1. Ботаника в системе современных наук о природе. Предмет и задачи ботаники. Краткая история развития науки.
Бота́ника - наука о растениях, раздел биологии.
Эта наука изучает строение и жизнь растений в связи с условиями их обитания; классифицирует растения и устанавливает систему растительного мира, отражающую историю его развития; исследует растительный покров земной поверхности и закономерности сочетания в нем отдельных растений..
Ее задача – всестороннее познание растений: их строения, жизненных функций, распространения, происхождения, эволюции.
Глобальная проблема современности – производство пищи. Быстрый рост населения земного шара выдвигает задачу максимальной интенсификации сельскохозяйственного производства: повышения урожайности возделываемых культур и продуктивности животноводства.
Эту задачу решают технологические науки: растениеводство и животноводство, базирующиеся на достижениях фундаментальных биологических дисциплин, среди которых первое место занимает ботаника. Не менее важна роль растений в обеспечении человека древесиной, прядильным волокном, лекарственным сырьем и др.
Ботаника исследует растения на разных уровнях их организации. Различают несколько структурно-функциональных уровней.
Нижний – наиболее древний – суборганизменный уровень молекулярных структур, где проходит граница между живым и неживым. Следующий уровень – клеточный. Клетка, ее структура и основные биохимические процессы сходны у всех организмов. За ним следует органный, а затем уровень целостного организма.
Неотъемлемые свойства организмов – способность к размножению, наследственность и изменчивость. Более сложный уровень организации жизни – популяционно-видовой. Высший уровень – экосистемный, биосферно-биогеоценотический, на котором сообщества популяций животных и растений вместе с их средой обитания образуют функционально-структурное единство.
Основу экосистемы составляют автотрофные зеленые растения – продуценты (производители), синтезирующие органические вещества из неорганических. Готовое органическое вещество используют консументы (потребители) – гетеротрофные организмы. Органические остатки продуцентов и консументов разрушаются гетеротрофными редуцентами (бактериями, грибами) и превращаются в минеральные соединения, вновь доступные растениям. Так проходит круговорот веществ и энергии в экосистеме при участии автотрофных и гетеротрофных организмов (рис. 1).
Автотрофные организмы способны синтезировать органические вещества из неорганических, используя в процессе фотосинтеза солнечную энергию (зеленые растения) или энергию химических реакций – хемосинтез (некоторые прокариоты). Фотосинтезирующие растения, по словам К.А. Тимирязева, являются источником жизни на Земле. Ежегодно при фотосинтезе аккумулируется колоссальное количество солнечной энергии (3´1021 ккал). Образуется 5,8´1010 т органического вещества. Выделяется в атмосферу 11,5´1010 т кислорода. Гетеротрофные грибы и бактерии традиционно, как и растения, являются объектами ботаники.
Ботаника, как и другие науки о природе, возникла и развивалась в связи с практическими запросами человека, в жизни которого растения играли и играют огромную роль.
Начало развитию ботаники было положено в глубокой древности при выявлении и использовании пищевых, лекарственных и технических растений.
Ботаника тесно связана с разнообразными сторонами жизни и хозяйственной деятельности человека: сельским хозяйством, медициной и различными отраслями промышленности.
Растения широко используются человеком как пища и корм для животных, как источник сырья для хозяйственной деятельности (прядильные, красильные, дубильные и др.), как ценнейшие лекарственные средства.
Разнообразную роль в нашей жизни играют микроорганизмы, водоросли и грибы. Одни из них – болезнетворные – приносят вред, другие широко используются в ряде отраслей пищевой промышленности, в производстве лекарств и т. д.
Ботаника как наука сформировалась более 2000 лет назад. Основоположниками ее были деятели древнего мира Аристотель (384 – 32 гг. до н.э.) и Феофраст (371 – 286 гг. до н.э.).
Они обобщили накопленные сведения о разнообразии растений и их свойствах, приемах возделывания, размножения и использования, географическом распространении.
Таким образом, ботаника возникла как единая наука, суммируя отдельные сведения о растениях, но с течением времени, по мере накопления и углубления знаний, она разделилась на ряд самостоятельных дисциплин.
Таким образом, в наши дни ботаника представляет собой большую многоотраслевую науку.
Общая задача ее состоит в изучении отдельно взятых растений и их совокупностей – растительных сообществ, из которых формируются луга, леса, степи.
Одна из первоочередных задач ботаники – разработка научных основ охраны природных и растительных ресурсов.
Особенно большое внимание отводят изучению и охране редких и исчезающих растений, занесенных в Красную книгу, так как потеря каждого вида не только уменьшает разнообразие растений, но и нарушает устойчивость растительного сообщества, сбалансированного в течение многих тысячелетий.
Раздел: Введение. Общее знакомство с растениями. (1).
Тема: Мир растений. Наука о растениях - ботаника.
Цель урока: Познакомить учащихся с правилами поведения в кабинете биологии, с правилами техники безопасности; дать представление о месте биологии в системе естественных наук, структуре науки биологии, познакомить учащихся с основными биологическими дисциплинами, дать понятие о царствах живой природы, о многообразии живых организмов; сформировать представление об основных свойствах жизни, об общих и отличительных чертах растений и животных, о грибах как отдельном царстве, имеющем общие признаки, как с растениями, так и с животными; дать общее представление о характерных особенностях, объединяющих растительный мир; показать многообразие растений на земле, их связь с окружающей средой; дать представление о значении растений в природе и жизни человека.
Оборудование: гербарии, комнатные растения, коллекции насекомых, чучела животных, животные из живого уголка; таблицы с изображением растений, животных, грибов, лишайников, геохронологическая шкала.
Ключевые понятия и термины: биология, ботаника, зоология, микология, микробиология, живые организмы, царства органического мира, микроорганизмы, грибы, растения, животные, доядерные организмы (прокариоты), ядерные организмы (эукариоты); признаки живого, отличия животных и растений, признаки грибов, многообразие растений, значение растений.
ХОД УРОКА.
I. Организационный момент.
II. Сообщение темы и целей урока.
III. Формирование знаний, умений, навыков.
1. Рассказ о правилах поведения в кабинете биологии, так как несоблюдение техники безопасности при работе в кабинете может быть связано с риском для учащихся и возможностью повреждения оборудования и наглядных материалов. Желательно также иметь в кабинете стенд с подробным изложением правил техники безопасности, так как напоминать о них детям придется постоянно.
2. Изучение нового материала. Беседа учителя с учащимися
Биология изучает мир живых организмов, их строение, жизнедеятельность. А какие группы живых организмов вы можете назвать? Животные, растения, грибы, лишайники, микроорганизмы.
А как вы думаете, что означает слово «биология»! Вы можете подобрать к нему однокоренные слова? Геология, экология, Греческие корни. Слово «биос» означает жизнь, а «логос» — учение. Это значит, что биология переводится с греческого как «учение о жизни» или, иными словами, наука о живых организмах. Сам термин появился только в 1802 г. , его предложил французский ученый Жан Батист де Ламарк. Но, как мы уже говорили, жизнь на Земле существует в различных формах. Поэтому и биология делится на несколько «ветвей» — самостоятельных наук. Одна из них — ботаника — наука, изучением которой мы с вами займемся в этом году. Основоположником ботаники считается древнегреческий ученый Теофраст. Он жил в 370—286 годах до нашей эры и был учеником знаменитого Аристотеля. Он собрал и объединил разрозненные знания о растениях в единую науку. А кто знает, что означает слово «ботаника»? Это слово тоже происходит от греческого слова «ботанэ», что означает «трава», «зелень», «растение». Но на какие же еще «ветви» делится наука биология?
Давайте вместе с вами заполним таблицу. (Учитель подводит итог сказанному детьми и дополняет их ответы, заполняя таблицу, заранее начерченную на доске). Дети рисуют такую же таблицу в тетради.
Структура науки биологии
В этом году мы с вами будем изучать не только растения, но и грибы, лишайники, микроорганизмы.
Но как можно разобраться во всем многообразии живых организмов? Для этого их необходимо разделить на несколько больших групп. Такие большие группы живых организмов называют царства. Попробуйте самостоятельно дать определение этому понятию. Запишите определение в тетрадь: Царство — самая крупная единица систематики. Систематика — это наука о классификации. К ней мы с вами еще вернемся.
Все живые организмы принято делить на четыре царства: дробянки, животные, грибы и растения. Самые примитивные из них — дробянки. Клетки этих организмов не содержат ядра, поэтому их называют доядерными, или прокариотами. Все остальные организмы относятся к ядерным, или эукариотам.
Рассказ учителя с элементами беседы
Итак, наука биология изучает живые организмы. Для начала давайте вспомним, чем живые организмы отличаются от неживых. Итак, все живые организмы обладают следующими свойствами: дыхание (поглощение и выделение газов), питание, размножение (воспроизведение себе подобных), рост (увеличение массы и размеров организма) и развитие (качественные изменения организма), раздражимость (реакция на изменение окружающей среды), смерть. Каждым из этих свойств или несколькими свойствами сразу могут обладать и неживые организмы. Например, сосулька растет: вода стекает по ней и замерзает, вы все это неоднократно наблюдали. Про размножение компьютерного вируса вы все тоже слышали. Лавины, камнепады, реки тоже двигаются.
Все живые организмы на Земле, даже самые маленькие, обладают всеми этими свойствами. Но есть еще одно свойство, которое мы не назвали, тем не менее, оно очень важно. Все живые организмы состоят из клеток или их производных; об этом мы с вами еще поговорим на последующих уроках.
Со свойствами живых организмов мы с вами уже разобрались. А вот чем растения отличаются от животных, грибов, микроорганизмов? (Дети рисуют такую же таблицу в тетради.)
Различия животных и растений
| Признак сравнения | Растения | Животные |
| Образуют питательные вещества за счет энергии света | Питаются готовыми органическими веществами |
|
| Не ограничен | Большинство растет до определенного возраста |
|
| Движение | Малоподвижны, большинство ведут прикрепленный образ жизни или не имеют спец.органов. | Активно передвигаются, большинство имеют специфические органы для передвижения |
| Газообмен | Большинство вдыхает кислород, выдыхает углекислый газ. Способны к фотосинтезу (поглощение углекислого газа и выделение кислорода) | Большинство вдыхает кислород, выдыхает углекислый газ. Не способны к фотосинтезу |
| Строение клетки | Клеточная стенка состоит из клетчатки (целлюлозы); есть пластиды, обеспечивающие фотосинтез, окраску плодов, цветов | Наружный слой клетки тонкий, эластичный; пластиды отсутствуют |
Грибы же занимают как бы промежуточное место между растениями и животными. Хотя раньше их относили к растениям. Это и не удивительно, ведь они не перемещаются с места на место, не хватают пищу, а растут всю жизнь на одном месте. Но надо сказать, что кроме грибов, которые мы привыкли видеть в лесу, есть еще и другие. Например, плесень, которая завелась на старом хлебе — это тоже гриб. Или дрожжи, которые кладут в тесто — тоже гриб. Если более подробно рассмотреть это царство, то можно выделить несколько признаков, которые объединяют их с растениями или с животными. Давайте, их перечислим.
Признаки грибов, сближающие их с царством растений:
Прикрепленный образ жизни.
Неограниченный рост в течение жизни.
Наличие целлюлозы в клеточных стенках некоторых грибов (только у водных грибов).
Признаки грибов, сближающие их с царством животных:
Наличие хитина в клеточных стенках.
Наличие мочевины в качестве промежуточного продукта метаболизма.
Изучением грибов мы займемся на последующих уроках, а сейчас вернемся к растениям. Как вы думаете, сколько видов растений существует на Земле? Общее число ныне живущих видов растений — приблизительно 400 — 500 тысяч! (По разным данным). Теофрасту было известно около 600 видов растений.
И действительно, куда бы мы ни посмотрели, везде нас окружают растения. Одни живут на суше, а другие в воде. Одни из них микроскопические, а другие достигают гигантских размеров. Большая часть суши покрыта растениями, даже в безводных пустынях можно встретить значительное количество растений. Арктика и Антарктика в теплое время года тоже покрыты растениями. Как известно, большую часть земного шара занимают моря. Здесь широко представлены водные растения — преимущественно разнообразные виды водорослей. Некоторые из них достигают колоссальных размеров — до 100 метров в длину.
Роль растений в природе и жизни человека огромна. Как вы думаете, какова роль растений в природе? Большинство растений имеют зеленый цвет, а значит, способны к фотосинтезу, то есть способны превращать энергию солнца в энергию органических веществ, то есть они являются источником пищи для всех остальных организмов на Земле. Кроме того, в процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, необходимый для дыхания других живых организмов. Точно определить объем работы, выполняемый растениями, практически невозможно. По весьма прибли-зительным подсчетам растения в процессе фотосинтеза образуют ежегодно около 400 млрд тонн органических веществ, поглощая при этом около 175 млрд. тонн углерода. Параллельно они выделяют в атмосферу кислород, так необходимый нам для дыхания.
Представьте себе, что одно взрослое дерево выделяет за сутки столько кислорода, сколько нужно для дыхания трех человек. А один гектар зеленых насаждений поглощает в течение часа восемь килограммов углекислого газа. Примерно столько, сколько выделяют двести человек за то же время!
Кроме этой, планетарной роли, зеленые растения являются также местообитанием и убежищем для многих животных. Кроме того, животные используют растения не только в качестве пищи, но и как «лекарства» от некоторых болезней.
Но огромна роль растений и в жизни человека. Попробуйте ответить на вопрос «Каково значение зеленых растений в жизни человека?»
Основные сферы использования растений человеком.
Продукты питания.
Корм для животных.
Одежда из растительных тканей (хлопок, лен).
Источник сырья для промышленности и хозяйственной деятельности.
Лекарственные средства и сырье для медицинских препаратов.
Декоративная роль.
Охрана и улучшение окружающей среды.
Но биология даже со всеми входящими в нее науками не смогла бы ответить на многие интересующие нас вопросы, поэтому ей на помощь приходят физика, химия, география и многие другие науки. Например, в ботанике специалисты выделяют целый ряд специальных отраслей, многие из которых связаны с различными науками.
Структура науки ботаники
Предмет изучения
Анатомия растений
Внутреннее строение растений
Морфология растений
Внешнее строение растений
Физиология растений
Процессы, происходящие в растении
Систематика растений
Классификация растений
Геоботаника
Строение и значение растительных сообществ
Селекция
Сорта растений и их свойства
Цитология
Клетка (у нас - растительная)
Биохимия растений
Химический состав растений
Палеоботаника
Ископаемые растения
Экология растений
Связь растений с окружающей средой
В настоящее время о жизни растений известно очень много, но это не значит, что все вопросы уже решены. Ведь чем больше секретов природы мы узнаем, тем больше нам открывается непонятного, неизвестного и увлекательного.
IV. Закрепление знаний, умений, навыков.
1. На какие науки делится наука биология?
2. Что изучает наука ботаника?
3. Что изучает наука зоология?
4. Что изучает наука микробиология?
5. Что изучает наука микология?
6. Какие организмы относят к доядерным?
7. Назовите признаки живых организмов.
8. Каковы основные различия животных и растений?
9. Назовите признаки грибов, сближающие их с царством животных.
10. Назовите признаки грибов, сближающие их с царством растений
11. Какова роль растений и в жизни человека?
12. Какова роль растений в природе?
13. Каково общее число ныне живущих видов растений?
V. Итог урока.
2. Подумайте, где и как еще человек использует растения.
Творческое задание. Сочините сказку, в которой главными героями были бы растения. Придумайте рассказ на тему «Что бы произошло, если бы на Земле исчезли все растения?» Сказку или рассказ напишите на отдельном листочке, красиво оформите и сдайте учителю.
Что изучает ботаника?
Определение 1
Ботаника - (от греч. botane - овощ, зелень, трава, растение) - комплексная наука, которая изучает растения. Она всесторонне рассматривает их происхождение, развитие, строение (внешнее и внутреннее), классификацию, распространение по земной поверхности, экологию (взаимоотношения и отношения с окружающими факторами), охрану.
Как и остальные науки, у ботаники имеется своя предистория. Зарождение её прослеживается с глубокой древности, когда люди ещё только начинали использовать растения для своих практических потребностей (питания, лечения, изготовления одежды, жилья). Достаточно долгое время естествоиспытатели занимались лишь описанием растений - их размеров, окраски, особенностей отдельных органов, то есть достаточно долгое время ботаника имела всего - навсего описательный характер. Этот раздел биологии формировался в $XVII-XVIII$ столетиях. Первые попытки систематизации растительного мира и стали началом использования в ботанике сравнительно - описательного метода, с помощью которого растения не только описывали, но и сравнивали по внешним (морфологическим) признакам. С изобретением микроскопа в ботанике зарождается, а позже, благодаря интенсивному развитию науки и усовершенствованию микроскопической техники, начинает доминировать экспериментальное направление.
Рисунок 1.
Растения - это источник более чем десяти биологически активных веществ, которые действуют на организм человека и животных, в частности при пищевом употреблении. Поскольку растения неотъемлемы в жизни человека, то они и стали объектом пристального изучения.
Все растения делятся на $2$ большие группы:
- низшие растения, или слоевищные (таломные);
- высшие растения, или листостебельные.
К низшим растениям относятся водоросли.
К высшим растениям относятся мохообразные (мхи и печёночники), папоротникообразные (псилофиты, псилоты, хвощи и папоротники), голосемянные и покрытосемянные.
Отдельно изучаются лишайники, грибы, бактерии.
Замечание 1
Современная ботаника - многоотраслевая наука, которая охватывает целый ряд разделов: систематику растений, которая занимается классификацией растений в зависимости от подобных общих характеристик. Её подразделяют на две части: флористика и ботаническая география. Флористика изучает сообщества растений на определённой территории. Ботаническая география изучает особенности распространения растений на земном шаре.
Систематика растений - основная ботаническая дисциплина. Весь растительный мир она разделяет на отдельные группы, объясняет родственные и эволюционные связи между ними. Это задание специального раздела ботаники - филогении.
Сначала исследователи систематизировали растения лишь по внешним (морфологическим) признакам. Сейчас же для систематики растений используют и их внутренние признаки (особенности строения клеток: их химический состав, хромосомный аппарат, экологические особенности). Морфологию растений, которая изучает строение растений. Подразделяется эта наука на микроскопическую морфологию и макроскопическую морфологию (органографию). Микроскопическая морфология изучает строение клеток и тканей растений, а также эмбриологию. Макроскопическая морфология изучает органы и части растений.
Некоторые разделы морфологии решили выделить в отдельные дисциплины :
- органографию (изучает органы растений),
- палинологию (рассматривает строение спор и пыльцы растений),
- карпологию (занимается классификацией плодов),
- тератологию (предмет изучения - уродства и аномалии в строении растений),
- анатомию растений, которая изучает внутреннее строение растений;
- физиологию растений, которая изучает формы растений в процессе их онтогенеза и филогенеза, а также процессы, происходящие в растениях, их причины, закономерности и взаимосвязь с окружающей средой. Она тесно связана с систематикой.
- биохимию растений, которая изучает химические процессы в растениях, связанные с ростом и развитием.
- генетику растений, которая изучает генетические изменения растений, происходящие с вмешательством или без вмешательства человека.
- фитоценологию, которая занимается изучением растительного покрова Земли, определяет динамические изменения в природе, а также их зависимости и закономерности (растительность - это сочетание всех растений на одной территории, которые составляют ландшафт;
- геоботанику, которая занимается изучением экосистем, то есть взаимоотношениями между растениями,животным миром и факторами неживой природы (весь это комплекс получил название биогеоценоза).
- экологию растений, которая изучает растения в зависимости от среды обитания и определяет идеальные условия для жизни растений.
- палеоботанику, которая изучает ископаемые растения с целью определения истории развития.
Ботаника также классифицируется по объектам изучения на :
- альгологию - науку о водорослях,
- бриологию, которая занимается исследованием мхов и др.
- исследование микроскопических организмов в мире растений также было выделено в отдельную дисциплину - микробиологию.
- фитопатология - занимается болезнями растений, которые могут быть вызваны грибами, вирусами или бактериями.
Замечание 2
В зависимости от изучаемого объекта выделились специальные отрасли в ботанике: лесоведение, луговедение, болотоведение, тундроведение и ещё ряд подобных дисциплин.
Традиционно в ботанику включают микологию - науку о грибах (со средины $ХХ$ ст. их стали выделять в отдельное царство), а также лихенологию - науку, которая изучает лишайники.
Предмет исследования ботаники - это растения, их строение, развитие, родственные связи, возможность их рационального хозяйственного применения.
Задачи ботаники :
- Изучение растений для повышения их устойчивости, урожайности и выносливости.
- Определение новых видов растений и их применение.
- Определение действия растений на человеческий организм.
- Определение роли человека в развитии и сохранении растительного покрова планеты.
- Осуществление генетической трансформации растений.
Методы исследования в ботанике :
метод наблюдения - используется как на микроскопическом, так и на макроскопическом уровнях. Этот метод состоит в установлении индивидуальности объекта, который исследуется, без искусственного вмешательства в его процессы жизнедеятельности. Собранная информация используется для дальнейшего исследования.
сравнительный метод - используется для сравнения объекта, который исследуется, с подобными объектами, так и классифицировать их, детально анализируя похожие и отличительные черты в сравнении с близкими к ним формами.
экспериментальный метод - используется для изучения объектов или процессов в специально созданных искусственных условиях. В отличии от метода наблюдения, экспериментальный метод предвидит специальное вмешательство экспериментатора в природу, что позволяет установить последствия от влияния тех или иных факторов на объект исследования. Метод может использоваться как в естественных условиях, так и в лаборатории.
мониторинг - это метод постоянного наблюдения за состоянием отдельных объектов, течением определённых процессов. моделирование - это метод демонстрации и исследования определённых процессов, явлений с помощью их упрощённой имитации. Он даёт возможность изучать процессы, которые сложно или невозможно воспроизвести экспериментально, или непосредственно наблюдать в живой природе.
статистический метод - основанный на статистической обработке количественного материала, собранного в результате других исследований (наблюдений, экспериментов, моделирования), что позволяет его всесторонне проанализировать и установить определённые закономерности.
Замечание 3
Ботаника - это наука, которая изучает растительный покров земной поверхности на всех уровнях - молекулярном, клеточном, организменном, популяционном.
Ботаника
(от греч. botanikós - относящийся к растениям, botánē - трава, растение)
наука о растениях. Б. охватывает огромный круг проблем: закономерности внешнего и внутреннего строения (морфология и анатомия) растений, их систематику, развитие в течение геологического времени (эволюция) и родственные связи (филогения), особенности прошлого и современного распространения по земной поверхности (география растений), взаимоотношения со средой (экология растений), сложение растительного покрова (фитоценология, или геоботаника), возможности и пути хозяйственного использования растений (ботаническое ресурсоведение, или экономическая ботаника). По объектам исследования в Б. выделяют фикологию (альгологию) - науку о водорослях, микологию - о грибах, лихенологию - о лишайниках, бриологию - о мхах и др.; изучение микроскопических организмов, преимущественно из мира растений (бактерий, актиномицетов, некоторых грибов и водорослей), выделяют в особую науку - микробиологию. Болезнями растений, вызываемыми вирусами, бактериями и грибами, занимается фитопатология. Основная ботаническая дисциплина - Систематика растений разделяет многообразие растительного мира на соподчинённые друг другу естественные группы - таксоны (классификация), устанавливает рациональную систему их наименований (номенклатура) и выясняет родственные (эволюционные) взаимоотношения между ними (филогения). В прошлом систематика основывалась на внешних морфологических признаках растений и их географическом распространении, теперь же систематики широко используют также признаки внутреннего строения растений, особенности строения растительных клеток, их хромосомного аппарата, а также химический состав и экологические особенности растений. Установление видового состава растений (флоры) какой-либо определенной территории обычно называется флористикой, выявление областей распространения (ареалов) отдельных видов, родов и семейств - хорологией (фитохорологией).
Изучение древесных и кустарниковых растений иногда выделяют в особую дисциплину - дендрологию (См. Дендрология). В тесной связи с систематикой находится Морфология растений , изучающая форму растений в процессе индивидуального (онтогенез) и исторического (филогенез) развития. В узком смысле морфология изучает внешнюю форму растений и их частей, в более широком - включает анатомию растений (См. Анатомия растений), изучающую их внутреннее строение, эмбриологию, исследующую образование и развитие зародыша, и цитологию, изучающую строение растительной клетки. Некоторые разделы морфологии растений выделяют в особые дисциплины в связи с их прикладным или теоретическим значением: органографию - описание частей и органов растений, палинологию - изучение пыльцы и спор растений, карпологию - описание и классификация плодов, тератологию - изучение аномалий и уродств (терат) в строении растений. Различают сравнительную, эволюционную, экологическую морфологию растений. Изучением растений в их взаимоотношении со средой обитания занимается ряд отраслей Б., иногда объединяемых под общим названием Экология растений. В более узком смысле экология изучает влияние на растение среды обитания, а также разнообразные приспособления растений к особенностям этой среды. На земной поверхности растения образуют определенные сообщества, или фитоценозы, повторяющиеся на более или менее значительных территориях (леса, степи, луга, саванны и т.д.). Исследованием этих сообществ занимается отрасль Б., называемая в СССР геоботаникой (См. Геоботаника), или фитоценологией (за рубежом её часто называют фитосоциологией). В зависимости от объекта исследования в геоботанике выделяют лесоведение, луговедение, тундроведение, болотоведение и т.д. В более широком смысле геоботаника смыкается с учением об экосистемах, или с биогеоценологией (См. Биогеоценология),
изучающей взаимоотношения между растительным покровом, животным миром, почвой и подстилающими почву горными породами. Этот комплекс называется Биогеоценоз ом. Распространение отдельных видов растений на поверхности земного шара изучает География растений , а особенности распределения растительного покрова на Земле в зависимости от современных условий и исторического прошлого - Ботаническая география . Наука об ископаемых растениях - Палеоботаника , или фитопалеонтология, имеет первостепенное значение для восстановления истории развития растительного мира. Данные палеоботаники имеют важнейшее значение для решения многих вопросов систематики, морфологии (включая анатомию) и исторической географии растений. Её данными пользуется также геология (историческая геология и стратиграфия). Полезные свойства дикорастущих растений и возможности их окультуривания изучаются экономической Б. (хозяйственная Б., ботаническое ресурсоведение). С экономической Б. тесно связана этноботаника - учение об использовании растений различными этническими группами населения земного шара. Важный раздел прикладной Б. - изучение дикорастущих родичей культурных растений, обладающих ценными свойствами (например, иммунитетом к болезням, засухоустойчивостью и т.д.). Физиологию растений (См. Физиология растений) и биохимию (См. Биохимия)
растений не всегда относят к Б., поскольку многие физиологические и биохимические процессы, протекающие в растениях, аналогичны или даже тождественны процессам, протекающим в животных организмах, и изучаются сходными методами. Однако биохимия и физиология растений отличаются рядом специфических черт, исключительно или почти исключительно свойственных растениям. Поэтому разграничить физиологию и биохимию растений от собственно Б. нелегко, тем более, что физиологические и биохимические особенности растений могут рассматриваться как таксономические признаки, следовательно, интересовать систематиков растений. Эти же особенности чрезвычайно важны для понимания проблем экологии и геоботаники, географии растений и ботанической географии, экономической Б. и т.д. Генетика растений обычно также рассматривается как раздел общей генетики (См. Генетика),
хотя некоторые главы её (генетика популяций, цитогенетика) тесно связаны с систематикой, особенно биосистематикой (См. Биосистематика),
экологией растений и геоботаникой. Границы между перечисленными выше разделами Б. в значительной мере условны, т.к. их методы нередко перекрещиваются, а данные взаимно используются. Трудно определить место таких наук, как физиологическая анатомия и экологическая физиология, или отделить использование химических особенностей растений в систематике (хемосистематика) от сравнительной биохимии растений; наряду с этим процессом идёт и весьма узкая специализация отдельных ботанических разделов. Б. тесно связана со многими другими науками - с геологией через палеоботанику и индикационную геоботанику (использование признаков некоторых растений и их сообществ как индикаторов некоторых полезных ископаемых); с химией - через биохимию и физиологию, экономическую Б. и фармакогнозию; с почвоведением и физической географией - через экологию и геоботанику; с техническими науками - через экономическую ботанику. Б. - естественноисторическая основа сельского и лесного хозяйства, зелёного строительства в городах, курортах и парках, она разрешает многие вопросы пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажной, микробиологической, деревообрабатывающей промышленности. Однако важнейшая задача Б. - изучение закономерностей развития и охраны среды обитания человечества - биосферы и прежде всего растительного мира - фитосферы. Б. пользуется как наблюдением, так и сравнительным, историческим и экспериментальным методами, включающими сбор и составление коллекций, наблюдение в природе и на опытных участках, эксперимент в природе и в условиях специализированных лабораторий, математическую обработку полученной информации. Наряду с классическими методами регистрации тех или иных признаков изучаемых растений используется весь арсенал современных химических, физических и кибернетических методов исследования. Основные этапы развития ботаники.
Зарождение Б. Как стройная система знаний о растениях Б. оформилась к 17-18 вв., хотя многие сведения о растениях были известны и первобытному человеку, т.к. жизнь его была связана с полезными, главным образом пищевыми, лекарственными и ядовитыми растениями. Тексты, которые можно в какой-то мере считать ботаническими, известны из древнейших памятников письменности Двуречья (Шумер, Вавилон, Ассирия) и долины Нила (Древний Египет). Эти тексты, так же как и легендарная китайская книга о травах «Бэнь цао», относимая к концу 3-го тысячелетия до н. э., представляли собой скорее сочинения по прикладной Б., т.к. в основном содержали сведения о пищевых и лекарственных растениях. Первыми книгами, в которых растения описывались не только в связи с их полезностью, были произведения греческих учёных Аристотеля и особенно его ученика Теофраста, который сделал первую в истории науки попытку классифицировать растения, разделив их на деревья, кустарники, полукустарники и травы; среди последних он различал многолетники, дву- и однолетники. Теофраст был назван «отцом Б.» Он отчётливо представлял себе строение цветка, в частности положение завязи в нём, и различия между сростнолепестными и свободнолепестными венчиками. В его «Исследовании о растениях» описано около 480 растений. Римский натуралист Плиний Старший в своей «Естественной истории» привёл все известные его современникам сведения о природе; он упомянул около 1000 видов растений, описав их достаточно точно. В течение примерно 1500 лет, со времени Теофраста и Плиния Старшего, накопление знаний о растениях шло преимущественно вне Европы. В Индии в 1-м тысячелетии до н. э. появляется т. н. «Аюрведа» - «наука о жизни», включающая описание многих лекарственных растений Индии. Комментарии и дополнения к «Аюрведе» содержатся в сочинениях индийских врачей Чарака (10-8 вв. до н. э.), Сушрута и Вадбака (8-7 вв. до н. э.). Арабская экспансия во 2-й половине 1-го тысячелетия н. э. значительно расширила горизонты античности. Особое значение имели труды таджикского учёного Ибн Сины (Авиценны), описавшего в сочинении «Канон врачебной науки» множество растений, до того неизвестных европейцам. Единственным достижением европейской науки в области Б. были труды немецкого философа и естествоиспытателя Альберта фон Больштедта (Альберт Великий), установившего, в частности, на основании разницы в строении стебля различие между однодольными и двудольными растениями. Б. к концу средневековья. В эпоху великих открытий значительно возрос интерес к растениям, пока в основном как источнику лекарств, пряностей и новых пищевых продуктов. Появляются (а вскоре и печатаются) «травники» с описанием всё возрастающего числа растений, создаются первые «сухие сады» - гербарии (См. Гербарий), организуются настоящие ботанические сады. Всё это способствовало накоплению новых фактов и созданию первых общих концепций, главным образом в области классификации растений. Так, немецкий ботаник О. Брунфельс различает растения «совершенные», т. е. несущие цветки, и «несовершенные», т. е. лишённые их; итальянский врач и ботаник А. Чезальпино (в латинском произношении Цезальпин), опубликовавший важнейшее ботаническое сочинение эпохи - книгу «О растениях», в предисловии к ней сделал попытку классифицировать растения, привлекая в дополнение к обычному в то время делению растений на деревья, кустарники и травы также признаки цветков, плодов и семян. Швейцарский ботаник Иоганн Баугин (Жан Боэн) в своей «Всеобщей истории растений», опубликованной (1650) после его смерти, описал около 5000 растений. Его брату Каспару Баугину Б. обязана созданием бинарной номенклатуры, т. е. наименованием каждого растения двумя словами, из которых первое обозначает родовое название, а второе - видовое. Как известно, такой порядок наименования растений впоследствии был узаконен К. Линнеем (См. Линней) и существует по сей день. Б. в 16 и 17 в в. Для этого периода характерно не только развитие систематики. Изобретение микроскопа привело к открытию клеточного строения растений. Первые наблюдения в этой области были сделаны английским учёным Р. Гуком. Позднее итальянец М. Мальпиги и англичанин Н. Грю заложили основы анатомии растений (См. Анатомия растений). Голландец Я. Б. ван Гельмонт поставил первый опыт по физиологии растений, вырастив ветку ивы в бочке и установив, что почти 40-кратное увеличение её в весе за 5 лет не сопровождалось сколь-нибудь значительным уменьшением веса земли. Немецкий ботаник Р. Камерариус впервые обосновал наличие полового процесса у растений. В России в 15-17 вв. переводят с греческого, латинского и европейских языков и переписывают (а позднее печатают) описания лекарственных растений («травники», или, как их тогда называли, «вертограды»). Многие из них редактировались с учётом местных условий, главным образом добавлялись указания на места произрастания тех или иных растений (например: «растеть на Руси в Драгомилове»). Б. в 18 в. Открытия в разных областях Б. в 18 в., разработка различных концепций принесли свои плоды позднее. Тем не менее это столетие в основном может быть охарактеризовано как столетие ботанической систематики и связывается главным образом с именем шведского ботаника К. Линнея. Положив в основу своей искусственной системы строение цветка, Линней разбил мир растений на 24 класса. Система Линнея не надолго пережила своего создателя, однако значение её в истории Б. огромно. Впервые было показано, что каждое растение может быть помещено в какую-то определенную категорию в соответствии с характерными для него признаками. Поистине титаническая работа, проделанная Линнеем, явилась основой для всех последующих исследований в области систематики растений. Младшие современники Линнея - французы М. Адансон, Ж. Ламарк и особенно три брата де Жюсьё (Антуан, Бернар и Жозеф) и их племянник Антуан Лоран, основываясь на работах Линнея (а также на работах Д. Рея, К. Баугина и Ж. Турнефора), разработали естественные классификации растений, где в основу тех или иных систематических групп были положены признаки «родства», под которыми, впрочем, понималась неопределённая «естественная близость». Выдающиеся натуралисты 18 в. уделяли много внимания общим вопросам Б. Так, русский академик К. Ф. Вольф в своей «Теории генерации» (1759) показал пути формирования органов растений и превращение одних органов в другие. Эти идеи особенно занимали немецкого поэта И. В. Гёте, опубликовавшего в 1790 книгу «Метаморфоз растений», полную блестящих прозрений. Наличие пола у растений окончательно было установлено немецкими ботаниками И. Кёльрёйтером, получившим и тщательно изучившим межвидовые гибриды табака, гвоздики и других растений, а также исследовавшим способы их опыления насекомыми, и К. Шпренгелем, опубликовавшим книгу «Раскрытая тайна природы в строении и оплодотворении цветов» (1793). В 18 в. в России шло интенсивное развитие научных исследований, в частности в созданной Петром I Академии наук в Петербурге. В её Кунсткамере начали впервые собирать ботанические коллекции. В 1714 был организован Аптекарский огород - основа будущего Императорского ботанического сада и нынешнего Ботанического института (См. ). Особое значение для развития русской и мировой Б. имели географические экспедиции АН, в которых принимали участие ботаники: С. П. Крашенинников, опубликовавший «Описание земли Камчатки», И. Г. Гмелин - автор 4-томной «Флоры Сибири», одной из первых в мире «флор» столь обширной области. Ценные работы о флоре различных областей России вместе с данными о полезных растениях собраны И. И. Лепёхиным, Н. Я. Озерецковским, П. С. Палласом и К. Ф. Ледебуром. Б. в 19-20 вв. 19 в. ознаменовался интенсивным развитием естествознания в целом. Бурное развитие получили и все отрасли Б. Решающее влияние на систематику оказала эволюционная теория Ч. Дарвин а. Воспринятая большинством ботаников, теория Дарвина поставила перед ними задачу создания филогенетической системы растительного мира, которая отражала бы последовательные этапы развития мира растений. Первые системы 19 в. швейцарских ботаников О. П. Декандоля и его сына А. Декандоля, английских ботаников Дж. Бентама, У. Гукера и др. (с 1825 по 1845 было предложено около 25 подобных систем классификаций растительного мира) ещё не рассматривали проблему происхождения одних групп растений от других, но стремились к наибольшей «естественности», т. е. к соединению в группы растений, наиболее схожих друг с другом по важнейшим признакам их организации. Оперируя с огромным числом растений практически всех континентов, эти системы (особенно Бентама и Гукера и, отчасти, Декандоля) были настолько логично построены, что дожили почти до наших дней (первая - у английских и, отчасти, у североамериканских ботаников, вторая - у ботаников стран французского языка). Тем не менее, будущее принадлежало филогенетическим системам, первая из которых (опубликована в 1875) принадлежит немецкому ботанику А. В. Эйхлеру. Наибольшее же распространение получила система, разработанная немецким ботаником А. Энглером, который совместно со своими сотрудниками в 20-томном сочинении «Естественные семейства растений» (1887-1911) довёл систему растений до рода, а иногда и до вида. Исследования, проведённые главным образом в 1-й половине 20 в., показали, что большинство принципов, положенных Энглером в основу своей системы, были ложными, но его работу нельзя и недооценивать. Противниками взглядов Энглера были американский ботаник Ч. Э. Бесси, немецкий - Х. Галлир и английский - Дж. Хатчинсон. Основные их разногласия с Энглером относились к систематике покрытосеменных (цветковых растений), наиболее примитивной группой которых они считали многоплодниковые (типа магнолии), в то время как Энглер исходной группой покрытосеменных считал однодольные, а среди двудольных - т. н. серёжкоцветные (типа ив и тополей); его противниками были и русские ботаники Х. Я. Гоби, Б. М. Козо-Полянский, А. А. Гроссгейм и др. В последние годы наблюдается некоторое единодушие во взглядах ботаников на принципы построения системы высших растений, широкое признание получила система, разработанная советским ботаником А. Л. Тахтаджяном. Не меньшее внимание уделялось в 19 и начале 20 вв. и низшим растениям. В результате работ миколога Х. Г. Персона, работавшего в Германии и Франции, шведского лихенолога Э. Ахариуса, русских ботаников Л. С. Ценковского, И. Н. Горожанкина, немецких микологов А. де Бари и О. Брефельда, русского миколога М. С. Воронина, советского ботаника А. А. Ячевского и многое др. были собраны обширные сведения о водорослях, грибах, лишайниках, позволившие не только построить их рациональную классификацию, но и оценить их значение в биосфере. Особое развитие получила микология, главным образом в связи со значением грибов в качестве возбудителей болезней с.-х. растений. С этим связано и возникновение фитопатологии (См. Фитопатология) как особой дисциплины. Изучение распространения растений по земному шару относится к 19 - началу 20 вв. Основоположник географии растений немецкий натуралист А. Гумбольдт - автор ряда трудов, из которых наибольшее внимание привлекла книга «О закономерностях, наблюдаемых в распространении растений» (т. 1-2, 1816). Первая попытка описать растительность земного шара в связи с условиями климата была сделана немецким учёным А. Гризебахом в его труде «Растительность земного шара...» (1872). Датский ботаник Э. Варминг связывал распространение растений с определенными условиями существования, его книга «Экологическая география растений» (1896) заложила основы новой науки - экологии растений. Одновременно с этими работами в течение всего 19 в. сотни исследователей вели кропотливую работу по составлению региональных «флор». Среди крупнейших изданий такого рода - «Флора Востока» Э. Буасье в 5 тт. (1867-88) и «Флора Британской Индии» Дж. Гукера в 7 тт. (1875-97). Наиболее капитальный труд в этой области - «Флора СССР» в 30 тт. (1934-64), изданная Ботаническим институтом АН СССР под редакцией В. Л. Комарова и Б. К. Шишкина. Растительный мир почти всех областей земного шара описан в соответствующих руководствах, главным образом региональных «флорах». Огромное значение для мировой науки имеет учение Н. И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений (См. Центры происхождения культурных растении) и географических закономерностях в распределении их наследственных признаков (1926-27). В своих трудах Вавилов впервые представил картину эволюции форм культурных растений в немногочисленных первичных очагах их происхождения. В результате организованных им экспедиций собран ценный фонд мировых растительных ресурсов, составивший богатейшую коллекцию растений, хранящуюся во Всесоюзном институте растениеводства. Изучение систематики огромного числа растений из всех областей земного шара стимулировало развитие работ в области морфологии растений. Одним из первых морфологов 19 в. был английский ботаник Р. Броун, показавший, что голосеменные отличаются от покрытосеменных голым семезачатком, объяснивший природу цветка у злаков и выполнивший ещё ряд работ по морфологии. Работы Броуна по эмбриологии были продолжены итальянским учёным Дж. Б. Амичи, французским ботаником А. Броньяром и особенно немецким учёным В. Гофмейстером, описавшим процесс оплодотворения у растений. Классические работы Гофмейстера были продолжены его соотечественником Э. Страсбургером и русскими учёными И. Н. Горожанкиным, В. И. Беляевым и С. Г. Навашиным. Горожанкин впервые доказал, что ядра из пыльцевой трубки проникают в яйцеклетку. Беляев предсказал существование у голосеменных подвижных сперматозоидов, которые вскоре были открыты японскими ботаниками С. Хиразе у гинкго и С. Икено у саговника. После работ русского эмбриолога С. Г. Навашина, открывшего двойное оплодотворение, период становления эмбриологии растений как самостоятельной дисциплины был практически завершен. Анатомия растений, начало которой было заложено ещё в 17 в., стала развиваться особенно интенсивно с середины 19 в. Ее успехи связаны с именами немецких ботаников Х. Моля, К. Санио, давших впервые сведения о микроскопическом строении тела высших растений. К середине 19 в. в анатомии растений наметились два направления, из которых одно в основном интересовалось проблемами строения растений с их систематическим положением и эволюцией структур, в то время как другое больше внимания уделяло физиологическому и экологическому значению тех или иных тканей растения. В числе деятелей первого направления - французы Ф. Э. ван Тигем, Ж. Веск и немец Г. Золередер - автор сводки «Систематическая анатомия двудольных» (1899). Американец Э. Джефри в книге «Анатомия древесных растений» (1917) попытался дать общую картину эволюции анатомических структур у всех высших растений. Его ученики Э. Синнотт, А. Имс и особенно И. У. Бейли создали концепцию об эволюции структуры у высших растений, хорошо увязанную с представлениями Ч. Э. Бесси, Х. Галлира и Дж. Хатчинсона. Среди анатомов второго направления - немецкие ботаники С. Швенденер, Г. Габерландт, советские анатомы В. Ф. Раздорский и В. Г. Александров. Работы в области экологии и географии растений, а также запросы лесоводства и луговедения привели в конце 19 в. к выделению особой области Б., получившей в СССР название геоботаники, или фитоценологии. Русская и советская школа геоботаников была создана трудами С. И. Коржинского, И. К. Пачоского, Г. И. Тан-фильева, Г. Ф. Морозова, В. В. Алехина, Л. Г. Раменского, А. П. Шенникова и особенно В. Н. Сукачева. Острая необходимость в хозяйственном освоении огромных пространств СССР привела к тому, что проблемы геоботаники явились одними из наиболее насущных. Поэтому геоботаники - наиболее многочисленный отряд советских ботаников. Североамериканская (Ф. Клементс) и европейская (Ж. Браун-Бланке, Э. Рюбель, А. Тенсли) школы фитоценологии развивались каждая своим путём и только в последнее время наблюдается некоторое сближение точек зрения советских и североамериканских исследователей. Наука об ископаемых растениях - палеоботаника, зарождение которой можно отнести к 18 в. (И. Шёйхцер, Швейцария), неуклонно развивалась в 19 и 20 вв. В 19 в. трудами исследователей, работавших на всех континентах, были не только описаны десятки тысяч растительных остатков из всех толщ осадочных отложений, но и создана достаточно стройная система ныне вымерших растений, увязанная с их современными потомками. В изучение ископаемых растений, найденных на территории СССР, большой вклад внесли М. Д. Залесский, И. В. Палибин и А. Н. Криштофович. Характерные черты современного этапа развития Б.
- стирание граней между отдельными её отраслями и их интеграция. Так, в систематике растений для характеристики отдельных таксонов всё шире применяют цитологические, анатомические, эмбриологические и биохимические методы. Методы биохимии и физиологии берутся на вооружение экологами и геоботаниками, в результате чего возникает комплексная наука о физиологии растительного сообщества, появление которой предсказывали ещё в 20-х гг. 20 в. русский учёный В. В. Алехин и шведский учёный Э. Дю Рье и которую обычно называют ценофизиологией. Всё больше осознаётся необходимость учитывать в геоботанических и экологических исследованиях роль микроорганизмов - водорослей, грибов, бактерий и актиномицетов; специалисты соответствующего профиля всё чаще работают в контакте с геоботаниками и экологами. Это приводит к расширению поля деятельности фикологов, бактериологов и микологов, изучающих интересующие их организмы в природной обстановке. Гораздо шире применяется эксперимент в тех областях Б., где ранее господствовало наблюдение. Значительное распространение получили работы в области экспериментальной систематики и геоботаники. В морфологии растений, помимо обычных экспериментальных воздействий, широко используется метод культуры тканей, изолированных от влияния организма как целого. Разработка новых методов исследования, основанных на достижениях физики и химии, позволила решать задачи, недоступные ранее. Так, в результате использования электронного микроскопа, разрешающая сила которого по сравнению с другими оптическими приборами возросла в сотни раз, были выявлены многие новые детали строения растительной клетки, что с успехом используется не только в анатомии, но и в систематике растений. Методы хроматографии, цитофотометрии и ряд др. позволяют проводить химические анализы с невиданной ранее скоростью и точностью на микроскопических объектах, что применяется практически во всех областях Б. Достижения молекулярной биологии в какой-то мере способствовали выделению физиологии и биохимии растений из общей Б. Вместе с тем эти достижения, которые в будущем позволят раскрыть молекулярные основы онтогенеза и филогенеза растений, открывают новые горизонты в области систематики и морфологии растений. В наших знаниях ещё имеется большой пробел относительно тех механизмов, которые, управляя единым для всех клеток данной особи (или даже вида) генетическим кодом, приводят к поразительным различиям между клетками различных тканей. Одновременно внимание ботаников всё больше занимают ботанические проблемы в масштабе всей нашей планеты. Вопросы продуктивности фитоценозов, их влияния на водный и газовый режим планеты, проблемы круговорота веществ, баланса энергии и вещества решаются на основе наблюдений, осуществляемых с помощью очень точных и всё более совершенствуемых приборов с автоматическим управлением. Глобальное воздействие человечества на природу, ведущееся иногда без точного учёта возможных последствий, делает эти работы ботаников жизненно важными для судеб цивилизации. Ведущие ботанические учреждения, международные организации, периодическая печать.
Организация научных исследований в области Б. в СССР определяется целой системой ботанических учреждений, находящихся в ведении АН СССР; Академий наук союзных республик; кафедр ботаники университетов, педагогических, фармацевтических и с.-х. высших учебных заведений; ботанических садов различного ведомственного подчинения; отраслевых специализированных (научно-исследовательских) институтов, а также действующей в СССР сети заповедников. Ведущими центрами по отдельным отраслям Б. являются институты АН СССР: Ботанический институт им. В. Л. Комарова (Ленинград), институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева (Москва), институт биохимии им. А. Н. Баха (Москва), Институт общей генетики, а также Ботанические сады . Ботанические учреждения имеются в филиалах АН СССР и республиканских Академиях наук. Многие вопросы Б. изучает ряд учреждений в Сибирском отделении АН СССР. Культурные растения изучаются во Всесоюзном институте растениеводства им. Н. И. Вавилова (Ленинград) и в ряде его отделений и опорных пунктов. Кроме того, имеются специализированные институты: кормов (Москва), субтропических культур и зелёных насаждений (Азербайджан), защиты растений (Ленинград), Всесоюзный научно-исследовательский институт лекарственных растений (Москва) и др. Ботанические учреждения оснащены специализированными лабораториями, опытными станциями и экспериментальными базами. В некоторых из них имеются гербарии. Советские ботаники объединяются Всесоюзным ботаническим обществом (с многочисленными его отделениями), Московским обществом испытателей природы, Географическим обществом Союза ССР и др. При Отделении общей биологии АН СССР функционируют научные проблемные советы по изучению флоры и растительности, по биогеоценологии, а также интродукции и акклиматизации растений. В СССР издаются «Ботанический журнал СССР» (с 1916), журналы «Физиология растений» (с 1954), «Растительные ресурсы» (с 1965), «Микология и фитопатология» (с 1967), а также многочисленные монографии, справочники, руководства и статьи по различным разделам Б. Советские ботаники принимают участие в работе многих зарубежных обществ, журналов, а также конференций, симпозиумов и съездов.
На сегодняшний день ботаника представляет собой сложную систему научных дисциплин, каждая из которых имеет свои задачи и свои собственные методы исследования.
Морфология растений – один из наиболее рано сформировавшихся разделов ботаники. Она изучает особенности внешнего строения растений и их отдельных органов, выясняет закономерности их образования, как меняется морфологическое строение в ходе индивидуального и исторического развития организма.
Некоторые разделы морфологии растений выделяют в особые дисциплины в связи с их прикладным или теоретическим значением, такие как органография – описание частей и органов растений, палинология – изучение пыльцы и спор растений, карпология – описание и классификация плодов, тератология – изучение аномалий и уродств (тератом) в строении растений. Также различают сравнительную, эволюционную, экологическую морфологию растений.
Анатомия растений изучает внутреннее строение растений и их органов. Она включает в себя цитологию (науку о клетке) и гистологию (науку о растительных тканях).
Систематика – один из основных разделов ботаники. Она занимается классификацией растений и выясняет родственные (эволюционные) взаимоотношения между ними (филогения). В прошлом систематика основывалась на внешних морфологических признаках растений и их географическом распространении, теперь же систематики широко используют также признаки внутреннего строения растений, особенности строения растительных клеток, их хромосомного аппарата, а также химический состав и экологические особенности растений.
Физиология растений исследует процессы жизнедеятельности растений. Она тесно взаимодействует с биохимией и генетикой. Методы физиологии растений существенно отличаются от ботанических, поэтому часто этот раздел к ботанике не относят.
География растений выявляет закономерности распространения растений и их сообществ на поверхности Земли. Из нее в конце 19 века выделилась геоботаника, которая исследует фитоценозы – растительные сообщества, их состав, структуру и распространение. Близко к географии растений стоит экология, которая выясняет взаимоотношения растений с внешней средой и, в том числе, с другими организмами. Установление видового состава растений (флоры) какой-либо определенной территории обычно называется флористикой, выявление областей распространения (ареалов) отдельных видов, родов и семейств в хорологией (фитохорологией).Палеоботаника – наука о вымерших ископаемых растениях. Она имеет первостепенное значение для восстановления истории развития растительного мира. Данные палеоботаники используются для решения многих вопросов систематики, морфологии (включая анатомию) и исторической географии растений.
По объектам исследования в ботанике выделяют альгологию (наука о водорослях), микологию (наука о грибах), лихенологию (наука о лишайниках), бриологию (наука о мхах) и др.
Болезнями растений, вызываемыми вирусами, бактериями и грибами, занимается фитопатология .
Что такое ботаника, что она изучает (каков объект изучения), из каких частных дисциплин состоит, и что является предметами изучения этих частных дисциплин? Известно, что частные науки в пределах общей дисциплины, к которой они относятся, не могут отличаться друг от друга объектом исследования, так как он у них один. Они могут отличаться предметами исследования и методами исследования. Если две науки отличаются друг от друга объектами своего исследования, то они не могут быть частными науками в рамках некоей общей научной дисциплины, – это запрещено методологически и логически. Разумеется, можно махнуть рукой на логику и методологию, но тогда мы выпадаем из научного поля. Это будет область религии, магии, сновидений и т.д. Мы же сегодня попытаемся удержаться в пространстве науки. Так что же такое ботаника?
Раскрываем специальный словарь и читаем, что ботаника, или фитология – это наука о растениях. Она изучает растения на предмет их строения, физиологии, классификации, экологии, географического распространения таксонов, эволюции» (Быков, 1973). А вот Н.Ф. Реймерс (1990) считает, что ботаника – комплекс научных дисциплин, изучающих царства растений и грибов. Кажется, оба эти понятия дополняют друг друга и вместе дают исчерпывающее представление о ботанике. Но так ли это на самом деле? В первом определении мы не найдем места для науки фитоценологии, для науки геоботаники, для таких дисциплин, как лесоведение, болотоведение, степеведение, тундроведение. А ведь они – части ботаники, частные ботанические дисциплины. Во втором определении можно усомниться в правомерности включения в ботанику микологии. Сегодня доказано, что грибы, как растения и животные, – это самостоятельное царство живой природы, а следовательно, и самостоятельная отдельная равновеликая ботанике дисциплина. Ведь не объединяем же мы ботанику с зоологией!
Наконец, давайте задумаемся над фразой «ботаника – наука о растениях». Что же здесь имеется в виду? Особи растений, или виды и другие таксоны, или популяции? Если ботаника – наука об особях растений, то как быть с фитоценологией и геоботаникой? Тогда фитоценология и геоботаника не являются ботаническими дисциплинами. Но в первом томе многотомной сводки «Жизнь растений» геоботанике посвящена большая глава. Подойдем с другой стороны и сформулируем так: «Ботаника – наука о видах растений и их популяциях». Но в такой ботанике нет места морфологии, анатомии и физиологии растений. Г. Вальтер (1982) обозначенную проблему решает так: он считает, что есть общая наука фитология, включающая два крупных раздела – ботанику и геоботанику. Ботаника изучает растение, вырванное из природных условий, и изучает его в лаборатории, в оранжерее, в ботаническом саду. Геоботаника же, по Г. Вальтеру, рассматривает растение как часть биосферы и исследует поведение растения в естественных местообитаниях. Хочу возразить Г. Вальтеру. Ведь и геоботаник определяет свои гербарные образцы в лаборатории и вынужден изучать растения в условиях эксперимента. С другой стороны, нет такого систематика растений, который не изучал бы растения в естественной среде их обитания. Грош цена такому систематику, если он и есть где-то. Таким образом, вопрос о том, что такое ботаника, не слишком прост, и в настоящее время не имеет общепринятого и общепризнанного ответа.
Не обозначив объект и предметы исследования метадисциплины под названием «ботаника», мы не сможем корректно определить ее структуру, выработать единую систему понятий и терминов – единый научный язык ботаники, на котором бы могли общаться и понимать друг друга анатомы, физиологи, систематики, флористы и геоботаники. Не достигнув этого, мы не сможем правильно соподчинить ботанические структуры в институтах биологического профиля. Например, в БПИ ДВО РАН есть отдел ботаники, в который входят микологи (у ботаников и микологов разные объекты исследования), но в этот отдел не входят геоботаники и лесоведы, у которых с ботаниками вроде бы один объект исследования – растения. Палеоботаники, занимающиеся растениями, пусть и их ископаемыми остатками, почему-то не входят в отдел ботаники. Подобных примеров можно привести много. Я думаю, что подобное нарушение логики и методологии вряд ли идет на пользу развитию частных ботанических и микологических научных дисциплин. В этой ситуации сильно проигрывает микология, которая из бюджета института получает не как отдел, а как лаборатория, и даже меньше, поскольку в лаборатории низших растений работают не только микологи, но и ботаники – бриологи (специалисты по моховидным растениям). Как видим, вопрос о том, что такое ботаника, совсем не праздный.
Заглянем в историю
Теофраст (372–287 гг. до н.э.) определял ботанику как науку о растениях. Это и запечатлено в ее названии. Говоря о растениях, он несомненно имел в виду особей растений, а не виды, поскольку систематики растений в нашем понимании тогда просто еще не существовало, и мир растений делили на деревья, травы, кустарники, лианы и более дробные подразделения в пределах этих групп. Многих же удовлетворяло деление растений на группы по полезности, вредности и т.д. Представление о виде у растений на заре ботаники было столь смутным и неформализованным, что об этом даже и не задумывались.
Но виды растений люди выделяли с незапамятных времен задолго до отца ботаники Теофраста. Как-то раз, работая на Чукотском полуострове в 1970 году, общаясь в тундре с пастухом чукчей, который был неграмотным и едва говорил по-русски, я выяснил, что из 300 видов сосудистых растений этого ландшафтного района он различает как виды более 100. При этом объединяет сходные виды в группы, которые примерно соответствуют в научном понимании родам, и пользуется, по сути, бинарной номенклатурой. Разумеется, объем его «видов» и особенно «родов» часто не соответствовал принятому в многотомной сводке «Арктическая флора СССР». Но назовите мне хотя бы трех систематиков растений, у которых бы эти объемы совпадали?
Прагматический римско-греческий период развития ботаники сменился схоластическим европейским. Если на вершину первого периода мы ставим Теофраста, то на вершине второго, несомненно, находится Карл Линней. Карл Линней ослепил всех таксономической идеей и создал таксономическую парадигму, которая на два столетия отвлекла внимание ученых ботаников от всех других проблем. Ботаника из науки об особях растений превратилась в науку о видах и других таксонах. При этом особи изучались исключительно как типовые образцы – своеобразные морфологические модели видов. Главной целью ботаники на последующие 200 лет стало построение естественной системы видов, родов, семейств и порядков растений.
В конце XIX и в XX веке, после открытия Ч. Дарвина эта идея трансформировалась в идею создания так называемой филогенетической системы таксономических категорий. Система классификации растений стала рассматриваться как модель филогенетического процесса – по сути, как модель процесса эволюции в царстве растений. Этот период развития ботаники можно назвать периодом господства эволюционной парадигмы. Он продолжается и сейчас. Недавно вышла в свет хорошая умная книга бывшего директора БПИ ДВО РАН, ныне покойного Н.Н. Воронцова «Развитие эволюционных идей в биологии» (1999), к которой я отсылаю всех желающих поближе познакомиться с эволюционной парадигмой в биологии (в том числе и ботанике), освежить и пополнить свои знания в этой области.
