В обычном представлении водоросли — далеко не самый гламурный дар природы, но в последние века они не раз оказывали исключительно важное влияние на развитие ботаники. Прослеживая удивительную историю одного из их видов — Conferva fontinalis, — Райан Фейгенбаум предлагает нам увидеть этот вид в очень разных ролях: от роли материала научных исследований в пробирках лаборатории Джозефа Пристли (Joseph Priestley) до возможной роли источника вдохновения в голове создательницы романа «Франкенштейн» Мэри Шелли.
О водорослях редко думают как о замечательных растениях, если вообще думают о них [1]. С восемнадцатого века никаких серьёзных изменений, похоже, не произошло; тогда людям было так же мало дела до водорослей, как и сейчас.
При таком низком статусе водорослей нельзя не удивиться, узнав о том, что один из их видов сумел стать катализатором крупных открытий XVIII века, связанных с изучением фотосинтеза и эмбриогенеза, причём особенно удивительно, что естествоиспытатели, сделавшие эти открытия, искали, используя водоросли, совсем не то, что открыли. Интересующий нас вид водорослей охватывает водные растения длиной около полудюйма, состоящие из тонких нитей зелёного цвета самых разных оттенков. Слипаясь, тысячи таких растений напоминают мокрый войлок и стелются по земле, как мат. В XVIII веке этот «войлок» часто (но не всегда) идентифицировали как Conferva fontinalis. (В рамках нынешней классификации это — Vaucheria fontinalis, вид жёлто-зелёных водорослей).
В научной литературе XVIII века данный вид фигурирует как довольно сложная маленькая водоросль, которая к концу века была признана красивой, любопытной и, без сомнения, стоящей того, чтобы её изучать.
Не искали и не видели
Итальянский ботаник Пьетро Антонио Микели (Pier Antonio Micheli) (1679—1737), прославившийся тем, что первым собрал и посеял споры различных грибов, был также первым, кто систематически описал и проиллюстрировал C. fontinalis в своём труде Nova plantarum genera (1729). Эту водоросль он назвал Byssus palustris, subobscura, filamentis non ramosis, brevibus. Весьма банальное название. Согласно Микели, у водорослей есть семена, а вот его современник Иоганн Якоб Диллениус (Johann Jacob Dillenius) (1687—1747) отрицал это. Диллениус считал, что водоросли размножаются не с помощью семян, а разрастаясь, подобно минералам. Этот выдающийся английский ботаник немецкого происхождения тоже составил научное описание C. fontinalis (хотя и под другим названием) с иллюстрациями — в книге Historia muscorum (1741), написанной на основе исследований, выполненных без использования микроскопа. Взаимоисключающие гипотезы итальянского и английского ботаников ознаменовали наступление для учёных-натуралистов периода мучительной неспособности объяснить, как размножаются водоросли, что, помимо всего прочего, ясно указывало на пребывание фикологии (науки о водорослях) в зачаточном состоянии. Тем не менее вплоть до начала девятнадцатого века книги Микели и Диллениуса оставались главным справочным материалом по фикологическим вопросам.
Такая ситуация сложилась отчасти благодаря Карлу Линнею, наиболее известному ботанику XVIII века. Он считал Микели и Диллениуса лучшими знатоками водорослей, а сам, похоже, вообще не занимался фикологическими исследованиями. И в самом деле: Линней, описывая C. fontinalis в книге Species plantarum (1753), заложившей фундамент современной ботанической таксономии, использовал как стандарт для данного вида образец из собственного гербария Диллениуса. Однако Линней изменил имя этой водоросли и её таксономическое расположение. Вместо длинных многочленных терминов своих предшественников он ввёл биномиальный. Так родилось название Conferva fontinalis.
Положив в основу своей таксономической системы число или расположение репродуктивных органов цветковых растений, Линней фактически препятствовал фикологическим исследованиям, поскольку считалось, что у водорослей репродуктивные органы либо неразличимо крошечные, либо вообще отсутствуют. Следовательно, водоросли мало интересовали Линнея и его учеников. Более того, поскольку C. fontinalis и многие другие виды водорослей очень маленькие, для их изучения требовалось проводить утомительные наблюдения, используя высококачественные микроскопы и тщательно разработанные протоколы. Проблема заключалась в том, что высококачественные микроскопы ещё не были широкодоступными, а протоколы ещё не были разработаны. В силу этого C. fontinalis продолжала пребывать в мутных водах.
Не искали, но видели
Длительное пренебрежительное отношение к водорослям и отсутствие хорошо разработанных методов их исследования не оставляли C. Fontinalis никаких шансов оказаться в центре научных исследований, приведших к важному открытию. И тем не менее, это чудо свершилось, причём дважды. Невероятность произошедшего усиливает то обстоятельство, что два открытия, в которых участвовал данный вид водорослей, были сделаны совершенно случайно. Вот весьма примечательное признание Джозефа Пристли (1733—1804), автора первого из двух этих открытий: «В поисках какой-то вещи я обычно находил другую, иногда гораздо более ценную, чем та, которую искал. Однако ни одно из этих неожиданных открытий не кажется мне столь же необычным, как то, о котором я собираюсь рассказать», — то есть как обнаруженное Пристли замечательное свойство водоросли, именуемой в его рассказе «зелёной материей».
В 70-е годы XVIII века Пристли, несомненный эрудит, автор публикаций на темы теологии, философии, естествознания, политики и многие другие, начал экспериментировать с газами. Одним из первых и наиболее значительных результатов этих его экспериментов стало открытие дефлогистированного воздуха или, как вскоре назовут данное вещество, кислорода [2], и того, что некоторые процессы, к примеру дыхание, уменьшают количество в воздухе кислорода, в то время как другие, к примеру помещение растения в закрытую пробирку, увеличивают. Последний факт привёл Пристли к чрезвычайно важному выводу: растения производят кислород.
Проверяя эту гипотезу, естествоиспытатель заметил появление на стенках многих из его пробирок таинственной зелёной материи. Пристли предположил, что это не животное и не растение, а «вещь sui generis», но вскоре его более сведущие в ботанике друзья переубедили его. Это, заявили они, бесспорно, растение (по всей видимости, C. fontinalis).
Трёхмесячное путешествие вынудило Пристли оставить пробирки с зелёной материей без присмотра. По возвращении он заметил, что образцы, хранившиеся при скудном солнечном свете, не выжили, а те, которые находились в противоположных условиях, благоденствовали. В ходе дальнейших экспериментов было установлено, что солнечный свет необходим зелёной материи не только для того, чтобы она могла жить (поскольку она растение, этого следовало ожидать), но и — весьма примечательно! — для того, чтобы она могла производить кислород. Короче говоря, эти эксперименты с водорослями, — по всей видимости, с C. fontinalis, — одни из первых, показавших необходимость солнечного света для производства растениями кислорода. Таким образом, непреднамеренно открыв «зелёную материю», Пристли положил начало теории фотосинтеза, одного из самых фундаментальных и важных естественных процессов.
Тогда же, в конце 70-х годов XVIII века, пока Пристли экспериментировал с зелёной материей, один из самых знаменитых натуралистов Германии Иоганн Фридрих Блюменбах (Johann Friedrich Blumenbach) (1752—1840) проводил собственные опыты. Полученные результаты он опубликовал в статье «О необычайно простом способе размножения» (1781). В этой статье описано то, о чём извещает её название: размножение водорослей, а именно С. fontinalis.
Как и в случае с Пристли, в центре внимания Блюменбаха были не сами водоросли. Немецкий натуралист наткнулся на них лишь тогда, когда попытался обосновать собственную теорию зарождения, которой он дал название «Bildungstrieb» («Формирующая сила»). Теория сложна, но, если не вникать в детали, смысл её в том, что за создание живых существ, поддержание их жизни и, в конечном счёте, за размножение кенгуру, дубов, водорослей и любых других живых организмов отвечает формирующая сила. Ну, и как же водоросль, которую Блюменбах описал как «влажный мышиный мех», могла поддерживать эту новую теорию жизни?
Своей простотой. С точки зрения Блюменбаха, всё, что связано с этой водорослью, — чрезвычайно просто. Её сбор прост. Надо только найти поблизости трубу, родник, канал, пруд и т. д. Формируется водоросль просто. Она состоит из прямой нити, внутренняя и внешняя структура которой идентичны, в силу чего изучение этой водоросли под микроскопом — очень простое дело. Наконец, способ её распространения, как указывает название блюменбаховского эссе, необычайно прост. Нужно всего лишь сорок восемь часов, чтобы кончик нити набух и превратился в утолщение, которое отделяется от тела водоросли и закрепляется в удобном месте. Затем образовавшийся комок начинает выталкивать собственную нить, превращаясь в совершенно новый экземпляр C. fontinalis. Благодаря этой простоте любой натуралист имеет возможность одновременно исследовать данную водоросль, в буквальном смысле, изнутри и снаружи, а также наблюдать весь ход её формирования. По мнению Блюменбаха, стоит натуралисту воспользоваться этой возможностью — и у него не останется никакого иного выбора, кроме как отвергнуть прежние взгляды и принять теорию формирующей силы.
Эксперименты Блюменбаха с водорослями, вкупе с другими его опытами, оказали определённое влияние на дискуссии восемнадцатого века об эмбриогенезе и побудили многих естествоиспытателей взяться за новые исследования. Однако того переворота в науке, на который надеялся автор теории формирующей силы, не произошло. Крушение его надежд, в частности, объясняется тем, что C. fontinalis вовсе не так проста, как полагал Блюменбах. Согласно современной фикологии, водоросли данного рода размножаются половым и бесполым путём, причём разными способами. Ещё во времена Блюменбаха, вскоре после публикации его статьи, выдающийся ботаник Джеймс Эдвард Смит (James Edward Smith), основатель и первый президент Лондонского Линнеевского общества, признал род Conferva настолько малоизученным и неверно понятым, что назвал это прискорбное обстоятельство «позором для ботаники».
Искали, но не видели
Хотя C. fontinalis озарила новым светом исследования Пристли и Блюменбаха, сама она всё ещё пребывала в тени, и её затянувшаяся таинственность усугубила поиск истины в рамках двух других долгих дискуссий второй половины XVIII века. Стремясь покончить с первой из этих дискуссий, О. П. де Кандоль (A. P. de Candolle) (1778—1841) написал «Доклад о Confervae» (1802), в котором, проведя анализ научной литературы, попытался выяснить, что представляют собой виды Conferva, — растения, животных или что-то среднее. Третий вариант — вещь sui generis Пристли, гипотеза, от которой её автор, как мы видели, отказался, признав данные водоросли несомненными растениями. Однако ряд других натуралистов утверждал, что виды Conferva имеют животную природу. Например, французский учёный Жюстин Жиро де Шантран (Justin Girod-Chantran) (1750—1841) считал, что C. fontinalis — животное или, по крайней мере, имеет животное происхождение. (В защиту данной позиции можно упомянуть про подвижные споры, которые разбрасывает эта водоросль: они очень похожи на плавающих микроскопических животных). Отвечая на аргументы Жиро де Шантрана и его сторонников, де Кандоль заявил, что подавляющее большинство фактов указывает на принадлежность Conferva к растениям. Эта точка зрения оставалась господствующей больше века. (Не так давно произошёл поворот, и сейчас данную водоросль причисляют не к растениям или к животным, а к [TBS_POPOVER placement=»top» title=»» content=»Страменопилы (лат. Stramenopiles), или гетероконтные, разножгутиковые организмы (лат. Heterokonta).» style=»border: 1px solid #ddd; padding: 3px;»]особому царству[/TBS_POPOVER]).
Вторая дискуссия шла о том, как появляется данное растение. Как полагали некоторые учёные, оно — продукт спонтанного зарождения; то есть оно возникает из неорганической материи, а не из яйца или семени. Какой бы нелепой ни казалась эта теория сейчас, она была популярна и в XIX веке. В её поддержку приводили, например, заражение муки долгоносиками — факт, столь же неприятный и известный в наше время, как и в восемнадцатом веке. С точки зрения сторонников данной теории, жучки-вредители спонтанно возникают из самой муки, а не благодаря родителям. Такое же объяснение использовалось и для других живых организмов, размножение которых оставалось не очень понятным, — в частности, для водорослей.
Эта дискуссия возвращает нас к Пристли. Он ненавидел теорию спонтанного зарождения и всячески стремился показать, что его зелёная материя возникает иначе. Ян Ингенхауз (Jan Ingenhousz) (1730—1799), ещё один учёный, сыгравший важную роль в открытии фотосинтеза, утверждал обратное: «По моему мнению, в эту растительность превращается либо сама вода, либо некая находящаяся в воде субстанция». Чтобы переубедить противников теории, согласно которой вода способна превращаться в растение, Ингенхауз указывал им на то, что жвачные животные превращают траву в жир.
Ни Пристли, ни Ингенхауз не были одиноки: оба нашли энергичных сторонников и оппонентов. Одним из этих людей был дед Чарльза Дарвина Эразм (Erasmus Darwin) (1731—1802). В дебатах о зарождении C. Fontinalis Эразм Дарвин, несмотря на дружбу с Джозефом Пристли, частично принял точку зрения Ингенхауза. Описывая свою собственную теорию спонтанного зарождения в «Дополнительных примечаниях» к своей поэме «Храм природы» («The Temple of Nature») (1803), Дарвин сделал следующее заявление:
«Существует одно растительное тело, которое, по-видимому, возникает в ходе спонтанного движения жизни и которое, вероятно, благодаря своему зарождению в полном одиночестве столь стремительно распространяется и увеличивается в размерах, что за короткое время становится видимым невооружённым глазом; я имею в виду зелёную материю, впервые исследованную доктором Пристли и названную им conferva fontinalis».
Заявление Дарвина о способности C. fontinalis зарождаться спонтанно получило удивительное наследие. Согласно Мэри Шелли (Mary Shelley) (1797—1851), именно Эразм Дарвин вдохновил её написать роман «Франкенштейн», когда сказал, что такого рода история «не является невозможной» (1818). Тем не менее, читатели не дождались от Шелли никаких пояснений до тех пор, пока её издатели не побудили её рассказать, как «в голове юной девушки поселилась и получила детальное развитие такая отвратительная идея» (1831).
В этом рассказе, опубликованном в третьем издании романа «Франкенштейн», Шелли поведала о том, что однажды присутствовала при разговоре между её мужем и лордом Байроном; в какой-то момент один из них стал рассуждать о принципе жизни и задался вопросом, удастся ли его когда-то открыть и сформулировать. «Они говорили, — вспоминает Шелли, — об экспериментах доктора Дарвина (не о том, что доктор делал в действительности или по его собственным словам, а о том, — и это более важно для меня, — что ему приписывалось). Доктор, якобы, хранил в стеклянном ящике кусок вермишели до тех пор, пока тот каким-то невероятным образом не начал произвольно двигаться». Вот это и навело Шелли на мысль о том, что из различных мёртвых частей тела можно собрать единый организм и сделать его живым.
Что подразумевала Шелли под «вермишелью», неясно. Вермишель — макаронное изделие и, следовательно, прямого отношения к трудам Дарвина не имеет. Если, тем не менее, Шелли всё же имела в виду нечто связанное с этим научным наследием, то что именно? По мнению специалистов, ответ на этот вопрос, скорее всего, надо искать в дарвиновском примечании к «Храму природы», где говорится о самозарождении. В одном из возможных вариантов ответа фигурирует вортицелла — водное животное, которое в сухом состоянии не подаёт никаких признаков жизни, но, когда его погружают в воду, начинает плавать и искать пищу. Это похоже на то, о чём вспоминала Шелли, но, как считают специалисты, источником для её вдохновения могли послужить и рассуждения Дарвина о C. fontinalis. В пользу этого варианта Сэмюэл Х. Васбиндер (Samuel H. Vasbinder) привёл весьма интересный аргумент (1981): Дарвин упоминает про «стеклянный ящик» лишь тогда, когда говорит про водоросли Пристли; в его рассуждениях о вортицелле этот ящик не упоминается. Кроме того, Васбиндер указывает на то, что «выражения «conferva fontinalis» и «vermicelli» ритмически и фонематически очень сходны друг с другом», и, например, «ferva» и «vermi» звучат почти одинаково. К сожалению, аргументы в пользу обеих рассмотренных нами версий грешат неопределённостью, а потому не имеют решающего значения, или, если подойти к делу с другой стороны, не исключена, к счастью, возможность, что исходной искрой, оживившей монстра доктора Виктора Франкенштейна, была C. Fontinalis. Этой водоросли такое, несомненно, по силам, о чём красноречиво свидетельствует длинный список её подвигов.
Искали и видели
Одним из горстки учёных рубежа девятнадцатого века, которых нельзя упрекнуть в недооценке C. Fontinalis, был немецкий ботаник Альбрехт Вильгельм Рот (Albrecht Wilhelm Roth) (1757—1834). Осознав, что знает о водорослях ничтожно мало, он решил стать экспертом в этой области растительного мира, однако быстро понял, что здесь у науки нет никаких надёжных знаний, способных послужить опорой для новичка. Этот ужасный дефицит, сетовал Рот, расстроил и обескуражил его, но всё же благодаря твёрдому намерению исправить ситуацию он написал «Заметки об изучении криптогамных водных растений» (1797). Как можно ожидать от ботаника, резонно вопрошал Рот, эффективного изучения водорослей, когда ещё не разработаны руководства, методы и приёмы исследования? Он перечислил трудности, которые ждут учёного при изучении таких водных растений, как C. fontinalis. Как забирать их из водоёма, не принося им вреда? В каком состоянии — влажном или сухом — следует их изучать? Как сохранять? Как описывать их строение, если существующая терминология предназначена для исследования цветковых растений? Как готовить их для изучения под микроскопом? Как собирать разные водоросли в коллекцию, чтобы сравнивать их друг с другом? Как расплетать «мокрый войлок», состоящий из тысяч тонких нитей? Последовательно рассматривая все эти вопросы, Рот дал на каждый из них обстоятельный ответ, не стесняясь подчёркивать, как трудно ему в роли первопроходца:
«Отсутствие учителя или наставника, у которого я мог бы научиться правильной организации своей деятельности, было весьма болезненным для меня. Думаю, однако, что мне удалось, к счастью, преодолеть наиболее значительные трудности и считаю своим долгом известить о них начинающих ботаников».
Тяжёлая работа, которую выполнил Рот, не осталась незамеченной. На неё обратил внимание другой ботаник, Льюис Уэстон Диллуин (Lewis Weston Dillwyn) (1778—1855), который, правда, в конечном итоге оспорил почти всю ротовскую классификацию водорослей. Вкладом самого Диллуина в изучение Conferva стала его работа, издававшаяся с 1802 по 1809 год в виде серии брошюр под удачным названием «British confervae». Автор этой работы явно относился к Conferva с несомненным почтением. Диллуин с восторгом пишет о том, что род Conferva интереснее любого другого, что его изучение освобождает ум от суеты повседневной жизни и не даёт скучать, что, в конечном итоге, он, как и вся история природы, вызывает в уме удовлетворение и побуждает натуралиста «восхищаться и любоваться» творениями Бога. Вдобавок Диллуин, как будто всех этих восторженных комплиментов было недостаточно, назвал род Conferva «прекраснейшим и любопытнейшим» в мире водорослей.
Хотя наука восемнадцатого века не уделяла серьёзного внимания большинству нецветковых растений и, в частности, водорослям, C. fontinalis была одним из исключений, что сказалось на развитии научных знаний как положительно, так и отрицательно. С одной стороны, эта водоросль помогла исследованию фотосинтеза и эмбриогенеза, но с другой — внесла путаницу в царства природы и укрепила веру в спонтанное зарождение. Как бы то ни было, на рубеже девятнадцатого века этот сложный крошечный организм побудил, по меньшей мере, некоторых бесстрашных исследователей взглянуть на водоросли по-новому, с почтением, для которого в наши дни не меньше оснований, чем тогда.
Это новое отношение вошло в девятнадцатый век благодаря усилиям Карла Агарда (Carl Agardh) (1785—1859) и Уильяма Харви (William Harvey) (1811—1866), основоположников современной фикологии. На смену игнорированию и колебаниям пришло признание экономического потенциала и жизненно важной роли водорослей в экосистемах. Это особенно остро почувствовал один из первых американских фикологов Джон Хупер (John Hooper) (1802—1869). В своей малоизвестной брошюре «Введение в альгологию» (Introduction to Algology), самостоятельно изданной им в Бруклине в 1850 году, он страстно выступил в защиту водорослей и их изучения, повторяя многие мысли, которые первыми высказали Рот и Диллуин. Хупер переосмыслил существовавшее ранее ошибочное представление о том, что размножение Conferva свидетельствует о наличии в мире «цепи творения», раскрывающей гармонию и единство природы. Он напомнил своим читателям, что водоросли обеспечивают для бесчисленных живых организмов среду обитания и пищу, а также производят жизненно необходимый для всех животных кислород. Самых строптивых читателей Хупер пытался привлечь на свою сторону языком банкиров. «Давайте рассуждать в долларах и центах», — предложил он, отметив, что такие важные промышленные материалы, как келп и йод, получают из водорослей и что в прибрежных фермерских хозяйствах водоросли используются как удобрение.
С помощью всех этих рассуждений Хупер стремился побудить читателя ещё раз (или, в некоторых случаях, впервые) взглянуть на водоросли так, чтобы те предстали не как «зелёная слизистая субстанция в затхлом пруду» или «гниль, создаваемая мутной водой», а как «прекрасные водные организмы, радующие глаз и освобождающие в процессе своей вегетации этот затхлый пруд от его нечистот, способных в противном случае стать источником эпидемий и смерти». Воодушевляющие призывы Хупера стоит услышать и сегодня, чтобы ещё раз обратить внимание на водоросли, и прежде всего на C. fontinalis — блистательный вид, без которого история изучения водорослей немыслима [3].
Примечания
1. В данном эссе я, следуя представлениям восемнадцатого века, называю все водоросли растениями, хотя, строго говоря, не все они растения.
2. Учёные продолжают спорить, сделал ли это открытие Пристли.
3. Исследование для этого эссе было проведено в Гуманитарном институте Нью-Йоркского ботанического сада при поддержке Фонда Эндрю У. Меллона.