Живые часы - Ритчи Уорд

Вслед за «Происхождением видов» в 1871 году был опубликован еще один труд Дарвина по теории эволюции — «Происхождение человека и половой отбор».

В этой книге Дарвин шире развернул некоторые взгляды, выдвинутые им в «Происхождении видов», и пошел дальше, логически применив принципы естественного отбора к человеку. На многочисленных примерах он показал, что предками человека были обезьяноподобные существа, родственные предкам современных шимпанзе, орангутанов и горилл.

Основные положения этих двух трудов Дарвина сводятся к следующему. «Во-первых, все современные виды растений и животных произошли от ранее существовавших, вообще говоря, более простых форм. Во-вторых, изменчивость видов частично обусловлена внешней средой В-третьих, в борьбе за существование выживают наиболее приспособленные организмы, так как они лучше своих конкурентов адаптируются к окружающим условиям. В-четвертых, внутривидовая дифференциация может вызываться и половым отбором. И наконец, в-пятых, некоторые изменения возникали, по-видимому, спонтанно. Последнее положение Дарвина получило дальнейшее развитие в учении о мутациях».

Свою научную карьеру Чарлз Дарвин начал в 1831 году, когда он отправился в пятилетнее кругосветное путешествие на корабле «Бигль». А через пятьдесят лет, уже членом-корреспондентом Ботанического отделения Института Франции, он опубликовал свой последний значительный труд «Способность к движению у растений». Эти пятьдесят лет жизни Дарвина можно разделить на три основных периода: период сбора данных, период их осмысливания и период обработки собранных материалов.

Во время путешествия на «Бигле» Дарвин собирал коллекции и вел наблюдения над удивительным многообразием растительного и животного мира. Работая над книгами «Происхождение видов» и «Происхождение человека», описывая и обдумывая свои наблюдения, Дарвин систематизировал этот обильный и разнообразный материал в единую общую теорию, ставшую исторической вехой в развитии биологической науки.

Все последующие годы он проверял правильность своей теории в экспериментах на растениях. Хотя Дарвин и не был физиологом растений в современном понимании этого слова, он все же не ограничивался в своих исследованиях чисто описательным подходом. Именно он предложил гипотезы, которым было суждено спустя десятилетия привести ученых к пониманию того, почему те или иные организмы ведут себя определенным, только им свойственным образом.

Интерес Дарвина к росту и тургорным движениям у высших растений был всеохватывающим. Тут и свертывание листьев на ночь, предотвращающее излишнюю потерю влаги, и колебательные движения виноградной лозы, благодаря которым ей удается отыскать опору, и изгибание дугой подсемядольного колена, помогающее ему пробиваться сквозь почву, тут и раскидывание листьев, увеличивающее зеленую поверхность для улавливания солнечных лучей, и поворачивание цветоносов, и зарывание в землю плодов, и случайные мутации, и огибание корнями всяких препятствий в земле, а также влияние света, силы тяжести и влажности на выбор растениями положения, оптимального для их дальнейшего роста.

Еще в 1863 году Дарвин писал профессору Асе Грею о своем увлечении наблюдениями за движением усиков и верхних междоузлий. «…Движение усиков независимо от движения верхних междоузлий, но и усики и междоузлия работают согласованно, описывая круги в одном направлении. Когда побег Apocyneae, который неуклонно тянется вверх, подыскивая, за что бы уцепиться, встречает опору, движение в этом месте прекращается, но продолжается в его верхушечной части. Так что все лазящие растения поднимаются в результате спонтанного кругового движения верхних междоузлий».

Летом 1877 года Дарвин серьезно болел. Но и лежа в постели, он продолжал наблюдать медленные круговые движения растущего усика. Постепенно вырисовывалась программа изучения связи различных движений у растений с приспособленностью этих растений к выживанию. К осени с помощью друзей он собрал коллекцию, в которой было около трехсот видов растений со всех частей земного шара.

Исследования, в которых Дарвину помогал его сын Фрэнсис, длились около трех лет. Результатом этих исследований и явилась книга «Способность к движению у растений», в которой дано детальнейшее описание буквально тысяч экспериментов. Одни из них оказались неудачными, другие неубедительными, но большинство были действительно превосходны. Для нас интересны две последние серии экспериментов (с проростками канареечника и виргинским табаком), повлиявшие на дальнейшие исследования.

В экспериментах с проростками канареечника Дарвин стремился выяснить, влияет ли на организм растения освещение его небольшой части, и если да, то как это влияние передается его другим частям.

Наблюдая, с какой точностью семядоли[3] этого растения изгибались к свету небольшой лампы, мы пришли к мысли, что самая верхняя часть семядоли определяла направление изгиба части, расположенной ниже. Когда на семядоли действует свет, то сначала изгибается верхняя часть, а позже изгиб постепенно распространяется вниз к основанию и, как мы сейчас увидим, даже несколько ниже почвы.

Как проверить, что светочувствительный участок растущего побега находится где-то около верхушки? По-видимому, закрывая эту верхушку от света. Именно так и поступил Дарвин, испробовав при этом несколько методов. Он закрывал верхушки колеоптилей канареечника Phalaris canadensis колпачками из тонкой оловянной фольги, окрашивал их тушью или черным лаком, надевал на них покрашенные изнутри трубочки из тонкого стекла и даже отрезал кончики колеоптилей. Самый надежный результат, по его мнению, давали стеклянные трубочки, поскольку они позволяли вести параллельно контрольный эксперимент, чтобы учесть влияние, которое мог оказать вес самих трубочек.

Колпачки делались из трубочек тончайшего стекла, которые после окрашивания в черный цвет служили хорошо, но имели тот большой недостаток, что нижние края их нельзя было сжимать. Впрочем, применялись трубки, которые почти совсем плотно охватывали семядоли, а на земле, чтобы предотвратить отражение света от почвы вверх, вокруг каждого из проростков помещалась черная бумага. Такие трубки в одном отношении были лучше, чем колпачки из станиоля, а именно они давали возможность одновременно покрывать некоторые семядоли прозрачными, а другие непрозрачными трубками, и таким образом наши опыты можно было контролировать.

Мы начнем со стеклянных трубок. Верхушки девяти семядолей, несколько различающихся по высоте, менее чем наполовину своей длины заключены в бесцветные или прозрачные трубки. Затем они были выставлены в ясный день на 8 часов перед юго-западным окном. Все они сильно изогнулись к свету, в той же степени, как и многие другие свободные проростки в тех же горшках. Таким образом, стеклянные трубки, наверное, не препятствовали семядолям изгибаться к свету. Девятнадцать других семядолей одновременно были подобным же образом заключены в трубки, густо окрашенные тушью. У пяти из них краска, к нашему удивлению, после экспозиции на солнечном свету съежилась, причем образовались очень узкие трещинки, через которые проходило немного света. Эти пять случаев были отброшены.

Из остальных четырнадцати семядолей, нижние половинки которых в течение всего времени находились на полном свету, семь остались совершенно прямыми и вертикальными, одна изогнулась к свету значительно, а шесть — слегка; однако оставшиеся открытыми основания большинства из них были почти или совершенно прямы. Возможно, что немного света могло отражаться вверх от почвы и входить в основания этих семи трубок, так как солнце светило ярко, хотя на почву вокруг них и были положены куски зачерненной бумаги. Тем не менее семь слегка изогнутых семядолей вместе с семью прямыми по своему виду представляли в высшей степени замечательный контраст со многими другими проростками в тех же горшках, не подвергшимися никакой обработке. Затем у десяти из этих проростков зачерненные трубки были удалены, и после этого в течение восьми часов они находились перед лампой. Девять из них изогнулись к свету сильно и один умеренно, доказывая этим, что прежнее отсутствие всякого изгиба в базальной части либо наличие лишь слабого изгиба были обусловлены затемнением верхней части.

После аналогичной серии экспериментов с использованием колпачков из оловянной фольги автор сделал вывод: «Из этих нескольких серий опытов, включая опыты со стеклянными трубками и опыты со срезанием верхушек, мы можем заключить, что затемнение верхней части семядолей Phalaris препятствует нижней части изгибаться, хотя бы она полностью была освещена с одной стороны. Мы должны, следовательно, заключить, что когда проростки свободно выставлены на боковой свет, то из верхней части в нижнюю передается некоторое влияние, заставляющее последнюю изгибаться».