Достижения в изучении живой природы в XV—XVII вв.

К середине XV в., с распадом феодального общества и зарожде­нием новых капиталистических производственных отношений, про­исходят заметные изменения в подходах при изучении природы. Возникает класс буржуазии, заинтересованный в развитии городов и промышленности. Для последней требовалось много сырья. Для его поиска были организованы многочисленные экспедиции. Потребно­сти экономики и культуры, появление городского уклада жизни спо­собствовали открытию университетов, развитию в них науки, воз­никновению европейского книгопечатания (в Китае же наборное книгопечатание датируется XI веком).

Во второй половине XV в. совершаются великие географические открытия: Америки (Х.Колумб), морского пути в Индию (Васко да Гама), Южной Америки (А.Веспуччи). Сырьё с новых континентов завозится в Европу, изучается новая для Европы флора и фауна. Заво­зятся и туземные растения для культивирования.

1. Создание экспериментального естествознания в эпоху Возрождения

Эпоха Возрождения (Ренессанс) началась в Италии с начала XIV в., завершилась в последней четверти XVI в. (в Англии, Испании – в первом десятилетии XVII в.).

Одной из позитивных характеристик буржуазии было стремление к развитию науки и освобождению ее от церкви, воз­врата научной мысли к лучшим традициям античности. Буржуазия призывала естествоиспытателей к непосредственному изучению яв­лений природы, отказу от схоластики Средневековья.

Все это сказалось на организации научных экспедиций и цен­тров, учебных заведений. Были открыты интернациональные уни­верситеты в Болонье (1158), Париже (1150), Риме (1303), Кембрид­же (1257), где изучали философию, естествознание, медицину и т.д.

Эпоха Возрождения известна как «величайший про­грессивный переворот из всех пережитых до того времени челове­чеством» (Ф.Энгельс) или «эпоха пробуждения самосознания духа» (Г.Гегель). Она вывела на арену гигантов мысли и искусства (А.Данте, Ф.Петрарка, Дж.Боккаччо, Рафаэль, Леонардо да Винчи и др.), бросивших вызов «позорному и испорченному све­ту». С этого периода начинается история книгопечатания (1465), способствовавшая распространению науки и идей гуманизма благо­даря возможности быстрого размножения прогрессивных произве­дений античного мира и современников.

В естественнонаучном плане в этот период велика роль Лео­нардо да Винчи (1452—1519), предвестника новой эпохи, избрав­шего своим девизом учиться у природы как у «верной учительни­цы высших интеллектов». Его интересы касались изучения кри­сталлов, растений, животных и человека, а также истории Земли для познания «происхождения многочисленных созданий при­роды». Он как ученый и художник оставил прекрасные зарисовки и труды по анатомии человека, занимаясь вскрытием трупов, опи­сал строение крыла птицы и особенности их полета. Во всех своих поисках он стремился доказать роль опыта в знаниях, использовал математические методы, создавал проекты различных оригинальных устройств и аппаратов для дви­жения, полета и т.д.).

Он блестяще продолжил традиции Аристо­теля в области описательной и сравнительной анатомии, открыл щитовидную железу, воздушные каме­ры в лобной и челюстной костях, описал распределение в теле взрослого человека вен, нервов, мускул, строение сердца, а также изменения в них под влиянием движений. Его «Трактат по анато­мии» содержит данные о возрастных изменениях в организме человека, на­чиная с момента зачатия, на­блюдения в области эмбриологии, физиологии и биомеханики человека.

Сравнивая особенности организации разных наземных животных, Леонардо да Винчи обнаружил наличие у них сход­ных «членов, отличающихся друг от друга лишь длиной и тол­щиной». Эти различия он связывал с выполняемыми функциями у разных животных (рука человека, крыло летучей мыши, нога лошади, тигра и т.д.). Критерием высшего совершенства считал наличие «наибольшего количества и наибольшего разнообразия свойств», т.е., выражаясь современным языком, степень диффе­ренциации.

Леонардо да Винчи преуспел и в описании, и в зарисовках рас­тений: форм их жилкования, цветков, тычинок и лепестков, под­черкивал наличие многообразия форм и структур растений. При этом замечал, что у растений, как все в природе, соответствует за­кону «дивной необходимости», в подтверждение чего обращал внимание на число колец в древесине, связь между диаметром ствола и ветвей дерева, порядок расположения ветвей на стволе, листьев на ветвях и т.д. Подобные наблюдения оказались значимы для последующего развития морфологии растений. В своих трудах Леонардо да Винчи обращал внимание на роль света, влажности, состава почвы, движения корней, побегов и листьев в жизни рас­тений.

Биологические интересы Леонардо да Винчи были так разносторонни, что мы считаем его труды основанием истории совре­менной биологии. Может быть, эта разносторонность и помешала ему достичь великих успехов в какой-либо области науки (Вазари).

Глубина его дарований и наблюдений и ныне восхищает ис­ториков науки. Его труды около 400 лет оставались неопубликованными, и поэтому трудно оценить их реальное влияние на последующее развитие науки. Несмотря на это, его исследования в области описа­тельной и сравнительной анатомии подготовили почву для разви­тия биологии в последующих столетиях, а сформулированная им большая часть проблем стала предметом изучения во многих областях биологии.

В XV—XVII вв. выдающиеся деятели эпохи Возрождения (Э.Роттердамский, Т.Мюнцер и др.) выступили против церкви за идеи гуманизма, а ученые (Д.Бруно, Ф.Бэкон, Н.Коперник, Р.Декарт, Г.Гали­лей и др.) своими фундаментальными исследованиями в естество­знании нанесли удар по схоластике средневековья. Серьёзный прорыв был достигнут и в изучении живой природы.

2. Успехи в области ботаники, систематики и физиологии растений

Период XV—XVII вв. в развитии биологии рассматривается как метафизический, идёт накопление большого объема мате­риала, но рассматривается он с теологических и телеологических позиций.

Именно с XV в. начинается описание флоры в разных странах Европы.

Германский флористИероним Бок (1498—1554) в своих травниках дал под­робное описание 567 растений и их рисунки, сведения о време­ни цветения растений, их распространении и характере место­обитания. И.Бок разделил растения на дикорастущие с души­стыми цветами, клевер, злаки, кормовые, деревья и кустарники. Леонард Фукс (1501—1566) в книге «История растений» дал описание более 400 видов.

Голландский учёный Карл Клюзиус (1525—1609) распространил картофель в Европе и описал его как ботаник. В его трудах выражен вид как группа близкородственных форм.

«Отцы ботаники» (Брунфелс, Бок, Фукс) составили многотом­ные травникис описаниями и зарисовками растений, они играли роль лечебных каталогов. В этом отношении наибольший инте­рес представляет книга Отто Брунфелса (1488 - 1534) «Живые изо­бражения растений». Он также впервые составил «Флору Германии».

Велики заслуги шведских ботаников, братьев Баугинов. Иоганн Баугин (1541—1613) в книге «Естественная история растений» описал 4000 видов. Его брат Каспар Баугин(1560—1624) по результатам путешествия по Центральной Европе дает описание около 6000 видов растений, В своих описаниях он положил конец неразберихе в названиях растений, имевшихся у разных авторов. Он строго разграничивал понятия «рода и вида», предложив четырехчленные названия рас­тений вплоть до разновидностей. В этом смысле его работы содер­жат зачатки бинарной номенклатуры. Его стремление оценивать степень сходства видов по комплексу признаков можно рассмат­ривать как попытку построить естественную систему растений. Виды растений К.Баугин располагал по признакам сходства в 12 групп или классов.

Андреа Чезальпино (1512—1605) известен как морфолог и систематик, предложив­ший объективные диагностические признакидля определения рас­тений, опираясь на особенности строения плодов, цветков и семян. В этом он опередил К.Линнея. Вслед за Аристотелем А. Чезальпино рассматривал растения как несовершенных живот­ных. Питание и размножение он относил к основным функциям растений, которые соответственно связывал с деятельностью кор­ней и семян. Семена же рассматривал как вместилище души расте­ний.

По диагностическим признакам А. Чезальпино выявил степень родства в пределах деревьев, кустарников и трав (семенные), водо­рослей, мхов и папоротников (бессемянные). Среди указанных групп растений далее им выделяются одно- и двусеменные виды с голыми и покрытыми семенами. Он различал отделы, роды и виды растений. Хотя его система во многом оставалась искусственной, он первым навел порядок в ботаническом материале, уже тогда ставшем плохо обозримым. Каждый орган он рассматривал с учетом числа, поло­жения и формы. Он пытался понять питание растений, но не дошел до понима­ния роли листьев в этом процессе.

Иоахим Юнг (1587—1657) в начале XVII в. закладывает основы морфологии и органографии растений, что имело значение для последующей систематизации видов, он предложил комплекс диагности­ческих признаков, внешних и внутрен­них, с учётом гомоло­гии органов. И.Юнг подробно описал различные формы стебля, расположения ветвей и листьев, многообразие форм листьев, соцве­тий (колос, кисть, зонтик и т.д.).

Джон Рей (1627—1705) отличался разносторонностью интересов, описал мно­жество растений, опираясь на идеи И. Юнга. Он делил растения на 31 группу, давая видам четырехчленную классификацию, четко выделяя понятия «род», «вид» и классы. Классы располагал в по­рядке усложнения. В работе «История растений» Дж. Рей в каче­стве диагностических признаков на первый план ставил плоды, цветы и их расположение, особенности венчика и чашечки, форму и строение листьев, особенности корневой системы.

Растения де­лил на две группы; совершенные (одно- и двудольные) и не­совершенные (водоросли, грибы, печеночные, мхи, лишайники, хвощи, папоротники). Задачей ботаники Дж. Рей считал построе­ние филогенетической системы. Виды определял как «формы,.., сохраняющие свою специ­фическую природу, и ни одна из них не возникает из семени другой формы»; т.е., по сути, он ввёл 2 критерия вида: морфологический и репродуктивный. Заслугой Дж. Рея является введение понятия «вид» в биологию. Считал, что виды постоянны, хотя иногда допускал и пре­вращение видов. Он сделал попытку классифици­ровать и животных.

Исследования Жозефа Турнефора (1656—1708) содержали описание 500 видов растений, выделенных по строению цветка (безлепестковые и ле­пестковые). Лепестковые он делил на одно- и многолепестковые. Он подчеркивал, что изучение каждого растения следует начи­нать с цветка и венчика, затем перейти к плоду. Другие признаки растений не могут сравниться с ними по значимости для класси­фикации.

Он различал такие категории систематики как класс, секция, род и вид. Особенно его классификация отличалась де­тальным описанием родов. Все растения он делил на 18 классов: розоцветные, губоцветные, крестоцветные, мотыльковые, злако­вые и др.

В этот же период возникают новые направления в экс­периментальной ботанике, закладываются основы изучения пола и тонкого строения растений. Так, Рудольф-Яков Камерариус (1665—1721) в работе «О поле у растений» (1694) обращает вни­мание на существование одно- и двуполых цветков, одно- и дву­домных растений, различную судьбу опыленных и неопыленных цветков, прослеживает развитие пыльников, участие пыльцы в опылении и оплодотворении. При этом проследил развитие семе­ни у шелковицы, клещевины, конопли и других растений, кон­кретизировал женский и мужской органы размножения в опытах с удалением тычинок и пестика. На примере хвощей и плаунов подобные попытки завершились неудачами, причины их он не смог объяснить. Не смог понять и явление оплодотворения без микроскопического контроля, необходимость которого он ясно понимал.

Принципиальное значение для развития ботаники имели иссле­дования по изучению анатомической структуры растений. Это ста­ло возможным лишь после конструирования Галилео Галилеем в 1624 г. микроскопа, с усовершенствованием которого отмечен переворот во многих областях биологии. Первоначально Галилей назвал свой прибор «оккиолино» - глазок. В 1625 г. друг Г.Галилея по Академии Джованни Фабер по аналогии с термином «телескоп» предлагает увеличи­тельный прибор Г. Галилея назвать «микроскопом».

Первые анатомические исследования появились в XVII в. (Р. Гук, М. Мальпиги, Н. Грю), в которых содержалось сравнение клеточного («пузырьки») и тканевого строения листьев, стеблей и корней разных видов растений. Уже тогда были описаны разные существа, сосудисто-волокнистые пучки. Британский ботаник Неэмия Грю в трактате «Анатомия растений» (1682), ввел понятие «ткань растения» и дал описание разных их типов.

С внедрением микроскопической техники в биологию и разви­тием анатомии растений наблюдается прогресс в изучении жизне­деятельности растений, зарождается физиология растений как тео­ретическая основа растениеводства. Так, в 1563 г. французский ремесленник Бернар Палиссив кни­ге «Истинный рецепт, посредством которого все французы могут научиться увеличивать свои богатства» показал возможность повышения урожая путем подкормки растений некоторыми неорга­ническими солями. Подобные опыты в дальнейшем сыграли ре­шающую роль в обосновании теории плодородия почв.

Несколько позже Ян Баптист ван Гельмонт (1686) в опытах с взвешиванием почвы в сосудах до и после культивирования укорененных ветвей ивы не обнаружил изменения в ее весе, что привело его к отрицанию роли почвы в питании растений, основой питания объявлялась вода. Важным итогом этого опыта все же сле­дует признать саму постановку вопроса о возможности эксперимен­тального изучения факторов питания растений.

В этих целях проводятся и другие опыты. Так, Марчелло Мальпиги (1675—1679) по результатам наблюдений за развитием тыквы высказал предположение об участии семядолей и листьев, сол­нечного света в питании растений. Методом кольцевания стебля он установил, что вода движется по сосудам в листья, из них она в виде переработанного сока возвращается вниз по коре. В рабо­те «Анатомия растений» описал наличие восходящего и нисходя­щего тока у растений.

Несколько позже англичанин Джеймс Вудворд (1699), выращивая растения в воде из различных мест, показал, что без минеральных веществ они оказываются угнетёнными. Другой британец Стивен Гейлс ( последователь Ньютона) в работе «Статика растений» (1727) показал, что всасывание воды через корень и передвижение её по растению происходит в результате действия капиллярных сил. Он обнаружил корневое давление, а в наблюдениях над испарением растений – засасывающее действие листьев в этом процессе. Таким образом, Гейлс установил нижний и верхний концевые двигатели, которые обеспечивают передвижение воды в растениях снизу вверх. Он же определил интенсивность транспирации и объём испаряемой воды в разные периоды у растений с листьями и без них.

Все эти результаты повлияли на дальнейшее развитие ботаники и физиологии растений в ХVIII в.