В 1863 году, во время продолжительного жаркого лета, Чарльз Дарвин написал письмо своему близкому другу, ботанику Джозефу Хукеру. Он сообщил, что очень увлечен усиками растений, и это кропотливое занятие ему подходит. Предыдущие недели Дарвин провел в постели в своем доме в Дауне, страдая от экземы. Его обычная энергичность в исследованиях и переписке сменилась вынужденным бездействием. Он нашел утешение, обратив внимание на обитателей своей спальни: комнатные растения. Дарвин часами наблюдал за молодыми огурцами, растущими в горшках на подоконниках, отмечая, как они исследуют окружающий мир в поисках опоры для роста. Это оказалось весьма полезным занятием. В своем обычном состоянии постоянной активности у Дарвина не было бы времени наблюдать за растениями в их темпе. Но, будучи вынужденным замедлиться и существовать в другом ритме, он был очарован.
Интерес к усикам возник у Дарвина после прочтения в 1862 году короткой статьи Асы Грея, ботаника из Гарварда. В его «Заметке о скручивании усиков» в «Трудах Американской академии искусств и наук» описывалась чувствительность растущих усиков растений к прикосновениям. Вдохновленный этой идеей, Дарвин написал Грею, что хотел бы провести несколько экспериментов с усиками и спрашивает, какое растение было бы удобно выращивать в горшке.
Грей прислал ему семена двух вьющихся растений: огурца колючеплодного (Sicyos angulatus) и эхиноцистиса лопастного (Echinocystis lobata), которые Дарвин мог посадить весной, чтобы начать свои наблюдения. Однако Грей предупредил, что, хотя эхиноцистис «благороден», огурец колючеплодный – самое «неприятное и хлопотное» растение из всех, что он знает, поэтому Дарвину придется внимательно за ним следить.
Хотя «хлопотные» огурцы колючеплодные не проросли, эхиноцистисы прижились, став компаньонами Дарвина и молчаливыми собеседниками у его постели. Они оказались на удивление харизматичными. Он сообщил Грею, что наблюдает за растением в другом отношении, а именно за непрерывным вращательным движением ведущих побегов, которые приводят усики в контакт с любым объектом в радиусе фута или 20 дюймов.
Круговое движение стало для Дарвина неожиданностью: эти усики были не просто чувствительными. Казалось, у них есть таинственный способ исследовать окружающий мир и находить пути, чтобы подняться к свету. Он назвал «спонтанные вращения», совершаемые растениями, «циркумнутацией» (от латинского circum – «круг» и nutare – «кивать»). Дарвин думал, что открыл нечто новое – явление, которое он никогда не встречал описанным подробно.
В своих письмах Дарвин просил Хукера прислать ему больше экзотических видов для наблюдений, пока он восстанавливался и набирался сил. Он заботливо ухаживал за растениями, которые присылал Хукер, добавляя их к горшечным огурцам и ломоносам, которые были развешаны вдоль его окон. Они росли, образуя зеленый гобелен перед стеклами, вытягивая листья, чтобы купаться в поступающем свете.
После четырех месяцев, проведенных в помещении, увлеченный усиками, Дарвин попросил перенести свое кресло на улицу. Он часами сидел на полях хмеля, наблюдая, как их побеги ищут опору и взбираются по ней. Он начал экспериментировать с ростом растений, за которыми наблюдал. Прикрепляя к ним небольшие грузики, чтобы проверить их движения, или делая пометки на их телах, Дарвин мог следить за тем, что они делают, даже когда он не наблюдал за ними постоянно.
В то время большая часть ботаники в Великобритании была сосредоточена на таксономии. Однако Дарвин хотел не просто называть и классифицировать растения. Он хотел найти новые способы взглянуть на растения, увидеть их с их точки зрения. И то, что он обнаружил, было поразительно. Некоторые из его растений действительно удивили его. Например, чтобы понять, как паразитические растения повилики, Cuscuta pentagona, ищут опору, он поставил рядом с ними вертикальные шесты. Побеги совершали медленные круговые движения по мере роста. Встретив палку, растение «медленно и постепенно скользило вверх по палке, становясь все более и более наклоненным».
Но через некоторое время «побег внезапно отскакивал от палки и падал на противоположную сторону», прежде чем вернуться к опоре и снова скользить по ней. Эти растения делали что-то сложное и иногда довольно быстрое. Дарвин был в восторге от того, что наблюдал, и восторженно сообщил своему сыну Уильяму, что его конек в настоящее время – усики; они более чувствительны к прикосновению, чем палец; и удивительно хитры и сообразительны.
Только когда Дарвин сообщил Грею о круговых движениях, он понял, что поторопился. Грей резко опустил его на землю, дав понять, что то, что увидел Дарвин, было довольно распространенным знанием для некоторых исследователей. Вращательные движения вьющихся растений, таких как огурцы, уже несколько раз описывались в опубликованной литературе. Дарвин, в своем энтузиазме и летней лихорадке, пренебрег предварительным чтением. Когда он сделал это, направленный Греем, натуралист понял, что «сливки» с его наблюдений уже были опубликованы другими, что значительно его отрезвило.
Он написал в более поздней публикации, что его наблюдения были более чем наполовину завершены, прежде чем он узнал, что удивительный феномен спонтанных вращений стеблей и усиков вьющихся растений был давно замечен.
Дарвин был неординарным натуралистом. Он видел, что, хотя циркумнутация и не была новым наблюдением, ученым не хватало какого-либо понимания того, как это происходит или что на самом деле делает растение с этим движением. Он хотел копнуть глубже. Усики могли быть «хитрыми и сообразительными», но вопрос в том, насколько они хитры и сообразительны – вот что было самым интересным.
Наблюдательный Дарвин мог целыми днями смотреть, как растут растения, но был неизбежный факт: его сенсорная система животного не была приспособлена для точного наблюдения за ростом растений. Как он мог записать и понять эти движения таким образом, чтобы раскрыть происходящее? Никто другой не решил эту проблему, и натуралист придумал гениальный метод.
Дарвин разработал способ записи движений отдельных частей растений по мере их роста и вращения в пространстве. Он помещал растение между листом бумаги и стеклянной пластиной и отмечал контрольную точку на бумаге, прикрепляя тонкую проволоку к определенной части растения, например, к листу или почке. Он делал записи через равные промежутки времени, совмещая конец этой нити с фиксированной контрольной точкой, а затем отмечая ее положение на стеклянной пластине.
Увидев странные, угловатые рисунки Дарвина вне контекста, легко было бы подумать, что это следы мелкого животного – мокрицы, жука или, возможно, мыши с коротким периодом концентрации внимания. Они похожи на стаккато-передвижения существа, которое не имеет четкой цели, блуждающего по бумаге. Но это потому, что это статичные, двумерные изображения движений, которые происходили в трех измерениях.
После многих часов, в течение которых было записано множество точек, Дарвин мог проследить движение растения во времени, соединяя точки на пластине по порядку. Таким образом, он сделал движение видимым невооруженным глазом. Дарвин мог даже увеличивать движения, изменяя расстояние между пластиной и растением. Отодвигая ее дальше, он увеличивал угол, под которым точки совмещались с его глазом, тем самым растягивая небольшие движения на большие расстояния на пластине. В дни, предшествовавшие покадровой фотографии и кинематографу, это был невероятно креативный способ запечатлеть движение растений, чтобы сделать его понятным для людей.
Растения кажутся статичными невооруженному глазу, но все их части движутся покачивающимися кругами, от усиков и корней до цветов и листьев. С помощью своего нового метода Дарвин смог точно проследить движения сотен растений и их отдельных частей, детализируя их круговые исследования прерывистыми линиями. Он стал пионером в понимании «привычек» растений.
В отличие от таксономистов, озабоченных тем, в какие категории поместить различные виды, Дарвин видел, что, когда растения вносят изменения в свое физическое положение или вырастают в различные формы, то, что они делают, на самом деле является поведением, мало чем отличающимся от поведения животных. Разница была в том, что животные двигались быстро и с места на место. Растения росли медленно и двигались в основном за счет роста.
Вскоре Дарвин собрал свои наблюдения, в том числе с использованием метода стеклянной пластины, в объемистую 118-страничную монографию. Он представил ее Линнеевскому обществу в 1865 году, опубликовав под названием «О движениях и привычках вьющихся растений». В тексте Дарвин связал движение растений со своей эволюционной теорией: растения чувствительны к окружающей среде и используют эту чувствительность, чтобы направлять свой рост для более успешного выживания и размножения:
Можно предположить, что растения становятся вьющимися для того, чтобы достичь света и выставить большую поверхность листьев его действию и действию свободного воздуха. Это достигается вьющимися растениями с удивительно малыми затратами организованного вещества по сравнению с деревьями, которым приходится поддерживать груз тяжелых ветвей массивным стволом. Следовательно, несомненно, именно поэтому во всех частях света так много вьющихся растений, принадлежащих к такому большому количеству различных отрядов.
Многие различные линии растений разработали этот метод обмана системы: от растений, таких как огурцы, которые обвивают усиками опоры, до других, таких как ломоносы, которые «цепляются» за объекты. Оба метода позволяли растениям с тонкими стеблями подниматься к солнцу, не вкладываясь в ствол или жесткий стебель.
Работа Дарвина имела большой успех. Бенджамин Данн Уолш, выдающийся энтомолог из Линнеевского общества, например, написал, что открытие их круговых движений и поисков опоры в темноте, как у слепого циклопа, очень удивительно. Даже не ученые, такие как капеллан королевы Чарльз Кингсли, с энтузиазмом отзывались: «Ах, если бы я мог начать изучать природу заново, теперь, когда вы сделали ее для меня живой; а не мертвым набором имен». Дополнительные материалы были присланы натуралистами из других мест, которые прочитали монографию, что побудило Дарвина работать над вторым, расширенным изданием, которое он опубликовал в 1875 году.
Он не остановился на достигнутом. При содействии своего сына Фрэнсиса Дарвин провел обширные дальнейшие эксперименты по движению растений. Одно из его ключевых наблюдений заключалось в том, что все наиболее важные большие классы движений обусловлены модификацией типа движения, общего для всех частей всех растений с самой ранней юности. Зарождающиеся движения взрослых растений можно было увидеть прямо с их стадии проростков, от чувствительности к свету и другим внешним раздражителям до их «сна», который выявлял своего рода циркадный ритм.
Дарвин опубликовал «Силу движения у растений» в 1880 году с большим трудом. Она превратилась в увесистую рукопись, которую он счел «ужасной занозой» для пересмотра перед публикацией. Однако это была кульминация его работы о растениях и предпоследняя книга, которую опубликовал Дарвин. За ней последовала только «Образование растительной плесени под действием червей» год спустя.
Наблюдения Дарвина стали основой того, как мы сейчас понимаем физиологию и поведение вьющихся растений. Помимо вьющихся растений, Дарвин заложил основы для изучения поведения и интеллекта растений. Даже сегодня эта идея вызывает у некоторых людей дискомфорт. Хотя у нас сейчас есть покадровые камеры и высококачественные документальные фильмы о природе, которые показывают жизнь растений так же ярко и драматично, как и любые кадры фауны, трудно вырваться из нашего ориентированного на животных взгляда на мир.
Работа Дарвина показала, что многовековое предположение о том, что животные двигаются, а растения нет, было совершенно неверным, вопросом восприятия, который можно преодолеть. Тем не менее, эта осведомленность все еще не так широко распространена, как должна быть.
Почему это так? Некоторые растения, такие как мимоза или венерина мухоловка, имеют очень специфические, казалось бы, отзывчивые движения, которые трудно игнорировать органам чувств животных. Но большая часть поведения растений, которое может даже выдавать интеллект, который мы только начинаем исследовать, остается совершенно незамеченной.
Дарвин действительно увидел растения по-новому: взглянуть с их точки зрения и наблюдать, как их движение и поведение приносят им пользу. Это был проект, который он так и не оставил.
