А растение начинается с того же, с чего начаты и мы, с оплодотворения. Как ни странно, первыми о наличии пола у растений догадались не ученые.
Народы, культивировавшие финиковую пальму, задолго до нашей эры знали, что для получения фиников необходимо опыление женских цветков пыльцой из мужских цветков. Для этого они срезали мужские соцветия и привязывали их к женским экземплярам пальмы или просто стряхивали пыльцу из мужских соцветий на женские. Эта операция искусственного опыления изображена на барельефе, сохранившемся со времен ассирийского царя Ашшурнасирпала II (883—859 до нашей эры). Еще в древности была установлена поразительная, не знающая себе равных жизнеспособность пыльцы финиковой пальмы — она сохраняла оплодотворяющую способность до 10 лет.
Подобно финиковой пальме, в древнем мире была распространена и культура смоковницы (фиги):
На плуг сменил идиллию Адам,
Из листьев фиги платье сшила Ева (Искусству одеваться наших дам Божественное научило древо!)…
Дж. Байрон. Дон Жуан
Смоковница и одевала, и кормила древних. У этого растения мясистые соцветия двух типов: из одних развиваются плоды — фиги, другие же функционируют как мужские — каприфиги. Опыление смоковницы осуществляют осы бластофаги. Древние — народ более любознательный и наблюдательный, чем мы сегодня, — подметили это и научились производить искусственное опыление — капрификацию, подвешивая к дереву связки из каприфиг, чтобы облегчить осам опыление. Как утверждает Геродот (около 484—425 до нашей эры), население четко различало мужские и женские деревья смоковницы. В отличие от нас, ныне не всегда способных отличить даже юношу от девушки по фенотипу.
В Египте, Месопотамии, Греции, Китае с древних времен умели различать у растений мужской и женский пол и проводить искусственное опыление. А на Руси в более близкие нам времена знали о половых различиях двудомной конопли и дали женским растениям название «матерка».
Древнегреческий философ, поэт, оратор и врач Эмпедокл из Агригента (490—430 до нашей эры) в своей поэме «О природе» писал о том, что растения имеют мужские и женские органы, что деревья бывают мужского и женского пола и что у некоторых они объединены в одном и том же растении, а также о том, что плоды и семена растений подобны яйцам животных. Эту истину Эмпедокл, конечно, почерпнул у земледельцев и садоводов.
Аристотель отмечал преобладание у растений гермафродитизма: «И прямо кажется, что животные являются как бы разделенными растениями, например, если их, после того как они принесут семена, разделить и разъединить на присущий им женский и мужской пол. И все это природа устраивает с полным основанием. Ведь у растений по их сущности нет другого дела и занятия, кроме произведения семян, и так как это осуществляется путем спаривания женского и мужского пола, то природа, соединив их друг с другом, расположила вместе; поэтому у растений женский и мужской пол не разделены».
Аристотель при этом не забывает о существовании раздельнополых растений: «Ведь и у растений в одном и том же роде существуют, с одной стороны, плодоносные деревья, с другой — деревья, которые не приносят плода, но содействует плодоносящим для завязывания плода, что имеет место, например, у смоковницы и дикой смоковницы». Аристотель среди раздельнополых упоминал тополь и иву.
Четко о наличии пола у растений писал и ученик Аристотеля Теофраст: «У финиковых пальм женские деревья получают помощь от перенесения на них мужских цветов: благодаря им финики не осыпаются и вызревают. Некоторые называют эту операцию по сходству «использование дикого плода». Происходит она таким образом. Когда мужская пальма цветет, срезают стержень, на котором сидит цветок так, как он есть, и стряхивают с цветка пух и пыль на плод женской пальмы; после этого финики с нее не опадают. В обоих случаях, видимо, женское дерево получает помощь от мужского: женским ведь называется то, которое плодоносит. Здесь происходит как бы сочетание обоих полов…»
Если античные народы и авторы сельскохозяйственных трудов признавали наличие пола, то в эпоху «застойного» средневековья и эпоху Возрождения, вплоть до конца XVII века, философы и даже ученые совершенно были убеждены в бесполом прозябании растений.
Именно в это время появился предтеча темной памяти академика Т. Д. Лысенко средневековый схоласт Альберт фон Больштедт (1193—1280), прозванный Великим. В отличие от Лысенко, которого безуспешно пытались канонизировать И. В. Сталин и Н. С. Хрущев, Альберта Больштедтского католическая церковь действительно канонизировала. Альберт Великий, как спустя века и Лысенко, считал, что под влиянием внешних условий один вид растения может превратиться в другой, например ячмень в течение двух-трех лет в пшеницу и, наоборот, пшеница в ячмень (Лысенко был убежден в том, что пшеница превращается в рожь, а овес в овсюг). Альберт Великий писал о возможности превращения воткнутых в землю дубовых ветвей в виноградные лозы.
В эпоху Возрождения итальянец Андреа Чезальпино (1519—1603), знавший из античной литературы о существовании мужских и женских растений у финиковой пальмы, тем не менее заявлял, что основное отличие растений от животных состоит в том, что у них нет пола и полового воспроизведения. Но зато он верил в существование души у растений, которая, по его мнению, расположена в сердцевине корневой шейки растения, с чем категорически не соглашаются современные биологи. В представлении Чезальпино семя растения формируется из сердцевины побега. Защищающая семя кожура возникает, по Чезальпино, из древесины, а околоплодник — из коры. А какова роль цветка? Цветки, как пишет Андреа Чезальпино, служат для укрытия и защиты созревающих плодов и семян.
Ботаники XVI века вообще целомудренно не задумывались о половых отличиях и отвергали даже как кощунственную мысль о них. Правда, они иногда говорили о мужских и женских растениях, но определяли «пол» чисто условно, например по окраске мякоти плодов, очертаниям листа и т. п. Пример подобных разграничений сохранился от средневековья до наших дней в двух названиях папоротника: Aspidium filix mas — мужской папоротник, Athyrium filix femina — женский папоротник.
Иероним Бок в своем «Травнике» (1587) в отношении мужского и женского пола у конопли пишет, что у нее из одного и того же семени вырастают растения либо мужского, либо женского пола. Конопля, не имеющая семян, — женская, образующую же семена Бок считает «мужчиной».
Между тем в капитальном документе китайской культуры XV века «Система трав», написано Ли Шиченом, пол у конопли определен совершенно правильно. Женская конопля в этой книге называется дама це(з), а мужская — да-ма июн(г). Народные китайские названия мужских и женских особей конопли также не вызывают сомнений в правильном понимании половых различий у растений конопли.
Из европейцев в XVI веке лишь два ботаника — Шарль Делеклюз (Клузиус) и Адам Залузенский в своих работах верно указали на наличие пола у растений.
В те времена мысли о единстве растительного и животного мира совершенно не допускались.
На рубеже XVI и XVII веков изобретен микроскоп, сыгравший в развитии биологии выдающуюся роль. Соратник английского физика Роберта Гука по микроскопированию Неемия Грю (1641—1712) первым публично признал половые функции у цветка. Но экспериментально доказал наличие полового процесса у растений смотритель ботанического сада в Оксфорде Джекоб Бобарт (1599—1680). Он первым убедился в оплодотворяющей роли пыльцы. К сожалению, смотритель не позаботился обнародовать свое открытие, а лишь рассказал о своих экспериментах другу. А тот уже упоминавшемуся сэру Грю, который и сделал доклад Королевскому обществу от своего имени и от имени друга Бобарта. Дальнейшая публикация Грю определила его «приоритет» в вопросе о поле у растений. Джекоб Бобарт был забыт. Лишь в 1941 году о нем напомнил миру советский ученый К. К. Серебряков.
Знаменитый микроскопист итальянец Марчелло Мальпиги (1628—1694) первым увидел у растений яйцеклетку и зародышевый мешок. А чуть позже профессор медицины и инспектор ботаники Тюбингенского университета Рудольф Камерариус (1665—1721) различал уже по полу три класса растений: с обоеполыми цветками, однодомные с раздельнополыми цветками и двудомные с раздельнодомными цветками. Камерариус указал на ветер как переносчик пыльцы. А ведь ветер подозревали в оплодотворении даже животных. Вспомним хотя бы «Георгики» Вергилия:
Грудью встречают Зефир и стоят на утесах высоких,
Ветром летучим полны, — и часто вовсе без мужа
Плод зарождается в них от ветра — вымолвить дивно!
Камерариус увещевает читателя: «Эти слова можно было бы лучше применить к зачатию растений, чем к животным, так как последние, хотя волнуются и возбуждаются от ветра, но не получают от него зародыша. Растения же, действительно, обязаны ветру гораздо большим, так как весной органы зачатия, как ноздри, обращены к Зефиру, чтобы втягивать в себя вместе с нежно шепчущим ветерком рассыпанную в нем пыльцу; без совокупления они оказываются (о, чудо сказать!) беременными от дыхания ветра. Яйцо, таким образом, оказывается плодовитым; здесь у растения совершается зачатие посредством ветра или воздуха, который является носителем мужского начала; таким образом, яйцо в этом случае хотя и ветряное, но оно не бесплодно».
В 1717 году Ричард Брэдли сообщил о получении садоводом Томасом Ферчайльдом первого межвидового гибрида между красной гвоздикой и гвоздикой Вильям душистый. И тем не менее, несмотря на очевидные доказательства пола у растений, из С.-Петербурга раздается возмущенная тирада академика Иоганна Сигезбека, требовавшего отбросить учение о поле растений как потрясающее устои нравственности. Отвергал пол и гейдельбергский профессор Ф. Шельвер, выпустивший книгу «Критика учения о поле у растений» (1812).
Натуралист-любитель и корифей немецкой поэзии В. Гете сначала безоговорочно признал тычинки и пестики в цветке половыми органами, но позднее попал под сильное влияние учения Шельвера, отрицавшего половой характер опыления у растений. Этим и объясняются ханжеские строки Гете в печати: «Это новое учение (Шельвера) об опылении можно считать в высшей степени желанным и уместным при обучении молодых людей и женщин, так как без этого преподаватель был бы всегда в большом затруднении. Когда эти невинные души для дальнейшего самостоятельного изучения брали в руки ботанические учебники, они не могли скрыть оскорбления своего нравственного чувства; вечные свадьбы, от которых нельзя избавиться, недопустимы с точки зрения чистой человеческой нравственности, так как единобрачие, на котором основываются нравственность, закон и религия, совершенно исчезает в сплошной похотливости».
И это Гете, изливший свою любовь к Минне Герцлиб (вдохновившей его на роман «Сродство душ») в такой непристойной эротической поэме, что ему было отказано в напечатании.
История знает удивительнейшие случаи, когда блестящие ученые проходили мимо открытий, которые могли бы обессмертить их имя. Но тем не менее проходили, не веря своим глазам. Так, В. М. Арнольди — русский морфолог растений — первым увидел слияние мужских гамет с яйцеклеткой и с ядром центральной клетки зародышевого мешка, то есть двойное оплодотворение у растений, но посчитал вторую мужскую гамету случайно занесенной в зародышевый мешок. Через несколько лет за него это открытие сделал С. Г. Навашин.
Еще более парадоксально, что люди, вооруженные микроскопом, в течение полутораста лет не замечали, что пыльцевое зерно прорастает, образуя пыльцевую трубку. Еще более непостижимо, что это, наконец, увидел не биолог, а астроном и оптик, профессор Моденского университета Джованни Баттиста Амичи (1786—1863). По счастью, Амичи свои наблюдения все же опубликовал в журнале ботанического, а не астрономического или оптического обществ, чем и привлек внимание рассеянных по натуре ботаников. В дальнейшем Амичи установил факт вхождения пыльцевой трубки через микропиле в семяпочку. В 1838 году «зародышевый пузырек» назвали яйцеклеткой и показали, что именно к ней устремлена пыльцевая трубка.
Очень многое о генеративной сфере растений успел узнать немецкий ботаник Эдвард Страсбургер (1844—1912), давший захватывающую картину развития наиболее часто встречающегося восьмиядерного мешка у покрытосеменных. Ему принадлежит и терминология, без которой трудно обойтись современному старшекласснику, мечтающему о биологическом поприще. Не будем застенчиво краснеть и мы, описывая по Страсбургеру развитие зародышевого мешка.
А это происходит так. Одна из клеток ядра семяпочки (нуцеллуса) начинает выделяться среди других своими большими размерами и густым содержанием; она и преобразуется в материнскую клетку. Эта материнская клетка путем двух последовательных делений дает четыре клетки, расположенные друг над другом в толще нуцеллуса. Но затем три верхние отмирают, а нижняя разрастается и становится исходной клеткой зародышевого мешка. Ядро последней троекратно делится и образует восемь ядер, вольготно лежащие в полости все растущего зародышевого мешка. Наконец, из верхней четверки ядер, лежащих в микропилярном конце (микропиле — пыльцевход), формируются яйцевой аппарат, состоящий из яйцеклетки и двух клеток-синергид, и верхнее полярное ядро. А из нижней четверки формируются три клетки антипод и нижнее полярное ядро. Чуть подождав, полярные ядра сливаются, в результате чего образуется вторичное ядро зародышевого мешка.
В последующие годы эмбриологи занимались главным образом классификациями зародышевых мешков.
Как ни странно, исследование судьбы пыльцевой трубки потребовало времени и сообразительности исследователей. К счастью, такие нашлись, и именно ими было установлено, что пыльцевые трубки растут по межклетникам рыхлой ткани столбика или по его каналу и далее в направлении микропиле, по микропиле до клеток, прикрывающих верхушку зародышевого мешка. Последняя пыльцевая трубка входит в полость мешка и производит оплодотворение.