира по сравнению с миром животных, мы сможем изучать растения в связи с их отличиями от животных, а не в связи с их сходством — это ведь гораздо полезнее. Нам откроются новые удивительные возможности для исследований.
Но пока позволительно спросить: что заставило блестящего ученого посвятить свою жизнь исследованию растений, а не животных, хотя было понятно, что это в значительной степени исключает возможность научного признания? Как мы уже видели, данная ситуация является естественным результатом нашей культурной традиции.
