Ботаника

Ботаника

Ботаника (от греч. botanikós — относящийся к растениям, botánē — трава, растение), наука о растениях. Б. охватывает огромный круг проблем: закономерности внешнего и внутреннего строения (морфология и анатомия) растений, их систематику, развитие в течение геологического времени (эволюция) и родственные связи (филогения), особенности прошлого и современного распространения по земной поверхности (география растений), взаимоотношения со средой (экология растений), сложение растительного покрова (фитоценология, или геоботаника), возможности и пути хозяйственного использования растений (ботаническое ресурсоведение, или экономическая ботаника). По объектам исследования в Б. выделяют фикологию (альгологию) — науку о водорослях, микологию — о грибах, лихенологию — о лишайниках, бриологию — о мхах и др.; изучение микроскопических организмов, преимущественно из мира растений (бактерий, актиномицетов, некоторых грибов и водорослей), выделяют в особую науку — микробиологию. Болезнями растений, вызываемыми вирусами, бактериями и грибами, занимается фитопатология.

Основная ботаническая дисциплина — систематика растений разделяет многообразие растительного мира на соподчинённые друг другу естественные группы — таксоны (классификация), устанавливает рациональную систему их наименований (номенклатура) и выясняет родственные (эволюционные) взаимоотношения между ними (филогения). В прошлом систематика основывалась на внешних морфологических признаках растений и их географическом распространении, теперь же систематики широко используют также признаки внутреннего строения растений, особенности строения растительных клеток, их хромосомного аппарата, а также химический состав и экологические особенности растений. Установление видового состава растений (флоры) какой-либо определенной территории обычно называется флористикой, выявление областей распространения (ареалов) отдельных видов, родов и семейств — хорологией (фитохорологией). Изучение древесных и кустарниковых растений иногда выделяют в особую дисциплину — дендрологию.

В тесной связи с систематикой находится морфология растений, изучающая форму растений в процессе индивидуального (онтогенез) и исторического (филогенез) развития. В узком смысле морфология изучает внешнюю форму растений и их частей, в более широком — включает анатомию растений, изучающую их внутреннее строение, эмбриологию, исследующую образование и развитие зародыша, и цитологию, изучающую строение растительной клетки. Некоторые разделы морфологии растений выделяют в особые дисциплины в связи с их прикладным или теоретическим значением: органографию — описание частей и органов растений, палинологию — изучение пыльцы и спор растений, карпологию — описание и классификация плодов, тератологию — изучение аномалий и уродств (терат) в строении растений. Различают сравнительную, эволюционную, экологическую морфологию растений.

Изучением растений в их взаимоотношении  со средой обитания занимается ряд  отраслей Б., иногда объединяемых под  общим названием экологиярастений. В более узком смысле экология изучает влияние на растение среды обитания, а также разнообразные приспособления растений к особенностям этой среды. На земной поверхности растения образуют определенные сообщества, или фитоценозы, повторяющиеся на более или менее значительных территориях (леса, степи, луга, саванны и т.д.). Исследованием этих сообществ занимается отрасль Б., называемая в СССР геоботаникой, или фитоценологией (за рубежом её часто называют фитосоциологией). В зависимости от объекта исследования в геоботанике выделяют лесоведение, луговедение, тундроведение, болотоведение и т.д. В более широком смысле геоботаника смыкается с учением об экосистемах, или с биогеоценологией, изучающей взаимоотношения между растительным покровом, животным миром, почвой и подстилающими почву горными породами. Этот комплекс называется биогеоценозом. Распространение отдельных видов растений на поверхности земного шара изучает география растений, а особенности распределения растительного покрова на Земле в зависимости от современных условий и исторического прошлого — ботаническая география.

Наука об ископаемых растениях — палеоботаника, или фитопалеонтология, имеет первостепенное значение для восстановления истории развития растительного мира. Данные палеоботаники имеют важнейшее значение для решения многих вопросов систематики, морфологии (включая анатомию) и исторической географии растений. Её данными пользуется также геология (историческая геология и стратиграфия).

Полезные свойства дикорастущих растений и возможности их окультуривания изучаются экономической Б. (хозяйственная  Б., ботаническое ресурсоведение). С  экономической Б. тесно связана  этноботаника — учение об использовании растений различными этническими группами населения земного шара. Важный раздел прикладной Б. — изучение дикорастущих родичей культурных растений, обладающих ценными свойствами (например, иммунитетом к болезням, засухоустойчивостью и т.д.).

Физиологию растений и биохимию растений не всегда относят к Б., поскольку многие физиологические и биохимические процессы, протекающие в растениях, аналогичны или даже тождественны процессам, протекающим в животных организмах, и изучаются сходными методами. Однако биохимия и физиология растений отличаются рядом специфических черт, исключительно или почти исключительно свойственных растениям. Поэтому разграничить физиологию и биохимию растений от собственно Б. нелегко, тем более, что физиологические и биохимические особенности растений могут рассматриваться как таксономические признаки, следовательно, интересовать систематиков растений. Эти же особенности чрезвычайно важны для понимания проблем экологии и геоботаники, географии растений и ботанической географии, экономической Б. и т.д. Генетика растений обычно также рассматривается как раздел общей генетики, хотя некоторые главы её (генетика популяций, цитогенетика) тесно связаны с систематикой, особеннобиосистематикой, экологией растений и геоботаникой.

Границы между перечисленными выше разделами Б. в значительной мере условны, т.к. их методы нередко перекрещиваются, а данные взаимно используются. Трудно определить место таких наук, как физиологическая анатомия и экологическая физиология, или отделить использование химических особенностей растений в систематике (хемосистематика) от сравнительной биохимии растений; наряду с этим процессом идёт и весьма узкая специализация отдельных ботанических разделов.

Б. тесно связана со многими другими  науками — с геологией через  палеоботанику и индикационную  геоботанику (использование признаков  некоторых растений и их сообществ  как индикаторов некоторых полезных ископаемых); с химией — через  биохимию и физиологию, экономическую  Б. и фармакогнозию; с почвоведением  и физической географией — через  экологию и геоботанику; с техническими науками — через экономическую  ботанику. Б. — естественноисторическая  основа сельского и лесного хозяйства, зелёного строительства в городах, курортах и парках, она разрешает  многие вопросы пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажной, микробиологической, деревообрабатывающей промышленности. Однако важнейшая задача Б. — изучение закономерностей развития и охраны среды обитания человечества — биосферы и прежде всего растительного мира — фитосферы.

Б. пользуется как наблюдением, так  и сравнительным, историческим и  экспериментальным методами, включающими  сбор и составление коллекций, наблюдение в природе и на опытных участках, эксперимент в природе и в  условиях специализированных лабораторий, математическую обработку полученной информации. Наряду с классическими  методами регистрации тех или  иных признаков изучаемых растений используется весь арсенал современных  химических, физических и кибернетических  методов исследования.

Основные этапы развития ботаники. Зарождение Б. Как стройная система знаний о растениях Б. оформилась к 17—18 вв., хотя многие сведения о растениях были известны и первобытному человеку, т.к. жизнь его была связана с полезными, главным образом пищевыми, лекарственными и ядовитыми растениями. Тексты, которые можно в какой-то мере считать ботаническими, известны из древнейших памятников письменности Двуречья (Шумер, Вавилон, Ассирия) и долины Нила (Древний Египет). Эти тексты, так же как и легендарная китайская книга о травах "Бэнь цао", относимая к концу 3-го тысячелетия до н. э., представляли собой скорее сочинения по прикладной Б., т.к. в основном содержали сведения о пищевых и лекарственных растениях. Первыми книгами, в которых растения описывались не только в связи с их полезностью, были произведения греческих учёных Аристотеля и особенно его ученика Теофраста, который сделал первую в истории науки попытку классифицировать растения, разделив их на деревья, кустарники, полукустарники и травы; среди последних он различал многолетники, дву- и однолетники. Теофраст был назван "отцом Б." Он отчётливо представлял себе строение цветка, в частности положение завязи в нём, и различия между сростнолепестными и свободнолепестными венчиками. В его "Исследовании о растениях" описано около 480 растений. Римский натуралист Плиний Старший в своей "Естественной истории" привёл все известные его современникам сведения о природе; он упомянул около 1000 видов растений, описав их достаточно точно.

В течение примерно 1500 лет, со времени  Теофраста и Плиния Старшего, накопление знаний о растениях шло преимущественно  вне Европы. В Индии в 1-м тысячелетии до н. э. появляется т. н. "Аюрведа" — "наука о жизни", включающая описание многих лекарственных растений Индии. Комментарии и дополнения к "Аюрведе" содержатся в сочинениях индийских врачей Чарака (10—8 вв. до н. э.), Сушрута и Вадбака (8—7 вв. до н. э.). Арабская экспансия во 2-й половине 1-го тысячелетия н. э. значительно расширила горизонты античности. Особое значение имели труды таджикского учёного Ибн Сины (Авиценны), описавшего в сочинении "Канон врачебной науки" множество растений, до того неизвестных европейцам. Единственным достижением европейской науки в области Б. были труды немецкого философа и естествоиспытателя Альберта фон Больштедта (Альберт Великий), установившего, в частности, на основании разницы в строении стебля различие между однодольными и двудольными растениями.

Б. к концу средневековья. В эпоху  великих открытий значительно возрос интерес к растениям, пока в основном как источнику лекарств, пряностей  и новых пищевых продуктов. Появляются (а вскоре и печатаются) "травники" с описанием всё возрастающего  числа растений, создаются первые "сухие сады" — гербарии, организуются настоящие ботанические сады. Всё это способствовало накоплению новых фактов и созданию первых общих концепций, главным образом в области классификации растений. Так, немецкий ботаник О. Брунфельс различает растения "совершенные", т. е. несущие цветки, и "несовершенные", т. е. лишённые их; итальянский врач и ботаник А. Чезальпино (в латинском произношении Цезальпин), опубликовавший важнейшее ботаническое сочинение эпохи — книгу "О растениях", в предисловии к ней сделал попытку классифицировать растения, привлекая в дополнение к обычному в то время делению растений на деревья, кустарники и травы также признаки цветков, плодов и семян. Швейцарский ботаник Иоганн Баугин (Жан Боэн) в своей "Всеобщей истории растений", опубликованной (1650) после его смерти, описал около 5000 растений. Его брату Каспару Баугину Б. обязана созданием бинарной номенклатуры, т. е. наименованием каждого растения двумя словами, из которых первое обозначает родовое название, а второе — видовое. Как известно, такой порядок наименования растений впоследствии был узаконен К. Линнеем и существует по сей день.

Б. в 16 и 17 в в. Для этого периода  характерно не только развитие систематики. Изобретение микроскопа привело  к открытию клеточного строения растений. Первые наблюдения в этой области  были сделаны английским учёным Р. Гуком. Позднее итальянец М. Мальпиги и  англичанин Н. Грю заложили основы анатомии растений. Голландец Я. Б. ван Гельмонт поставил первый опыт по физиологии растений, вырастив ветку ивы в бочке и установив, что почти 40-кратное увеличение её в весе за 5 лет не сопровождалось сколь-нибудь значительным уменьшением веса земли. Немецкий ботаник Р. Камерариус впервые обосновал наличие полового процесса у растений.

В России в 15—17 вв. 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").

Б. в 18 в. Открытия в разных областях Б. в 18 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 18 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.