3.1.3. Развитие микроскопической анатомии растений в XVII веке

Изучение тонкой анатомической структуры растений стало возможным только после изобретения микроскопа.

В XII – XIII вв. в ремесленных мастерских были изобретены очки, в второй половине XVI в. появляются камера-обскура и первая сложная оптическая труба.

Что такое камера-обскура? Под термином “камера-обскура” понимают классическую “темную коробку с маленьким отверстием”, играющим роль примитивного объектива.

В журнале «Вопросы истории естествознания и техники», N 4, 2000г. описан очень интересный эксперимент с камерой-обскурой, проведенный в Государственном астрономическом институте им. П.К.Штернберга (МГУ). В здании ГАИШ находится вертикальный солнечный телескоп, широкая труба которого длиной 18 м пронизывает здание института от крыши до подвала, который видно на снимке. Над верхней частью трубы расположен целостат из двух плоских зеркал, не вносящий искажений в чистоту эксперимента, но существенно облегчающий его. В наглухо закрытом верхнем проеме трубы было оставлено круглое отверстие диаметром 6 мм, а внизу, непосредственно над зеркальным объективом солнечного телескопа, на расстоянии около 17 м от входного отверстия мы разместили белый экран.

Фотокамерой “Зенит” были сделаны снимки полного изображения Солнца с проекционного экрана, а также прямые снимки отдельных солнечных пятен фотокамерой без объектива, помещенной на проекционном экране. Для сравнения качества увиденных нами изображений на рисунках приведены фотография Солнца в белом свете, полученная 2 июня 1998 г. в обсерватории Big Bear (США) и это же изображение, размытое численным методом до такого состояния, каким оно субъективно представлялось нам при наблюдении в тот же день на экране камеры-обскуры.

А дальше автор размышляет над историческими вопросами:

Предпринимались ли попытки сооружения гигантских камер-обскур до изобретения телескопа?

Возможны ли ситуации непреднамеренного сооружения таких приборов?

Зафиксированы ли факты наблюдения солнечных пятен с помощью случайных камер-обскур?

Гипотеза: “Возможность эксперимента с гигантской обскурой дают крупные архитектурные сооружения — средневековые готические соборы или даже античные купольные сооружения, подобные римскому Пантеону”. Очень скоро ему предоставляется случай подтвердить это предположение. В июле 1998 г. он путешествует по Испании. В г. Толедо около полудня 6 июля он зашел в готический кафедральный собор и принялся изучать световые узоры на полу. Интерьер собора был довольно темным, лишь несколько витражей освещали его рассеянным светом. Весьма скоро он обнаружил на полу несколько изображений Солнца, обязанных своим появлением, как это ясно было видно по направлению лучей, щелям между отдельными стеклами витражей, расположенных на южном фасаде высоко под сводом собора. «Отмечу еще раз, что старые витражи из толстого цветного стекла весьма эффективно поглощают и рассеивают солнечный свет, так что несмотря на “светящиеся окна”, в соборе всегда сумрачно. Обнаруженные мной проекции Солнца имели диаметры от 17 до 30 см в зависимости от высоты витража над полом. Не все изображения были высокого качества: наиболее яркие оказались сильно размытыми — очевидно, их породили крупные отверстия, имевшие диаметры намного больше оптимального. Но изображения невысокой поверхностной яркости оказались довольно резкими; на них я легко различил два крупных солнечных пятна, однако, к стыду своему, не смог их зарисовать из-за отсутствия бумаги. Выйдя в поисках бумаги из собора на улицу, я уже не смог попасть обратно, поскольку собор закрыли на время сиесты. К счастью, через день, 8 июля, мне вторично представилась возможность наблюдать эффект камеры-обскуры в кафедральном соборе г. Севильи. На фото видно, что на полу собора рядом расположились два изображения Солнца одинакового размера — яркое справа и тусклое левее, каждое диаметром 27 см. Края яркого изображения были сильно размыты, и никакой внутренней структуры (кроме слабого потемнения к краю) оно не имело. Слабое изображение оказалось намного более резким: на нем прекрасно были видны солнечные пятна. Итак, теперь нет сомнений, что задолго до появления телескопа у наблюдательных естествоиспытателей была возможность заметить детали солнечной поверхности и регулярно следить за их перемещением, вызванным вращением Солнца. Гигантская камера-обскура, случайно возникающая, например, в готическом соборе, позволяла систематически наблюдать обычные крупные пятна.

В самом начале XVII в. появились микроскопы. Изобретение микроскопа приписывают обычно голландцам – отцу и сыну Янсенам. Для подобного утверждения нет, однако, достаточных оснований. Как показал С.Л. Соболь – крупный знаток истории микроскопа, этот прибор был впервые сконструирован Галилеем в самом начале XVII в. Вошедшие же в обиход сложные двухлинзовые микроскопы с выпуклыми одиночными объективами и окулярами появились в Англии или Голландии в 1617 – 1619 гг. Их изобретателем, возможно, был физик Дреббель. На протяжении XVII – XVIII вв. усовершенствуется оптическая система и конструкция штативов. Объекты начинают рассматриваться не в падающем, а в проходящем свете, в конце XVIII в. устраняются путем сочетания сортов стекла с разными коэффициентами преломления сферическая и хроматическая аберрации.

Прогресс микроскопической техники явился предпосылкой для успехов важных разделов биологической науки, в том числе и анатомии растений.

Одно из первых описаний тонкой структуры растений было дано в книге английского ученого Роберта Гука «Микрография или некоторые физиологические описания мельчайших телец при помощи увеличительных стекол» (1665). Гук описал некоторые растительные ткани и заметил их клеточное строение. Истинную природу этих образований он понять не мог и трактовал клетки как поры, пустоты, «пузырьки» между растительными волокнами.

Итальянский ученый М. Мальпиги во второй половине XVII в. тщательно описал микроструктуры листьев, стеблей и корней. Особенно детально он изучил строение стебля (коры, древесины и сердцевины).

Однажды Мальпиги гулял вечером по своему саду. Задумавшись наткнулся на ветку каштана, обломил ее и увидел на месте разлома какие-то полоски. Дома он разглядел, что это особые каналы, наполненные воздухом. И Мальпиги принялся изучать эти трубки, заметил, что некоторые из них содержат не воздух, а растительный сок. В микроскоп Мальпиги увидел мешочки в корнях, коре, стебле, листьях. Эти мешочки долго беспокоили его, он находил их всюду, но значения их не понял.

Мальпиги удалось выяснить, что в стебле есть два тока: восходящий и нисходящий. Нисходящий состоит из соков, за счет которых живут и растут ткани растения. Чтобы проверить свои предположения, Мальпиги сделал такой опыт. Он снял со ствола кольцом небольшой участок коры. Через много дней кора над кольцом начала припухать и образовался наплыв из-за накопления сока над кольцом. Этот опыт Мальпиги стал классическим.

Он обнаружил сосудисто-волокнистые пучки и их отдельные элементы, указал на их непрерывность в теле растения. Подробно исследовал он и органы размножения растений. Но функции цветка и его частей оставались ему непонятными. Он уподоблял семяпочки – яйцу, завязь – матке и т.п.

Почти одновременно с Мальпиги исследовал строение растений и английский натуралист Неэмия Грю, автор «Анатомии растений» (1682). Он сделал много тонких и тщательных наблюдений, установил понятие «ткань», описал строение разных тканей растений. Отметив, что любая ткань состоит из переплетений сходных элементов – волокон, он трактовал ткани по аналогии с кружевами и тканями, вырабатываемыми человеком, а клеточки – как пузырьки между волокнами.