Переломными для понимания этих загадочных форм жизни стали исследования итальянского ботаника Пьера Антонио Микели (1679–1737). Во времена Микели существовало много суеверий о грибах, в том числе то, что они появлялись самопроизвольно в гниющем мясе и растениях. Микели занялся этим вопросом и в книге «О новых видах растений» (Nova Plantarum Genera) описал не только сотни видов, но и свои опыты, доказывающие, что грибы размножаются крошечными спорами, из которых вырастает новое поколение. (Он вырастил споры на кусочках дыни!) Однако прошло еще много времени, прежде чем грибы начали изучать серьезно. Для удобства их первоначально отнесли к растениям, хотя они совсем не похожи. В грибах не происходит фотосинтез: они впитывают питательные вещества из среды, каковой может оказаться и разлагающееся растение, и организм животного. Плодовое тело гриба состоит из сети нитей, гиф, обычно скрытых от взгляда. Сегодня выделяют отдельное царство живой природы – царство грибов. В действительности они ближе к животным, чем к растениям!
Гриб – это плодовое тело, состоящее из плотно переплетенных гиф. Здесь изображен ядовитый мухомор. Он выпускает споры тысячами из пластинок под шляпкой.
Селекционное разведение
В XVIII в. делали серьезные попытки развивать сельское хозяйство. В числе достижений – создание новых улучшенных пород животных и растений.
Люди всегда оказывали влияние на качества животных, которых одомашнивали. Поначалу это происходило неосознанно, но даже в древности люди прилагали целенаправленные усилия для разведения и улучшения некоторых животных, таких как ослы и охотничьи собаки. В 1700-е гг. в Европе были веком рационализма, и вера в рациональность распространилась и на сельское хозяйство. Предпринимались скоординированные попытки улучшить сельскохозяйственных животных. Самым знаменитым «улучшателем» того времени был английский агроном Роберт Бакуэлль. Отобрав особей для разведения и скрестив их с другими породами, Бакуэлль создал новые породы рогатого скота, овец и лошадей. Он также очень выгодно сдавал внаем призовых быков и баранов другим фермерам. Свои методы он держал в секрете, но, вероятно, использовал сочетание близкородственного и неродственного скрещивания. Говоря современным языком, близкородственное скрещивание – это способ зафиксировать благоприятные гены в популяции, чтобы те достались всему потомству. С другой стороны, такой подход может привести к генетическому ослаблению. Бакуэлль и его современники в общих чертах это понимали, хотя подробно процесс был описан только в ХХ в. Селекционное разведение животных и растений чрезвычайно важно, поскольку мировая популяция растет: чтобы накормить мир, ученые стремятся получить новые виды с большей плодовитостью и лучшей сопротивляемостью заболеваниям.
Роберт Бакуэлль создал новые породы животных, в том числе овцу породы «лейстер» и корову породы «лонгхорн».
Ботанические сады
В Средневековье для выращивания лекарственных растений создавались «аптекарские сады». Они и стали прообразом ботанических садов, где выращивали и изучали растения всех возможных видов.
В XVIII в. ботаникой занялись значительно усерднее, отчасти из желания систематизировать множество экзотических видов, которые обнаруживались в разрастающихся за счет иноземных территорий империях, и найти им применение. Сады лекарственных растений, особенно Королевский сад в Париже и Королевский ботанический сад в Эдинбурге, взяли на себя дополнительные функции и стали проводить научные исследования.
Комлекс ботанических садов, который сегодня считается крупнейшим в мире, появился в результате слияния в 1772 г. двух прилегающих друг к другу королевских садов в Кью на окраинах Лондона. За их обустройством наблюдал ведущий ботаник сэр Джозеф Бэнкс, собиравший растения во время экспедиций капитана Кука в южных морях. Сады Кью официально стали доступными для широкой общественности в 1840 г. Там построили великолепные оранжереи и расширили площади для научных исследований, в том числе для коллекции высушенных растений – гербария, – которой предстояло стать крупнейшей в мире.
Французский натуралист XVIII в. Жорж-Луи Леклерк, граф де Бюффон, возглавлял Королевский сад в Париже с 1739 г. до своей смерти в 1788 г. Сам Бюффон был в большей степени зоологом, но привлекал талантливых ботаников и превратил бывшие аптекарские и декоративные огороды в настоящий ботанический сад, игравший ведущую роль в классификации растений. После Французской революции его переименовали в Сад растений.
Большие оранжереи проекта «Эдем» в Корнуоле, Англия, – это связанные друг с другом геодезические куполы, не имеющие внутренних опор. Они покрыты не стеклом, а специальными пластиковыми секциями, легкими и прочными, которые к тому же очищаются самостоятельно. Оранжереи защищают более нежные растения от ветра и непогоды, а также поддерживают внутри высокую температуру воздуха, так как прозрачные крыши пропускают энергию солнечного света, но сохраняют тепло.
Вид на огромный Темперейт-хаус в Королевских ботанических садах Кью, открывшийся в 1863 г. Это крупнейшая в мире оранжерея викторианской эпохи.
Зачем нужны ботанические сады?
Кроме того, что это приятное место для прогулок, у современных ботанических садов множество функций. Проще всего заметить, что все растения подписаны, и каждый посетитель может выяснить, чем именно любуется. Сады мирового класса, такие как в Кью и Нью-Йорке, проводят различные обучающие мепроприятия, участвуют в сохранении видов и занимаются исследованиями. В мире все еще открывают новые виды растений, особенно в тропиках, и их нужно классифицировать. Специалисты работают над составлением списков растений конкретного региона. Все большую важность приобретают банки семян, консервирующие семена растений в качестве природоохранной меры. Самый крупный из них расположен на арктическом острове Шпицберген: холодный климат облегчает сохранение биологического материала.
Респирация
Зачем нужно дыхание? Только в конце XVII в. ученые начали находить ответы на этот важный вопрос. Их работа в итоге помогла подробно описать функционирование живых существ.
Изначально «респирация» – еще одно слово, обозначающее дыхание. Очевидно, что мы умрем, если не сможем дышать. Но почему? О смысле и значении дыхания люди размышляли с древних времен, но нельзя сказать, что им удалось сделать важные выводы. Согласно распространенному предположению, дыхание охлаждает тело. Далее пришлось подождать ответа на другой важный вопрос: что такое воздух? К XVII в. ученые знали, что у воздуха есть вес, но полагали, что воздух – однородная субстанция, а не смесь химических элементов, как мы знаем сегодня. Его роль в химических реакциях не осознавали совсем.
Огромная двояковыпуклая линза Лавуазье, которую химик использовал в некоторых своих экспериментах. Лучи солнца проходят через линзу, фокусируются и дают большой жар, способный поджечь даже алмаз. Так Лавуазье показал, что при горении чистого уголя выделяется углекислый газ – то же вещество, которое синтезируется при дыхании.
«Отец» химии
Французский ученый Антуан Лавуазье интересовался химией с детства. У него рано проявился талант упорядочивать спутанные мысли, и в итоге он поменял мировой подход к химии, придумав более логичную номенклатуру для своих новых открытий. Например, то, что мы называем соединения с кислородом оксидами, – заслуга Лавуазье и его коллег. Его жена Мари-Анна работала вместе с ним, делая заметки о его экспериментах. Внушительное богатство Лавуазье, заработанное на должности сборщика налогов для французского короля, позволяло ему вкладывать средства в создание сложного оборудования. После Французской революции ученого казнили на гильотине как предателя.
Воздух, замечательно пригодный для дыхания
В конце концов ученые начали понимать, что существут разные виды «воздуха» с разными качествами. В начале 1770-х гг. газ, который мы сегодня называем кислородом, открыли независимо друг от друга англичанин Джозеф Пристли и швед Карл Вильгельм Шееле. Пристли обнаружил, что кислород поддерживает жизнь лучше обычного воздуха, но ни один из ученых не осознавал, что открыт новый химический элемент. Пристли называл его «бесфлогистонным», или «исключительно пригодным для дыхания», воздухом. Эксперименты показали, что кислород составляет около пятой части обычного воздуха. Однако раскрыть в полной мере его значение предстояло французу Антуану Лавуазье в 1770–1780-х гг.
Когда что-то горит, совсем не очевидно, что пламя питается воздухом. Больше похоже, что в воздух что-то попадает. На этом строилась тщательно разработанная – но неверная – теория, доминировавшая в химии XVIII в. Согласно ей, при горении выделяется вещество под названием флогистон. Сложность заключалась в том, что если нагреть много металлов, они превратятся в то, что мы сегодня называем окисями металлов. А окиси будут весить больше, и следовательно, флогистон должен был бы весить меньше, чем ничего! Опыты Лавуазье с кислородом позволили отбросить эту теорию за ненадобностью.
Лавуазье назвал новый газ кислородом и показал, что горение – это главным образом реакция между кислородом и топливом. Он также стал первым, кто составил список химических элементов в современном смысле, туда он включил и недавно открытый кислород. В некоторых опытах ученый сопоставлял температуру реакции и объем кислорода, потребляемый горящими веществами и вдыхаемый животными. Он пришел к уверенному выводу, что «дыхание – это разновидность горения». Эксперименты и теории Лавуазье произвели революцию в химии. И в биологии тоже.