БОТАНИКА

БОТАНИКА (греч, botanikos относящийся к растениям) — наука о растениях: их строении, жизнедеятельности, классификации, распространении, историческом развитии, значении в жизни природы и человека; один из основных разделов биологии.

В соответствии с задачами и методами исследования Б. представлена отдельными самостоятельными дисциплинами.

Морфология растений изучает закономерности строения и формообразования растений в процессе их индивидуального и исторического развития. В пределах этого раздела Б. выделились собственно морфология растений, изучающая закономерности внешнего строения растений, их органов и метаморфозов; анатомия растений, цитология, изучающие внутреннее, микроскопическое строение растений; эмбриология растений, изучающая закономерности развития зародыша, оплодотворение и структуры, Предшествующие их образованию (спорогенез и гаметогенез). Физиология растений изучает жизненные процессы в растениях. По мере развития Б. в пределах физиологии растений выделилась биохимия растений, изучающая хим. состав и обмен веществ у растительных организмов. Систематика растений изучает разнообразие растений, разделяет растительный мир на соподчиненные единицы — таксоны (см. Биогеоценоз). В зависимости от объектов исследования выделились более узкие дисциплины: лесоведение, луговедение, болотоведение, тундроведение и т. д. Экология растений изучает взаимоотношения между растениями и средой их обитания и приспособления растений к условиям среды. Палеоботаника (фитопалеонтология) изучает ископаемые растения; ее данные используют при решении ряда вопросов систематики, морфологии, филогении растений, а также в геологии (историческая геология, стратиграфия и т. д.). Генетика растений изучает закономерности наследственности у растительных организмов. Она тесно связана с селекцией растений, занимающейся изучением и выведением новых сортов растений, основываясь на законах генетики.

Взаимосвязь и взаимопроникновение отдельных разделов ботаники формирует все новые и новые, зачастую узкоспециализированные дисциплины (напр., в пределах морфологии палинологию — учение о строении и составе пыльцы и спор; карпологию — учение о строении плодов и семян, закономерностях их развития и т. д.). С другой стороны, происходит вычленение дисциплин, объединяющих разделы ботаники (напр., экологическая морфология растений, экологическая физиология, физиологическая анатомия, цитологическая анатомия и др.). В процессе изучения отдельных групп растений в рамках Б. выделяются самостоятельные научные дисциплины, напр.: микология (см.)— грибы, лихенология — лишайники, бриология — мхи и т. д.

Изучение роли растений в жизни природы и человека составляет предмет прикладной Б.

Б. является теоретической основой сельского и лесного хозяйства, зеленого строительства и др.; решает многие вопросы пищевой, текстильной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, торфяной и микробиологической промышленности. Среди разделов прикладной Б. выделяют ботаническое ресурсоведение, к-рое изучает полезные свойства и запасы дикорастущих растений, а также возможности их культивации (в пищевых целях, для использования в качестве лекарственных средств, в текстильной промышленности — дубильные растения, красящие и т. д.); выявляет растения, обладающие различными ценными свойствами (напр., иммунитет к болезням, засухоустойчивость и зимостойкость) и т. д. Важнейшей задачей Б. является изучение закономерностей развития и охраны среды обитания человека — биосферы и прежде всего растительного мира — фитосферы. Так, в соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР «Об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов» (1972) вокруг населенных пунктов нашей страны намечено создание новых или расширение существующих зеленых зон и лесопарковых территорий, определены границы водоохранных зон лесов и зон охраны водных источников и др.

Б. тесно связана с медициной — фармакологией (см.). Ботанические данные широко используются в ветеринарии, токсикологии (лекарственные и ядовитые растения), в судебной медицине (распознавание растений по их остаткам, частям и биохим, реакциям).

Б. использует как классические описательные методы исследования (наблюдение в природе и на опытных участках, описание и картирование растений и их сообществ, сбор и составление коллекций, гербариев), так и экспериментальные — в природе и лабораториях — с применением последних достижений физики и химии (гисто- и цитохимия, цитофотометрия, серодиагностика, бумажная и газовая хроматография, электрофорез, применение меченых атомов и пр.). Широко используется выращивание растений в строго контролируемых условиях опыта (фитотроны, климатроны, воспитание растений на искусственных средах и пр.).

Основные этапы развития ботаники

Возникновение Б. относится к далеким временам, когда, собирая различные растения, человек стал выделять среди них съедобные, лекарственные и ядовитые. С возникновением земледелия появилась культура растений. Это привело к необходимости более глубокого познания растений — их строения, свойств. Уже в древнейших памятниках письменности Двуречья (Шумер, Вавилония, Ассирия), Древнего Египта, Греции, Индии, Китая содержатся описания многих видов съедобных и лекарственных растений. В сочинениях древнегреч. врача Гиппократа описано свыше 200 видов растений. В сочинениях Теофраста (ок. 372—287 гг. до н. э.), называемого «отцом ботаники» («Причины растений» и «Исследования о растениях»), описывается уже ок. 500 растений и содержится первая попытка их классификации. Сообщаются также сведения о форме, размножении растений и т. д. Римский ученый Плиний Старший (23— 79 гг. н. э.) в своей «Естественной истории в 37 книгах» описывает ок. 1000 растений, преимущественно лекарственных и плодовых. Диоскорид (греческий врач, живший в Риме в 1 в. н. э.) приводит сведения о 600 лекарственных растениях и их свойствах. Ботанические сведения приводятся в сочинениях ученых и врачей Среднего и Ближнего Востока, в частности у Ибн-Сины. В 13 в. арабский врач Ибн-Эль-Бейтар описал ок. 1400 растений. Особое внимание уделялось арабскими учеными выяснению леч. свойств растений; классификация растений, предлагавшаяся арабами, была по преимуществу медицинской. Дальнейшее развитие Б. в Европе связано с великими географическими открытиями, обогатившими человечество знанием множества новых растений — лекарственных, пищевых, пряных и т. д. В эпоху Возрождения, характеризующуюся общим подъемом науки, возникают первые ботанические сады (Италия, 14 в.). В 15—16 вв. издается ряд «травников» с описанием и изображением растений и указаниями об их использовании в медицине; создаются гербарии (называвшиеся «сухими садами» —hortus siccus).

Накапливавшиеся данные требовали их систематизации. Так, Брунфельс (О. Brunnfels, 1488— 1534) различал растения «совершенные (имеющие цветки) и «несовершенные» (не имеющие цветков); Бок (J. Воск, 1498—1554) пытался расположить их в определенном порядке, напр, дикорастущие растения, кормовые, ползучие растения, деревья, кустарники и т. д. Итальянский врач Чезальпино (A. Cesalpino, 1519—1603) в своей работе «О растениях» разделял растения на 15 классов, используя сведения о строении цветков, плодов и семян. К. Баугин создал систему бинарной номенклатуры (см. Систематика) — наименования растений по роду и виду, к-рая в дальнейшем была узаконена в науке К. Линнеем распространившим ее и на животных. В 1789 г. появляется система французского ботаника Жюссье (A. Jussieu, 1748—1836), в к-рой растения на основании многих признаков объединены в естественные группы. Подобные же «естественные системы» опубликовали Ж. Ламарк, Декандолль (A. de Candolle, 1778—1841), англичане Бентам (G. Bentham, 1800—1884) и Гукер (D. Hooker, 1817—1911).

В основе всех этих систем сохранялось представление о постоянстве видов, сами же растения располагались лишь по степени сходства. Однако в последующем создатели эволюционного учения извлекли из этих систем все то ценное, что лежало в их основе.

Создание микроскопа открыло новые перспективы в развитии Б. Итальянский врач М. Мальпиги и английский врач и ботаник Грю (N. Grew, 1641—1712) положили начало анатомии растений. Камерариус (R. Camerarius, 1665—1721) впервые обосновал наличие двух полов и полового процесса у растений. К концу 18 в. появляется ряд широких обобщений в различных отделах Б. Так, в 1759 г. русский академик К. Ф. Вольф в своей «Теории зарождения» показал пути формирования органов и превращение одних органов в другие. В 1790 г. немецкий поэт и натуралист И. В. Гете опубликовал замечательную книгу «Метаморфоз растений», в к-рой предвосхитил ряд идей дальнейшего развития морфологии растений и положил начало сравнительно-морфологическому направлению в ботанике. К ель-рейтер (J. Kolreuter) окончательно доказал наличие пола у растений. К. Шпренгель показал роль насекомых в опылении растений.

В 1838—1839 гг. работами М. Шлейдена и Т. Шванна было окончательно утверждено учение о всеобщности клеточного строения растений и животных (клеточная теория). После установления клеточной теории развитие анатомии растений шло в двух направлениях. Одно из них — изучение строения растений в связи с их систематическим положением. Ван Тигем (1839—1914) положил начало учению о стели — столярной теории. Стели — это проводящие цилиндры у растений, представляющие собой систему сосудисто-волокнистых пучков различной степени сложности, окруженную снаружи перициклом и эндодермой. В процессе эволюции происходило прогрессивное усложнение стели от простейшей протостели (сохранились у некоторых современных папоротникообразных) до сложнейшей эустели у семенных растений. Американский ботаник Джеффри (Е. Jeffrey, 1866—1952) показал развитие стели в онтогенезе и филогенезе и в работе «Анатомия древесных растений» (1917) попытался дать общую картину эволюции анатомических структур. Его ученики Синнотт, Имс и Бейли создали концепцию развития анатомических и морфологических структур, отвечающую современным взглядам. Опираясь на данные стелярной теории, палеоботаники могут уверенно устанавливать родство между группами растений при отсутствии остатков генеративных структур. Другое направление разрабатывало вопросы строения растений в связи с их физиологией и экологией [Швенденер (S. Schwendener, 1829—1919); Габерландт (G. Haberlandt, 1854—1945); в России И. П. Бородин, 1847—193 ); В. Ф. Раздорский, 1883—1955; В. Г. Александров, 1887 — 1964].

В 18 в. в России широко развернулись исследования в области Б.

В созданной Петром I Академии наук в Петербурге собираются обширные ботанические коллекции. С 17 в. в России существовали аптекарские огороды (см.); впоследствии некоторые из них были преобразованы в ботанические сады. Широко изучается флора России — экспедиции С. П. Крашенинникова на Камчатку, Гмелина (J. Gmelin) в Сибирь и создание им 4-томной «Флоры Сибири», флористические работы И. И. Лепехина, П.С. Палласа, Ледебура (K.Ledebour). Их многочисленные коллекции заложили основу фундаментального гербария Ботанического ин-та АН СССР в Ленинграде.

19 в.— век бурного развития естествознания. Решающее влияние на развитие Б. оказало эволюционное учение Ч. Дарвина, выдвинутое им в 1859 г. в работе «О происхождении видов путем естественного отбора». Однако еще раньше появлялись работы, в которых содержались элементы развития растений, их эволюции. Так, в работах М. Шлейдена (1842) и особенно Гофмейстера (W. Hofmeister, 1849, 1851), посвященных изучению онтогенетического развития растений, показывалась связь различных отделов растений по строению и развитию органов размножения и т. д. С появлением эволюционного учения в области систематики наступил период филогенетических систем. Первой филогенетической системой стала система Брауна (А.Braun, 1864), в к-рой основные подразделения растительного мира были обозначены как «ступени развития». Большое значение имели система Эйхлера (A. W. Eichler, 1875) и особенно система Энглера (H. G. А. Engler), изложенная им в 20-томном труде «Естественные семейства растений», где классификация была доведена до рода, а в некоторых случаях и до вида. Работа Энглера не потеряла своего значения; большинство гербариев располагают коллекции по его системе, хотя сама система Энглера уже не отвечает современным представлениям о филогенезе растительного мира.

Издания, посвященные флоре отдельных стран и континентов, продолжаются и в наст, время (напр., в СССР в 1964 г. закончена 30-томная «Флора СССР»).

В 19 в. формируется как самостоятельная наука география растений, «отцом» к-рой считается немецкий ученый Гумбольдт (A. Humboldt, 1769—1859). Работами Гумбольдта, Декандолля (A. de Candolle, 1806— 1893), Гризебаха (A. Griesebach, 1814 — 1879), позднее Варминга (E. Warming) были обоснованы ее разделы — флористическая, историческая и экологическая география растений. В работе «Экологическая география растений» (1896) Варминг связал распространение растений с условиями среды и заложил основы науки «экология растений».

В России география растений разрабатывалась А. Н.Бекетовым (1825 — 1902), С. И. Коржинским (1861 — 1900), Г. И. Танфильевым (1857 — 1928), Е. В. Вульфом (1885—1941),

В. В. Алехиным (1882—1946) и др. В конце 19 и начале 20 в. из географии растений выделилась геоботаника (фитоценология), определился предмет ее изучения и наметились перспективы развития.

Зародившись в России, геоботаника получила у нас мощное развитие после Великой Октябрьской социалистической революции в связи с хозяйственным освоением огромных пространств СССР. Трудами акад. B. Н. Сукачева и его школы создано новое направление в науке — биогеоценология.

Палеоботаника, зародившаяся в конце 18 в., оказала революционизирующее влияние на все остальные ботанические дисциплины —морфологию, систематику, филогению. В России в области палеоботаники важные работы опубликованы И. В. Палибиным (1872—1949), М. Д. Залесским (1877—1946), А. Н. Криштофовичем (1885—1953), C. Н. Наумовой и др. Большой вклад в палеоботаническое изучение СССР внесли работы А. Л. Тахтаджяна, П. Дорофеева, С. В. Мейена и др.

Основоположником эмбриологии растений считается Р. Броун (1773— 1858). Он впервые полно и правильно описал строение семяпочки. В. Гофмейстер описал процесс оплодотворения у 40 видов растений.

И. Н. Горожанкин показал (1883), что ядра спермиев из пыльцевой трубки проникают после растворения ее кончика к яйцеклетке, сливаясь непосредственно с ней. В. И. Беляев (1855—1911) выяснил эволюцию мужского заростка споровых и голосеменных растений и предсказал существование у голосеменных подвижных сперматозоидов, открытых позднее японскими ботаниками Хиразе и Икено (1897). Работами Ганштейна (J. Hanstein), А. С. Фаминцина, Гиньяра (L. Guignard), Трейба (М. Treub) подробно изучено развитие зародыша.

Огромное значение имело открытие С. Г. Навашиным (1857—1930) у покрытосеменных растений двойного оплодотворения (1898). В процессе оплодотворения участвуют 2 мужских ядра — спермия; один из них сливается с яйцеклеткой, другой с вторичным ядром зародышевого мешка. Оплодотворенная яйцеклетка дает начало зародышу, а оплодотворенное вторичное ядро — эндосперме (питательной ткани для зародыша). После работ С. Г. Навашина эмбриология растений определилась как самостоятельная дисциплина.

Начиная с конца 19 в. всестороннему изучению подверглись низшие растения. Работами Л. С. Ценковского, И. Н. Горожанкина,

А. А. Ячевского, А. А. Еленкина, К. И. Мейера, В. П. Савич, Л. И. Курсанова собраны обширные сведения о водорослях, грибах, лишайниках, их морфологии, экологии, географическом распространении, которые позволили создать современные классификации, выяснить филогению и оценить значение низших растений в биосфере.

Началом научных работ по физиологии растений считают работы английского физика Хейлса (S. Hales, 1727) о движении соков у растений. Позже эти вопросы разрабатывались Пристли (J. Priestley, 1733— 1804), Ингенхаузом (J. Ingenhousz, 1730—1799), Сенебье (J. Senebier, 1742—1809), русским физиологом Ε. Ф. Вотчалом (1864—1937). Они доказали усвоение зелеными растениями на свету углерода и углекислоты воздуха (фотосинтез). Большую роль в разработке учения о фотосинтезе сыграли работы К. А. Тимирязева. Вопросы о природе и механизме фотосинтеза разрабатывались Р. Вильштеттером, М. А. Цветом, В. Н. Любименко, Л. А. Ивановым, А. А. Рихтером, А. А. Ничипоровичем и др. Их трудами создано современное учение о фотосинтезе. Работы Ю. Либиха, Буссенго (J. Boussingault, 1802— 1887) освещали вопросы воздушного и почвенного питания растений, способствовали сближению физиологии растений с агрономией. Многое в этом вопросе сделано основателем советской агрономии — акад. Д. Н. Прянишниковым (1865—1948). Вопросы минерального питания растений на современном уровне разрабатывались Д. А. Сабининым, Н. Г. Потаповым, А. Л. Курсановым и др. Вопросы дыхания и брожения, а также связанное с ними учение о ферментах в наше время разрабатываются В. А. Энгельгардтом, Η. М. Сисакяном,

А. И. Опариным и др. Вопросы устойчивости растений к засухе, низким температурам и др. разрабатывались физиологами H. А. Максимовым (1880—1952), П. А. Генкелем, Б. А. Рубиным, И. И. Тумановым. Большой вклад в изучение лекарственных растений внес П. Н. Крылов (1850—1931). Учение о фитогормонах разрабатывалось В. А. Ротертом, Бойсен-Иенсеном (P. Boysen Jensen), H. Г. Холодным, Вентом (F. Went), М. X. Чайлахяном. Окончательно выделилась из физиологии растений микробиология (20—30-е годы 20 в.).

Бурными темпами стала развиваться биохимия растений (работы С. П. Костычева, А. Н. Баха, А. Р. Кизеля, А. И. Опарина, А. Н. Белозерского, В. А. Энгельгардта и др.).

Огромное влияние на развитие Б. оказала генетика (см.).

Современное состояние ботаники

Современное состояние ботаники характеризуется взаимопроникновением различных дисциплин. Так, напр., в систематике для характеристики таксонов применяются методы цитологии, эмбриологии, анатомии, физиологии и биохимии.

Физиологические и биохимические методы все шире проникают в экологию и геоботанику, в результате чего возникает комплексная наука о физиологии растительного сообщества, появление к-рой предсказывал еще в 20-х годах В. В. Алехин. В геоботанике широко используются достижения бриологии, альгологии, микробиологии, по-новому освещающие жизнь фитоценозов. Характерно также широкое применение эксперимента и возникновение новых дисциплин, напр, экспериментальной систематики, экспериментальной экологии в геоботанике, экспериментальной морфологии (культура тканей).

Применение электронного микроскопа позволило проникнуть в детальное строение растительной клетки. Методы хроматографии, цитофотометрии позволили производить химические анализы большой точности на микроскопических объемах исследуемого вещества и применяются во всех отраслях Б. Можно думать, что достижения молекулярной биологии помогут раскрыть молекулярные основы онтогенеза и филогенеза растений, откроют новые горизонты в морфологии и систематике. Эти данные уже позволили иначе подойти к выяснению механизма наследственности; можно надеяться, что будет выяснен один из основных вопросов — каким образом единый для всех клеток генетический код реализуется по-разному в отличающихся между собой клетках различных тканей. Интеграция отдельных ботанических дисциплин и разделов позволяет решать вопросы в масштабе планеты — круговорот веществ, продуктивность биоценозов, баланс энергии и веществ в природе, влияние биоценозов на водный и газовый режим Земли и т. д. Применение математических приемов обработки данных, счетно-решающих машин и кибернетических аппаратов, методов моделирования различных процессов поможет учесть последствия глобального вмешательства человека в жизнь природы. Ботанические исследования вносят неоценимый вклад в дело сохранения среды обитания человека.

Научные учреждения, общества, преподавание

В СССР крупнейшими учреждениями являются Ботанический ин-т АН СССР (Ленинград), Ин-т Физиологии растений АН СССР (Москва), Ин-т биохимии (Москва), Микробиологический ин-т АН СССР (Москва), Ин-т цитологии (Ленинград), Ин-т генетики (Москва), Палеонтологический ин-т (Москва), Главный Ботанический сад АН СССР (Москва), Ботанический сад МГУ (Москва), а также ин-ты республиканских академий. Ботанические сады (их в СССР более 100) культивируют растения всего мира, которые изучаются ботаниками теоретического и прикладного профиля (интродукция и натурализация растений). При многих садах и ун-тах имеются гербарии. Крупнейшими из них являются Гербарий Ботанического ин-та АН СССР (Ленинград), Гербарий Московского ун-та, а за рубежом Гербарий Ботанического сада в Кью (Лондон).

Крупнейшими учреждениями по прикладной Б. являются Всесоюзный ин-т растениеводства (Ленинград), Всесоюзный ин-т лекарственных растений (Москва), Никитский ботанический сад в Крыму и другие учреждения ВАСХНИЛ. Эти учреждения издают научные Труды по отдельным отраслям Б. Большую роль в пропаганде ботанических знаний играют ботанические общества — Всесоюзное ботаническое общество (основано в декабре 1915 г.), издающее «Ботанический журнал», и его многочисленные отделения в союзных республиках и городах; Московское общество испытателей природы (МОИП) издает «Бюллетень МОИП», Ленинградское общество испытателей издает журнал «Записки». Ун-ты и другие вузы издают Труды, в которых печатаются ботанические статьи. Б. преподается в ун-тах, с.-х. и лесных ин-тах, в педагогических, медицинских (общая биология, фармакогнозия) вузах и техникумах.

Библиография: История—Баранов П. А. Ботаника, Ташкент, 1933; он же, История эмбриологии растений в связи с развитием представления о зарождении организмов, М.— Л., 1955, библиогр.; Вульф Е. В. Историческая география растений, М.— Д., 1944; Очерки по истории русской ботаники, под ред. Н. А. Комарницкого, М., 1947; Русские ботаники, Биографо-библиографический словарь, сост. С. Ю. Липшиц, т. 1—4, М., 1947—1952; Серебряков К. К. Очерки по истории ботаники, М., 1941, М б b i u s M. Geschichte der Bota-nik, Jena, 1937; R e e d H. S. A short history of the plant sciences, Waltham, 1955.

Руководства, учебники — Алехин В. В. География растений, М., 1944, библиогр.; Г e н к e л ь П. А. Физиология растений, М., 1965; Г о л e н к и н М. II. Курс высших растений, М.— Л., 1937; Жуковский П. М. Культурные растения и их сородичи, Л., 1964; И м с А. Морфология цветковых растений, пер. с англ., М., 1964; Комарниц-кий Н. А., Кудряшов Л. В. и Уранов А. А. Систематика растений, М., 1962; Кретович В. Л. Основы биохимии растений, М., 1971; Курса-н о в Л. И. и К о м а р н и ц к и й Н. А. Курс низших растений, М., 1945, библиогр.; они же, Ботаника, т. 1, М., 1966; M e й-е р К. И. Морфогения высших растений, М., 1958, библиогр.; Поддубная-Арнольди В. А. Общая эмбриология покрытосеменных растений, М., 1964, библиогр.; Раздорский В. Ф. Анатомия растений, М., 1949; Рубин Б. А. Курс физиологии растений, М., 1971; T а х т а д ж я н А. Л. Высшие растения, т. 1, М.—Л., 1956; он же, Основы эволюционной морфологии покрытосеменных, М.— Л., 1964, библиогр.; Шенников А. П. Экология растений, М., 1950, библиогр.; Э с а у К. Анатомия растений, пер. с англ., М., 1969; Ярошенко П. Д. Геоботаника, М.— Л., 1961.

Л. В. Кудряшов, Н. А. Комарницкнй.