П.А. КОШЕЛЬ

Ранние представления о развитии корня

Аристотель рассматривал растение как перевернутое вниз головой животное, обладающее душой низшего типа по сравнению с душой животного настоящего. Пища для растений, полагал Аристотель, готовится в земле, как в желудке, и вбирается корнем, как ртом. Эти представления мы находим в трудах и некоторых средневековых ученых. Однако уже Альберт Великий (XIII в.), считавший, что растения извлекают пищу из земли при помощи особых отверстий, или пор, на корне, пишет, что «... у дерева хотя и есть нечто, аналогичное венам, желудку и рту животных», однако «...это «нечто» – только аналогично рту и желудку, но не больше... со ртом сравнивают иногда корень, извлекающий пищу из почвы, которая собственно и является настоящим желудком для растений...». «Мы говорим, – заканчивает он свою мысль, – о сходстве корня со ртом не потому, что они одной и той же природы или одинакового строения, а потому, что они исполняют одну и ту же роль в деле питания».

В рассуждениях о корне Чезальпино (XVI в.) мы находим уже весьма сложное смешение идеалистических взглядов древних авторов с первыми попытками материалистического понимания процесса почвенного питания растений.

В полном согласии с учением Аристотеля Чезальпино признает, что «...растение обладает душой, служащей только для питания, роста и размножения, в то время как животные обладают сверх того еще способностью к движению и ощущению».

«Душа (активное жизненное начало), – говорит Чезальпино, – находится у растений в сердцевине корневой шейки». К этому выводу Чезальпино приходит путем следующих рассуждений: так как у растения две самых важных части – корень и надземный побег, то в том месте, где они соединяются, и есть самое подходящее место для сердца. «Здесь, в этом месте, находится некая субстанция, отличная от надземного побега и корня, более нежная и сочная, чем они оба, поэтому ее и называют обычно мозгом; с возрастом она делается твердой и деревянистой, как и другие части растений. К этой части лучше всего подходит название «мозга». Подобно тому, как у животных сердцевина мозга находится в голове, откуда берет свое начало спинной мозг, проходящий по всей длине спинного хребта, так и в растениях мозг, находясь в корне, как бы в голове, по всему стеблю, как по спинному хребту, проводит сердцевину для распространения жизненного сока по ветвям до их конечных разветвлений».

При описании работы корня Чезальпино также твердо держится аристотелевой аналогии о строении тела животных и растений.

«Вены животных, извлекающие пищу из желудка и разносящие ее по всему телу, как кажется, соответствуют корням растений, последние сходным образом извлекают пищу из чрева матери-земли, в которую посажены. ... Животные требуют пищу лишь известного рода и притом прошедшую большую подготовку и переваривание, корни же растений менее требовательны. ... Так как растения лишены всякого чувствования, то они не разбирают род пищи, а вытягивают из земли смешанные соки.
...В сердце (корневой шейке) растений для воспроизведения души достаточно, чтобы соки изменились от соприкосновения с сердцевиной. Подобное же изменение соков у животных происходит в их мозге и печени, где вены так же тонки и многочисленны, как у растений».

Однако в описании самого процесса почвенного питания растений Чезальпино обнаруживает ряд новых и смелых для своего времени мыслей. Он отступает от туманных и неясных аналогий древних философов и предлагает первую механистическую схему:

«...Трудно заметить, как происходит поступление соков земли в тело растения. Мы не можем сказать, что это делается наподобие того, как магнит притягивает железо, потому что большой магнит притягивает к себе мелкие железные предметы. Если бы именно так этот процесс совершался в теле растений, то скорее можно было бы допустить, что мощные соки земли должны бы были тянуть к себе соки из тела растений. ...Не может быть причиной этого поглощения растением соков земли и пустота внутри тела растений, так как тогда скорее притягивался бы пустотами в теле растений воздух, содержащийся в земле, ведь воздух легче следует силе притяжения пустотой, чем влага. ...Но разве сухое по своей природе не способно впитывать в себя из земли влагу, например полотно, губка, порошки... Следует признать таковой и природу растений, ею пользуется питающая душа для притягивания пищи. Поэтому растения не имеют вен с широкими полостями для циркуляции жидкости. Они скорее состоят из волокнистого волоскообразного вещества; они сосут, тянут сок к началу внутренней теплоты, подобно тому, как фитиль светильника постоянно подводит масло к огню. Этому движению соков в побегах также помогает врожденное растениям тепло, которое поглощает поднятую влагу и вызывает новое высасывание. Причина та же, как в опыте с лоскутом, погруженным одним концом в сосуд с жидкостью, так что другой его конец висит снаружи чашки и отделяет каплю за каплей. Чистая влага капля за каплей поднимается из сосуда, пока весь раствор не перейдет наружу, очистившись и сделавшись прозрачным. Так и корни растений постоянно пьют из земли более чистую влагу, превращая ее в сок, распространяющийся теплом во все части растения».

Первая попытка экспериментального разрешения вопроса о работе корня была предпринята в начале XVIII в. Стефаном Гельсом (1677–1761) в Англии. Методы, которые он использовал, были заимствованы из практики физических наук, сделавших в XVI и XVII вв. большие успехи. Но, будучи не только исследователем, но и, что нередко бывало в те времена, одновременно сельским священником, Гельс исходил из основных теологических догм. Он писал:

«Благодаря вычислению и измерению великий Ньютон сумел установить законы, согласно которым движутся небесные светила. Творец в своей всемудрости поставил себе правилом создать все согласно числу, мере и весу. Поэтому, желая познать его творения, мы тоже должны пользоваться числом, мерой и весом. Это – разумный и верный путь к познанию. Огромные успехи, достигнутые благодаря этому методу, должны побудить и нас пользоваться ими».

Находясь под сильным впечатлением открытия Гарвеем явлений кровообращения в теле животного (1628), Гельс приступил к своим работам с мыслью о возможном сходстве между этим явлением и движением соков в растении. Мысль о том, что корень может выполнять в растительном организме ту же роль, какую у животных играет сердце, не оставляет Гельса на протяжении ряда лет его исследовательской работы.

Прежде всего он пытается определить источник той силы, при помощи которой растения всасывают в себя почвенную влагу, для чего ставит серию остроумных опытов. Он роет яму у корня яблони в своем саду, выделяет из земли одно из мощных корневых разветвлений дерева и плотно вставляет конец корня в длинную стеклянную трубку, другой конец которой погружает в сосуд, наполненный ртутью. На его глазах ртуть в трубке начинает подниматься на значительную высоту. Гельс уже готов был признать, что ему удалось открыть в корне «сердце» растения, нагнетающее влагу в сосуды стебля, как вдруг взгляд его останавливается на зеленой листве дерева.

Не является ли присасывающая влагу сила корня результатом испарения воды листьями? Гельс сейчас же ставит второй опыт: срезает свежую зеленую ветвь яблони, плотно вгоняет ее конец в стеклянную трубку, наполненную водой и опущенную нижним концом в сосуд с ртутью. Он видит, что вода в трубке всасывается ветвью, а ртуть поднимается за 7 минут опыта на 12 дюймов. Гельс обескуражен. Его аналогия корня растений с сердцем животных оказалась несостоятельной: источником сосущей силы корня, оказывается, является испаряющая деятельность листьев. Во всяком случае участие испарения в поглощении растением влаги доказывается опытом.

В темные зимние вечера Гельс подолгу раздумывает у камина над загадками природы. Он вспоминает, что каждую весну его прихожане, сельские жители, собирают целые кувшины сладкого сока, вытекающего из надрезов на древесных стволах. Откуда берется в растении та сила, которая гонит по стеблю сок весной, когда на деревьях нет еще пышной зеленой листвы, когда лиственные почки только начинают распускаться? Не обладает ли корень все же и некоторой самостоятельной способностью нагнетать в растение влагу?

Едва наступил март, едва оттаяла земля, едва тронулись в рост травы и деревья, Гельс уже приступает к новым опытам – на этот раз на своем винограднике. Вот как он описывает их в главе «О плаче виноградной лозы» (1727):

«30 марта в 3 часа пополудни я обрезал виноградный стебель, обращенный к западу на высоте
7 дюймов от земли. Оставшаяся часть стебля не имела ветвей, возраст ее равнялся 4–5 годам, толщина 3/4 дюйма. К концу этого стебля я прикрепил при помощи гильзы стеклянную трубку, имевшую 7 футов длины и 1/4 дюйма в диаметре. Промежуток, образовавшийся между гильзой и стеблем, я замазал посредством массы, приготовленной из расплавленного воска и скипидара, и затем обвязал это место мокрым пузырем. К первой трубке я присоединил вторую и затем ко второй третью. Таким образом, все три соединенные трубки дали в результате одну величиною в 25 футов.

...31 марта с утра и до 10 часов вечера сок поднялся на 8 и 1/4 дюйма; 1 апреля в 6 часов утра подморозило, и в это время сок поднялся сравнительно с предыдущим вечером на 3 и 1/4 дюйма. Таким образом, он поднимался ежедневно все выше и выше и достиг 21 фута; вероятно, он поднялся бы и еще выше, если бы в месте соединения стебля с трубкой не протекала иногда вода. Когда это место было заделано, то сок стал подниматься так быстро, что в течение 3 минут уровень возвысился на 1 дюйм. Сок все время поднимался как днем, так и ночью, днем сильнее, чем ночью, и притом всего сильнее в самое жаркое время дня.

Этот опыт показывает большую силу, имеющую свое местопребывание в корнях, направляющую сок кверху в то время, когда лоза «плачет». Мне хотелось далее исследовать, сохраняется ли эта сила в лозе и тогда, когда время пускания сока (слезы) уже прошло. С этой целью я произвел следующий опыт.

6 апреля в 9 часов утра я обрезал виноградную лозу, обращенную на юг, на высоте 2 футов
9 дюймов от поверхности земли. Стебель был свободен от ветвей и имел толщину 7/8 дюйма; к нему я прикрепил трубку и в нее налил ртути. В 11 часов утра ртуть стояла на 15 дюймов выше, нежели в колене, где силой выступившего из стебля сока ее уровень был понижен. В 4 часа пополудни ртуть в колене упала на 1 дюйм; 10 апреля в 7 часов утра она стояла на высоте 18 дюймов, и я прибавил новое количество ртути к тому, которое уже в трубке находилось, так что ее уровень стоял на 23 дюйма выше. Этот новый вес погнал лишь очень немного сока назад в стебель. Отсюда можно ясно видеть, с какою силою напирает сок по направлению из стебля.

18 апреля в 7 часов утра высота ртути была 32 и 1/2 дюйма, и, вероятно, повышение было бы еще больше, если бы в трубке хватило ртути. В другой подобной же трубке, прикрепленной к самому основанию виноградного стебля, ртуть поднялась на 38 дюймов. С 18 апреля и до 5 мая сила сока начала постепенно уменьшаться».

После этих опытов Гельс решает сравнить величину открытой им силы корневого давления у растений с величиной давления крови в кровеносных сосудах животных. Он выходит во двор и отдает конюху распоряжение, которое тот выслушивает с нескрываемым удивлением. Почтенный пастор велит ему повалить лошадь на спину и привязать ее за ноги к столбам, как это иногда делают деревенские коновалы и кузнецы при ковке животных. Недоумевающий конюх послушно исполняет странное распоряжение хозяина. Тогда Гельс подходит к своей лошади и вскрывает у нее хирургическим ножом на ноге большую берцовую артерию, затем соединяет этот сосуд со стеклянной трубкой, имевшей 1/8 дюйма в диаметре и 10 футов в длину. Гельс держит эту трубку, вставленную в живую пульсирующую артерию лошади совершенно прямо (перпендикулярно к поверхности земли) и следит за тем, какая высота поднимающегося в трубке столба крови уравновесит силу кровяного давления в артерии. Кровь поднялась в трубке на высоту 8 футов и 3 дюйма. Через несколько дней Гельс проделывает такой же опыт со своей маленькой собачонкой: у нее давление крови уравновесилось столбом жидкости в трубке высотою в 6,5 фута. Сравнив эти цифры с величинами корневого давления виноградной лозы, он приходит к выводу, что сила корневого давления у растений приблизительно в 5 раз больше силы кровяного давления в артерии лошади и в 7 раз больше кровяного давления у собаки* .

Гельс торжествует – метод точных физических наук, метод измерения, взвешивания и вычисления, примененный впервые к изучению жизнедеятельности растения, дал блестящие результаты. После их публикации имя Гельса становится известным далеко за пределами Англии. Королевское научное общество избирает его своим членом.

Оглядываясь теперь на это далекое прошлое, мы можем сказать, что эти опыты были первой попыткой научного подхода к совершенно не известной до того времени области исследования. Не зря Гельса называют «отцом физиологии растений».

Однако найти внутри растений орган, подобный сердцу животных, Гельсу так и не удалось. От этого природа доказанной им мощной всасывающей силы, скрытой в корнях растений, сделалась для ученых еще более загадочной. Спустя три четверти века к этой загадке добавилась еще одна: так называемая избирательная способность корней в процессе минерального питания растений.

Швейцарский ученый Н. Соссюр (1767–1845) в числе других вопросов, вызванных хозяйственной жизнью эпохи, пытался разрешить и вопрос о качественной стороне корневого питания растений. Что именно тянут они своими корнями из земли? Фильтруемую ли сосудами чистую воду или внутрь растения поступают соли, растворенные в почве? Путем ли простого поднятия растворов по капиллярным полостям, как в ламповом фитиле (как думал Чезальпино), это происходит?

Соссюр брал растения, по преимуществу произрастающие на залитой водой почве (например, болотную гречишку). Он тщательно обмывал их корни и оставлял растения на несколько дней в дистиллированной воде, чтобы дать корням оправиться и заживить те случайные ранки, которые могли получиться на их поверхности при извлечении их из почвы. Затем Соссюр в нескольких банках приготавливая растворы различных солей. В каждой банке в точно отмеренном количестве воды растворялось 100 частей той или иной соли: в одной – хлористого калия, в другой – серно-натриевой соли, в третьей – поваренной соли, соли хлористого аммония и т.д. Корни испытуемых растений погружались в эти банки и оставались там до тех пор, пока растение не высасывало половину объема жидкости. Тогда Соссюр исследовал концентрацию оставшегося в банке раствора и обнаружил, что растения поглощают из растворов соли не в той концентрации, в которой они там находилились, а в меньшей, так как в оставшейся половине раствора концентрация солей всегда оказывалась выше первоначальной. Из этого Соссюр сделал вывод, что процесс корневого питания растения является значительно более сложным, нежели представлялось Чезальпино.

Продолжение следует

* Напомним, что 1 дюйм равен 25,4 мм, а 1 фут – 304,8 мм. Давление, соответствующее 1 мм ртути, равняется 13,6 мм водяного столба. Величина давления в 1 кг/см², приблизительно соответствующая атмосферному давлению Земли (так называемая «техническая атмосфера») равняется 735,7 мм ртутного или 10005,5 мм водяного столба, а кровь, поступающая из желудочка сердца в аорту у человека в норме находится под давлением около 105 мм ртутного столба