Там, за перевалом, — Кафиристан. Говорят, это край угрюмых людей, вечно враждующих друг с другом, там путники не найдут ни ночлега, ни еды, ни фуража, если вообще останутся живы, — бандитам ничего не стоит вырезать весь отряд…
«Караван передвигается с трудом… Люди и лошади вязнут в снегу; проводники выводят караваны к спуску по приметам, известным им одним…»
Спуск едва ли легче, чем подъем. Лишь бы не пострадали люди! Лишь бы не побились животные, а с ними не погибли записи, коллекции, приборы…
«Если принять во внимание двухдневный утомительный переход по безлюдной местности, потерю подков, израненные ноги лошадей, то из всех пройденных перевалов через Гиндукуш Парун приходится считать наитруднейшим».
В географических справочниках значится: Гиндукуш — горная система в Афганистане, примыкает к Памиру. Перевалы (3500–4500 метров) преодолимы с трудом.
На парунской седловине анероид показывал 4760 метров.
Наконец Парун позади. Но дорожные мытарства продолжаются. «Путь отчаянный, пригодный только для пешего прохода и для коз, — гласят записи „саиба“ — руководителя экспедиции Николая Ивановича Вавилова. — Препятствия на каждом шагу то в виде обрыва, то в виде каменных ступеней больше метра. Проходим через полуразвалившийся мост; первая лошадь проваливается. Строим мост, приносим деревья, камни. Перевьючиваем то и дело лошадей, часть пути вьюки несем на руках».
Дикость и нищету встречают исследователи в кафирских кишлаках. Однако бедняки ни разу не причинили зла посланцам молодого Советского государства, смело общавшимся с крестьянами, не отступавшим даже в тех случаях, когда проводники из местных, напуганные страшными слухами, позорно дезертировали, бросая «саиба» на произвол судьбы.
Наконец беспримерный тридцатитрехдневный рейд Кабул — Кафиристан — Кабул завершен.
Теперь поскорее оправить изрядно потрепанный караван, привести в порядок ботанические коллекции и…
Домой? Нет, дальше на юг! А потом снова на север, но уже к Кушке, откуда начался афганистанский поход, предпринятый Вавиловым и его помощниками — инженером-гидрологом Д. Д. Букиничем и селекционером-растениеводом В. Л. Лебедевым.
Начался он еще летом, 19 июля 1924 года. Тогда и погода и дорога были совсем иными. Пьянящий зной. Раскаленный песок. Пыльные бури. А в вавиловском дневнике значится еще и другое: «В августе и сентябре работу экспедиции тормозили военные события на юге Афганистана. Половина страны охвачена басмачеством». Стихии и люди словно стакнулись, ополчившись против Вавилова и его спутников.
Сколько раз подобные обстоятельства заставили бы отступить любого благоразумного туриста! Но Вавилов не был туристом, как не был он и искателем приключений. Методично, день за днем на протяжении 17 недель (до 1 декабря 1924 года) изучал он 232 земледелие Афганистана, его культурную флору.
Кафиристан — лишь эпизод в этой большой научной разведке; наряду с ним путешественники обследовали еще с десяток обширнейших районов. 4500 километров отмахали они верхом и пешком по горам и долам, по пескам и снегам, в нестерпимую жару и пронизывающий холод; подчас рискуя жизнью, преодолевали они крутые подъемы и головокружительные спуски.
Ради чего?
Всходы на обновленной земле
…В 1921 году Вавилова, профессора Саратовского университета, пригласили возглавить Бюро по прикладной ботанике в Петрограде. Новый заведующий выдвинул дерзкую по замыслу программу глобальной ботанической инспекции. Надо ознакомить нашего селекционера со всем мировым ассортиментом культурных растений. Пусть заменит малоценные сорта высокопродуктивными, пусть выведет сам еще лучшие!
Для многих это «попахивало прожектерством».
Еще не смолкло эхо гражданской войны, кругом разруха, голод, в городе толпами слоняются безработные, снуют спекулянты, на полях не хватает рабочих рук, а тут, видите ли, «туристские прогулки» по Европам за цветочками-листочками. Полноте!
— Чтобы в кратчайшие сроки преодолеть вековую отсталость российского земледелия, пора начинать работу уже сегодня, — доказывал Вавилов.
В царской России, даже в мирное время, даже в обстановке относительного благополучия, хлеборобы и огородники, не знали толком отечественных «зеленых ресурсов», их сортового состава — что уж тут говорить о заграничных! Теперь же, когда земля стала общенациональным достоянием, так дальше продолжаться не может. Аграрная революция немыслима без высокой культуры в семеноводстве, без использования мировых достижений, без энергичной селекционной работы в масштабах всей страны.
Ленин придерживался того же мнения. Мог ли он, стремившийся мобилизовать на строительство новой жизни всю мощь науки и техники, весь интеллектуальный потенциал нации, разбуженной революцией, мог ли наш вождь не одобрить глубоко аргументированную патриотическую инициативу?
В 1921 году Н. И. Вавилов едет в США и Канаду.
Репортеры с любопытством вглядываются в «красного профессора». От их внимания не ускользает, что «мистер Вавилов» и на плантации фермеров и в респектабельные оффисы приходит в поношенных башмаках, в одном и том же костюме, отнюдь не модном, да и не новом. Но заокеанские коллеги не могут не видеть, что перед ними интеллигентный человек, широко эрудированный, прекрасно осведомленный в своей области, изъясняющийся на нескольких языках.
«Если все русские таковы, как профессор Вавилов, — заявляют газеты, — Америке стоит дружить с Россией!»
Ученый возвращается с богатейшей коллекцией образцов — от злаковых до бобовых, от кормовых до технических, от полевых до садовых — всего свыше 7000 наименований.
«Узнайте в Наркомземе, сколько вагонов усовершенствованных семян привезли из-за границы», — интересовался Ленин, который в сутолоке повседневных хлопот, уже больной, прикованный к постели, не переставал беспокоиться о судьбах нашего сельского хозяйства.
Еще в 1922 году Мария Ильинична Ульянова отправила секретарю Ленина, находившемуся в Германии, такое письмо: «Ильичу хотелось бы связаться с организаторами „Обновленной земли“, чтобы выписывать оттуда книги, семена и пр. Хотелось бы ему также пересадить флору Канады в РСФСР. Видимо, этот вопрос его очень занимает, так как он часто к нему возвращается». Речь шла о группе селекционеров, которой американец А. Гарвуд посвятил целую книгу, переведенную К. А. Тимирязевым и прочитанную Лениным. Гарвуд рассказывал о калифорнийском дарвинисте Лютере Бербанке, который выводил новые сорта плодов.
«Опыты по получению новых культурных растений имеют громадное государственное значение, — говорилось в правительственной телеграмме, адресованной Тамбовскому губисполкому. — Срочно пришлите доклад об опытах Мичурина Козловского уезда для доклада председателю Совнаркома тов. Ленину».
Да, Ленин сразу же оценил по достоинству и исследования И. В. Мичурина. Сам Иван Владимирович потом неоднократно подчеркивал, что без поддержки со стороны Советской власти он так и остался бы «незаметным отшельником экспериментального садоводства». О Мичурине Ленин узнал благодаря Вавилову.
Еще в 1875 году, располагая нищенскими средствами, на жалком клочке земли молодой Мичурин начал опыты. У него не было возможности получить систематическое специальное образование. Со скромным багажом теоретических познаний вступил он на стезю самостоятельных творческих исканий и, как признавался впоследствии, долгое время брел ощупью. Да и подлинно научная генетика, лежащая в основе селекции, тогда еще ждала своего часа.
Скрещивая лучшие, преимущественно южные разновидности плодов и ягод с местными, хорошо приспособленными к условиям среднерусских и северных районов, Мичурин выводил чудо-сорта, прогремевшие впоследствии на весь свет.
Ивана Владимировича избрали почетным членом канадского общества садоводов «Бридерс», его наперебой засыпали запросами американцы, англичане, немцы, французы, слали к нему своих агентов. Один из таких эмиссаров, профессор ботаники
Вашингтонского сельскохозяйственного института Фрэнк Н. Мейор, побывав у козловского чудодея, в своем отчете департаменту земледелия США констатировал: «Растения мистера Мичурина более ценны для северных штатов Америки, чем вся продукция Л. Бербанка».
Вскоре директор департамента Д. Ферчайлд предложил Мичурину переехать за океан вместе со всем садом. Американское правительство выделяло для этого целый пароход. Оно назначало «русскому Бербанку» 8 тысяч долларов ежегодно.
Благодетели получили корректный, но твердый отказ. «Все свои силы я отдал на обогащение садов моей Родины улучшенным ассортиментом плодовых растений и задачу эту должен выполнить до конца», — писал Иван Владимирович.
Узнав об официальном приглашении из США, царский кабинет, упорно игнорировавший неоднократные ходатайства самого Мичурина и его друзей, наконец-то встрепенулся. Из столицы в захолустный Козлов пожаловал действительный статский советник Салов. Иван Владимирович со всей прямотой высказал сановитому визитеру свои обиды:
— Я, ваше превосходительство, тридцать пять лет корплю над жалкими клочками земли, дрожу за каждый грош, чтобы использовать его на научные опыты. Справляться один со всеми работами по питомнику не в силах, в результате ценнейшие сеянцы гибнут. Тесно, многое приходится уничтожать самому, чтобы высвободить место для новых экземпляров. А со стороны правительства никакого внимания!
Но, может, после этого Мичурину помогли?
«Ничего не сделали, — сообщал Иван Владимирович одному из своих коллег. — Ограничились присылкой двух орденов Анны и креста за заслуги с предложением переселиться в Петербург на службу в сельскохозяйственный департамент на 3000 годового жалованья, от чего я, конечно, отказался…»
В 1918 году мичуринский рассадник и питомник поступил в ведение Наркомзема. Вскоре он разросся до 100 гектаров, став в 20 раз больше, чем раньше, до революции. В 1928 году он был провозглашен общегосударственной Селекционно-генетической станцией плодово-ягодных культур имени Мичурина.
Хорошо знакомый с феноменальными результатами удивительного русского самородка, Н. И. Вавилов настоятельно рекомендовал Ивану Владимировичу подытожить их и опубликовать. Книга выдающегося селекционера вышла в свет с предисловием Вавилова.
Октябрь оказался поворотным пунктом и в судьбе Н. И. Вавилова. Не далее как в шестнадцатом году, замыслив большую экспедицию по Средней Азии и Северному Ирану, Николай Иванович смог предпринять ее лишь на собственные средства.
Зеленые эмигранты
Вавилов буквально одержим страстью к поискам.
Заражая и других своим энтузиазмом, он сколачивает целые группы «охотников за растениями». Назначенный директором Института прикладной ботаники и новых культур (впоследствии ВИР — Всесоюзный институт растениеводства), он командирует сотрудников во все уголки обоих полушарий. Им организовано 180 экспедиций. Сам он успел объездить и изучить 35 стран 5 континентов. И вот постепенно создается колоссальный гербарий, который за рубежом назовут «Лувром ботаники». Еще бы: к 1940 году он насчитывал свыше 200 тысяч «экспонатов» из 70 государств!
Но, быть может, Вавилов и вавиловцы приходят на все готовенькое и, запуская руку в чью-то заботливо собранную коллекцию, даже не меняя этикетки (благо ботаники всего мира пользуются одним языком — латынью), с миру по зернышку несут в свою кубышку?
Почти 4000 различных семенных образцов, около тысячи листов гербария с дикой флорой привез Н. И. Вавилов из феодального Афганистана, куда более отсталого, чем царская Россия. Книга «Земледельческий Афганистан», написанная Вавиловым и Букиничем, до сих пор служит для нашего южного соседа настоящей энциклопедией сельского хозяйства.
Вировцы С. М. Букасов и С. В. Юзепчук, прибыв в Центральную и Южную Америку, тоже не получали готовых пакетиков с наклейками. С лупой в руках и рюкзаком за плечами они прочесывали леса и пампасы; прокопченные солнцем, покрытые пылью, брели они через пустыни, взбирались на горы, обшаривая каждую пядь земли. И вот результат: одного только картофеля найдено 50 новых видов! Найдено, между прочим, в тех местностях, которые уже исколесила не одна экспедиция США. Что же касается ярлычков, то на них появились десятки латинских названий типа «Солянум Вавилови Юз. эт Бук.», еще не фигурировавших ни в одном ботаническом атласе, — в них увековечены имена советских Колумбов американской флоры.
Немало подобных трофеев привезли другие сотрудники ВИРа: П. М. Жуковский — из Турции, Е. Н. Синская — из Японии.
Глобальные операции вавиловских когорт обогатили мировую науку, помогли тем странам, где проходили наши искатели, познать собственные растительные ресурсы.
Спору нет, в вировском «Лувре» имелись и экземпляры, любезно предоставленные сельскохозяйственными фирмами цивилизованных государств из их ботанических «запасников». Но это вовсе не означало, что нашим растениеводам отныне нечего делать — беря и сей. Чтобы «пересадить канадскую флору в РСФСР», как завещал Ленин, требовалась многолетняя и кропотливая работа по испытанию, скрещиванию, отбору.
Уникальный ботанический фонд, основанный Вавиловым, дал возможность вывести великолепные отечественные сорта сельскохозяйственных культур.
Число таких новинок уже до войны приблизилось к 350. Сегодня их еще больше. Сорок из них занимают десятки миллионов гектаров. Вот, например, пшеница «акмолинка-1». Ее предок, разысканный Вавиловым, пожаловал к нам из-за рубежа. Но она по праву носит название казахского города, ибо родилась у нас. Родилась заново, облагороженная заботами и старанием нашего специалиста В. П. Кузьмина. А ее кубанская сестра, «безостая-1», в жилах которой течет аргентинская кровь, появилась на свет после кропотливых экспериментов советского ученого П. П. Лукьяненко. Завоевав европейское признание, она сама шагнула за границу и теперь колосится под небом Венгрии, Румынии, Югославии. Ее охотно внедряют там вместо прежних, менее урожайных сортов.
Зеленые эмигранты… Перед глазами встают аккуратно укомплектованные гербарии, пакетики с наклейками, пересекающие границу, их хозяева, предъявляющие свой груз строгим таможенным контролерам. Но так было не всегда. Растения кочевали и в те времена, когда на планете еще не появились ни пакетики, ни визы, ни даже сами ботаники. Когда роль транспорта выполнял беспечный ветер, развеивавший семена по белу свету. Их могли случайно разносить в чужедальние края также звери, птицы, гады, насекомые. Или люди, даже если они не подозревали о том, что способствуют великому переселению в царстве флоры. Правда, и тогда давали о себе знать границы. Не те, конечно, что размежевывают политическую карту на цветные лоскутки.
Другие. Такие, как горный хребет, который мешал Вавилову пройти в Кафиристан.
В Афганистане ученый встретил долины-островки среди недвижных каменных «волн». Растения как бы заключены внутри своеобразной цитадели.
Отделенные от внешнего мира естественными «валами» и «рвами», они тысячелетиями развивались относительно независимо от соседних зеленых сообществ, что сыграло важную роль в их эволюции. Щедрое солнце. Ручейки, сбегающие с глетчеров. Плодородная почва. Широкая шкала зон — от знойной пыльной пустыни до вечных снегов, венчающих скалы, причем на сравнительно небольшой площади. Все это, вместе взятое, дало пеструю палитру генетических форм, превосходящих по урожайности, скороспелости, зимостойкости, засуховыносливости, по другим кондициям многие мировые сельскохозяйственные стандарты.
Настоящий клад для селекционера!
Одной только мягкой пшеницы Вавилов насчитал тут почти 60 разновидностей (7 из них он открыл заново). Ассортимент оказался раз в 10 богаче, чем даже в тех губерниях России, которые исстари слыли житницами нашей страны. По многообразию некоторых злаковых и бобовых зерновых культур Афганистан занимал первое место в мире. Хорошо, но какое отношение имеет все это к зеленым пилигримам?
В свое время английский ученый А. Уоллес предположил: каждый вид появился первоначально лишь в одной области, а уж потом расселился оттуда по другим местам. Но ни Уоллес, ни Дарвин не пошли дальше этой осторожной догадки. Решающий шаг сделал их русский последователь.
В 1926 году вышла книга Н. И. Вавилова «Центры происхождения культурных растений».
Удостоенная премии имени В. И. Ленина, она привлекла внимание ученых всего мира. Ее автор впервые дал понять, что родину культурных растений надобно искать не в равнинных, хоть и пышно-зеленых речных бассейнах, как думали раньше, а в горных долинах, изолированных друг от друга. Именно там сосредоточено изумительное разнообразие генетических типов.
Именно там, как правило, возникали и древнейшие очаги земледелия. Один из них, несомненно, находился в Афганистане и примыкающих к нему районах Индии, Ирана, советской Средней Азии. Другой — на высоком плато в северо-западной Эфиопии (Африка), у самых истоков Нила, а не в его среднем течении и не в дельте. Еще один — в Южной Америке — опять-таки не среди роскошной зелени Амазонки, а на скалистых уступах Анд. Из таких «центров творения» (их найдено пока 7) растения расселялись по всему миру. Именно здесь, в этих подлинных сокровищницах зеленого царства, могут получить селекционеры богатейший материал для генетического оздоровления, облагораживания своих местных сортов.
Культурные, дикие — сколько их?
Еще во время своей первой экспедиции (в Среднюю Азию и Северный Иран) Вавилов обратил внимание на исключительное многообразие форм, свойственное местной ржи, которая здесь считалась сорняком. «Чоу-дар» называли ее по-персидски, что значит «терзающая пшеницу». Ту же кличку услышал Николай Иванович и в соседнем Афганистане в 1924 году. Надо же: «незваный гость»! Хуже: «вредитель»! И это о злаке, который в Европе и Сибири кормит миллионы. Но там, в более северных районах, он отнюдь не отличается богатством разновидностей: их там раз, два — и обчелся, даром что занимают они необозримые просторы.
В 1917 году Вавилов впервые выдвинул, а впоследствии детально разработал теорию, объяснившую происхождение «цивилизованной» ржи от дикой ее предшественницы.
Продвигая озимую пшеницу из центра ее происхождения в окружающие районы, в том числе дальше на север, человек прихватывал и сорно-полевую рожь — от нее он просто не умел отделаться. Но в менее благоприятных почвенно-климатических условиях эта назойливая и зловредная спутница не в пример своей соотечественнице-неженке оказалась гораздо выносливей. Былая «персона нон грата» юга стала желанной гостьей в холодных краях. Постепенно отобралисъ самые неприхотливые и наиболее продуктивные ее расы. «Дикарка» превратилась в самостоятельную культуру.
Вавиловская схема приложима и к иным растениям.
Бесспорно, не хлебом единым жив человек: биологию интересуют не только используемые в земледельческой практике зеленые друзья, кормящие нас, одевающие, снабжающие сырьем технику. Скорее даже наоборот: академическая ботаника отдавала явное предпочтение не им, а их неприрученным собратьям.
Еще Чарлз Дарвин сетовал на то, что она «очень мало занималась культурными породами, считая их не стоящими внимания». Восполнению этого пробела Вавилов посвятил всю свою жизнь.
Параллельно изучались у нас, конечно, и дикие растения. В 1931 году на конференции Ботанического института АН СССР было принято постановление провести инвентаризацию «зеленого имущества» в масштабах всей нашей страны и создать всеобъемлющий справочник «Флора СССР». Предстояло решить нелегкую проблему. Родина наша обширна, на ее территории расположено множество почвенно-климатических зон, в каждой свой мир, отличающийся большой качественной пестротой. Даже на островах Северного Ледовитого океана встречаются десятки видов растений, в лесных областях средней полосы их количество достигает 1500, а на юге, на Кавказе, — оно свыше 6000? В начале XX века стало очевидным: столь грандиозный труд не под силу одиночкам. Осуществить его взялся большой исследовательский отряд, включавший почти сто ученых Москвы, Ленинграда, Киева, Ташкента, Тбилиси, других городов и возглавленный академиком В. Л. Комаровым, а после смерти Владимира Леонтьевича (1945 г.) — Б. К. Шишкиным.
Когда всесоюзная перепись зеленого населения закончилась, выяснилось, что в границах нашего Отечества насчитывается 17 520 видов растений, относящихся к 1676 родам и 160 семействам. Сведения о них заняли 22 000 страниц печатного текста — целых 30 томов! Работа не имеет прецедентов в мировой научной литературе. Аналогичное ботаническое сочинение для Северной Америки составляется нью-йоркскими флористами вот уже седьмой десяток лет и все еще не подошло к концу. «Флора СССР» с ее широким географическим охватом — от тундры до субтропиков — явится подспорьем при подготовке подобных руководств для всего северного полушария.
Заложенные в ней оригинальные идеи, ее исчерпывающие фактические данные уже нашли применение в некоторых сопредельных социалистических государствах.
Коллекция содержащихся в ней сведений нужна биогеохимикам, геоботаникам, географам, лесоводам, фармацевтам, селекционерам. Она поможет нашему народному хозяйству еще полнее освоить богатейшие растительные ресурсы русской земли.
Среди авторов «Флоры СССР» мы встречаем имена вавиловцев: С. В. Юзепчука, М. Г. Попова и других.
Когда называлось количество видов, фигурирующих в этой колоссальной описи, то речь шла только о высших растениях. Низшие их сородичи (к ним относятся водоросли и грибы) тоже представляют несомненный интерес для науки. В познание низших растений большой вклад внесли наши ученые Л. И. Курсанов, В. М. Арнольди, А. А. Еленкин, А. Т. Вакин, С. И. Ванин и другие.
Ботанико-географические исследования, велись в России издавна, но особенно широкий размах приобрели они в советский период (В. В. Алехин, Е. М. Лавренко, В. Б. Сочава). Хорошую репутацию у нас и за рубежом имеют монографии по истории флор, по их происхождению (Д. К. Зернов, Е. В. Вульф, И. М. Крашенинников и другие).
Новая наука (о растительных сообществах) создана академиком В. Н. Сукачевым. Она выявляет тесную взаимосвязь между зеленым покровом и окружающей средой (почва, влага, атмосфера, организм).
Развивая идеи Г. Ф. Морозова, Сукачев создал учение о жизни леса, о его типах.
Впрочем, простое перечисление имен, пожалуй, ничего не даст ни уму, ни сердцу читателя. Подробный же рассказ о достижениях советской ботаники, наверное, превзошел бы по объему капитальный труд «Флора СССР».
Растения, нажимайте кнопку сами!
В 1932 году по инициативе академика А. Ф. Иоффе, считавшего залогом прогресса в сельском хозяйстве широкое внедрение точных физико-химических приемов и самой совершенной экспериментальной аппаратуры, был организован Агрофизический институт. Он до сих пор остается единственным в мире научным учреждением такого профиля.
В одной из его лабораторий (электрофизиологической) советские ученые Б. С. Мошков и В. Г. Карманов провели серию интересных опытов. Они задались вопросом, какие световые и температурные режимы наиболее выгодны для развития зеленых организмов при искусственном солнце — под лучами электрических ламп.
Советские ученые создали специальную установку с мощными зеркальными лампами накаливания.
Избыток тепла в ней поглощается проточной водой, циркулирующей между прозрачными стенками особой ванны-перегородки. Задерживая инфракрасные лучи, этот фильтр оберегает растения от перегревания.
В то же время он пропускает радиацию, которая обеспечивает нужную интенсивность фотосинтеза — процесса, при котором под действием света в хлорофилле, зеленом пигменте растения, углекислый газ и вода превращаются в органические соединения.
Несложная вроде бы аппаратура, а продемонстрировала высокую эффективность. Урожаи томатов удается снимать до 6 раз в год. В рекордно короткие сроки вызревают также огурцы, многие другие овощи.
В наши дни электросветокультура стала обычным делом в парниково-тепличных хозяйствах Москвы, Ленинграда, Урала, Сибири; особенно важное значение имеет она для районов Крайнего Севера.
Наряду с лампами накаливания широкое применение в качестве искусственных солнц нашли также источники холодного света. Особенно крупный вклад в развитие люминесцентной техники внесен академиком С. И. Вавиловым и его школой. Сергей Иванович (брат академика Н. И. Вавилова) — физик, но его работы сыграли свою роль и в биологии. Академик А. Ф. Иоффе — тоже физик, профессор Б. С. Мошков — биофизик, тем не менее именно они были основоположниками электросветокультуры, преобразившей сельское хозяйство. Биология породнилась с физикой, и этот союз принес замечательные плоды.
Свет — один из важнейших факторов в жизни растений. Однако выяснилось и другое: ежесуточно погружаясь на несколько часов во мрак, царство флоры не просто уступает неумолимому закону природы, не равнодушно подчиняется ему, а испытывает в этом определенную потребность. Регулярные изменения в окружающей среде от сезона к сезону, от дня к ночи (и еще более частые) вызвали ритмичность физико-химических процессор в живых организмах.
Долгое время господствовал взгляд, будто листья прекращают усваивать углекислый газ из воздуха к ночи лишь потому, что они не в состоянии делать это в темноте. Если же освещать их и дальше, то вроде бы хлорофилл должен работать по-прежнему активно. Нет! Академик С. П. Костычев и его сотрудники нашли, что даже в Заполярье, где день длится месяцами, фотосинтез регулярно приостанавливается: он протекает волнообразно — синхронно с суточным вращением Земли. То же самое наблюдается и при непрерывном искусственном освещении. Такая очередность жизненных проявлений внутренне свойственна организму. Похоже, что в его клетках тикают некие биологические ходики, с которыми соразмеряется весь уклад его существования.
Профессор И. И. Тунар обнаружил, что поглощение химических веществ корнями у томатов, подсолнечника, фасоли, кукурузы, овса также подчинено строгому ежесуточному расписанию. Возбуждение и торможение охватывают все растение целиком. Но так как любая физиологическая функция зеленого организма теснейшим образом связана с фотосинтезом и фактически полностью зависит от него, то понятно, сколь важно для согласованной работы всего живого «часового механизма» правильное чередование светового воздействия, которое, как выяснили М. X. Чайлахян и Б. С. Мошков, воспринимается через листья.
Вскрыв закономерности фотопериодизма, ученые превратили световой луч в золотой ключик, с помощью которого можно регулировать ход биологического «хронометра».
Известно, что одни культуры (соя, просо, табак, хризантемы) быстрее зацветают при коротком дне и долгой ночи, другие (например, хлебные злаки), наоборот, — предпочитают поменьше спать, подольше бодрствовать. Иногда лишние 2–3 часа темноты заметно задерживают развитие растений. С другой стороны, чересчур долгое пребывание на свету тоже вредно. Как угодить прихотям самих растений?
Физико-химические процессы, протекающие в недрах листьев и корней, стеблей и побегов, поддаются строгому учету с помощью чувствительных приборов.
В соответствии с характером зарегистрированных сигналов специальный автомат может включать или выключать осветительную аппаратуру. Впервые такое устройство сконструировано лет десять назад в Агрофизическом институте В. Г. Кармановым. Сегодня ученые и инженеры создают более совершенные установки, где по директивам самого растения регулируются еще и температурный режим, влажность воздуха, содержание углекислоты и прочие технологические параметры. Придет пора, когда появятся полностью машинизированные полуфабрики-полуплантации, где умным электронным агрегатам будут переданы все полномочия агрономов.
Светоулавливающий аппарат листьев наделен изумительным совершенством. Но его эффективность, как мы убедились, зависит от многих факторов.
Подбирая наилучшее, наиболее благоприятное их сочетание, человек увеличит урожаи сельскохозяйственных культур в 10–20 раз по сравнению с нынешними (средними), считает профессор А. А. Ничипорович (Анатолий Александрович является представителем СССР в специальном комитете Международной биологической программы, занимающемся фотосинтезом и другими проблемами. Всего в Национальный комитет МБП вошли 32 наших ученых).
Механизм фотосинтеза интересен и с другой точки зрения. Это патент природы, еще не расшифрованный конструкторами высокоэкономических электронных преобразователей энергии. Фредерик Жолио-Кюри как-то сказал: «Хотя я верю в будущее атома, однако настоящий переворот в энергетике наступит лишь в тот день, когда мы сможем осуществлять массовый синтез молекул, подобных хлорофиллу, или даже лучше его».
Понятно, почему так важно проникнуть в тонкую механику фотосинтеза. И здесь опять-таки ученым помогают точные методы физики и химии, роль которых неоднократно подчеркивал К. А. Тимирязев, основоположник учения о фотосинтезе.
В свое время немецкий химик А. Байер полагал, что кислород, выделяющийся при фотосинтезе, образуется при разложении углекислого газа. Эта схема долго пользовалась широким признанием. Академик А. П. Виноградов, применяя радиоактивные изотопы, доказал, что кислород порождается не углекислотой, а водой.
Наряду с мечеными атомами эффективным инструментом исследования в руках физиологов стал электронный парамагнитный резонанс. Именно так сотрудникам институтов биофизики и биохимии удалось обнаружить радикальные формы хлорофилла и точно измерить их концентрацию.
Заметьте, какие здесь названы институты: агрофизики, биофизики, биохимии. Проблемой фотосинтеза занимаются также в Государственном оптическом институте, Институте радиационной и физико-химической биологии, Институте геохимии и аналитической химии, в Эстонском институте физики и астрономии, в Белорусском институте физики, в белорусской же Лаборатории биофизики и изотопов… Это говорит не только о том, сколь широк у нас фронт поисков в одной из самых интересных и важных областей физиологии растений, но также о том, что тимирязевская идея физико-химического подхода к биологическим явлениям нашла свое блистательное развитие. Вся мощь современного исследовательского арсенала физики брошена на изучение процессов, протекающих в недрах зеленого листа. Фотоны, электронные скачки, энергетические уровни — нынче эти физические понятия прочно вошли в обиход науки о живой клетке. Уже написаны книги о квантовой биологии.
Фитотрон. Этот термин образован от греческого слова «фитон» — «растение». Созвучный с названиями ламп и ускорителей («магнетрон», «циклотрон»), он обозначает уже знакомую нам технократическую «зеленую республику», где умные приборы управляют развитием и плодоношением растений. Не является ли этот союз флоры и техники символом всей современной биологии, квантовомеханизированной, опирающейся на химию, физику и математику?
Сады земные и неземные
…25 веков назад в знойной безлесной Вавилонии на том месте, где сейчас находится иракский городок Хилле, зазеленел сказочный оазис. Он представлял собой многоярусное сооружение. На просторных площадках, покрытых мощными пластами плодородной почвы, покачивали своими широколиственными кронами стройные пальмы, курчавились невиданные в здешних краях кустарники, вьющиеся растения низко свешивались через бортики балконов, яркие диковинные цветы пестрым ковром устилали землю между стволами. Кругом простирались голые, выжженные равнины, а тут царила прохлада, напоенная пряным ароматом трав, под сенью деревьев умиротворенно журчали ручьи…
Эти великолепные чертоги с солнечными белокаменными лестницами и тенистыми тропинками были воздвигнуты по повелению Навуходоносора: вавилонский владыка решил сделать подарок своей венценосной супруге Амитис. Царица была родом из Мидии, из страны, занимавшей северо-запад нынешнего Ирана и юг Азербайджана. Именно оттуда (из вавиловского центра происхождения культурных растений!) вывозились семена и рассада для пышного оазиса-дворца. Стоустая молва, разнесшая по городам и весям славу о замечательном архитектурно-ботаническом ансамбле, превратила его впоследствии в «висячие сады Семирамиды».
Проектирование комплекса и организация работ — все это требовало сложных инженерных расчетов, владения хотя бы элементарными основами геометрии, алгебры, механики, науки о сопротивлении материалов. Короче говоря, теми сваями, на которых поднялось к небу зеленое чудо Вавилона, оказались именно точные дисциплины, в том числе математика.
Прошли тысячелетия. От висячих садов остались жалкие руины. Далеко вперед шагнула наука и техника. А арабские крестьяне продолжали пользоваться теми же орудиями труда, что и при Навуходоносоре.
Остались в ходу шадуфы — водоподъемные приспособления, похожие на колодец с черпаками, — примерно такие же, как и те, с помощью которых рабы качали воду для орошения древних вавилонских садов.
Но вот в 1952 году в стране. пирамид, неподалеку от вавилонских развалин, произошла революция. Она разрушила то, что казалось нерушимым, — несправедливый порядок землепользования, когда у одних — дворцы и сады, у других — нищенские наделы. Вскоре в независимую страну прибыли десятки экскаваторов, землесосных снарядов, гидромониторов, бульдозеров, сотни автомашин, кранов, камнедробилок. Они поступили из Советского Союза. Началось сооружение Садд аль-Аали — Великой нильской плотины под Асуаном. Объем, ее — 17 хеопсовых пирамид!
За плотиной разольется одно из величайших искусственных морей на планете. Этот гигантский резервуар будет снабжать поля водой, которая раньше при разливах стекала в Средиземное море.
Электрический ток нальет силой мускулы машин.
Живительная влага и не менее живительная энергия способны сотворить чудо прекраснее садов Семирамиды.
Первый проект Асуанского гидроузла представила знаменитая английская фирма «А. Гибб и партнеры». Однако наилучшей международная комиссия признала другую работу — ту, что была выполнена в московском институте «Гидропроект» под руководством инженера Н. А. Малышева.
— Знаете, что в этой стройке самое главное? То, что от нее выигрывает весь народ, все 30 миллионов, — сказал Николай Александрович Малышев в беседе с писателем Георгием Кублицким. — Главное именно это, а не 17 пирамид Хеопса.
Пирамида Хеопса… Ее строили 20 лет. 100 тысяч полуголодных рабов, изнемогающих от зноя и жажды, подбадриваемых кнутами надсмотрщиков, вручную, разве что с помощью самых примитивных орудий, выламывали известняковые глыбы, перетаскивали их на себе, отесывали, поднимали и аккуратно ставили одну на другую. Тысячи людей гибли от непосильного труда, из-за частых аварий, тысячи несчастных были безжалостно истреблены по окончании строительства, чтобы никто не узнал, как расположены внутренние ходы, ведущие к саркофагу и окружавшим его сокровищам. Тысячи живых приносились в жертву ради одного мертвеца.
Едва ли отрадней выглядела картина работ при сооружении пресловутых висячих садов, которые также предназначались для ублаготворения одного избранника.
А сегодня между развалинами Вавилона и долиной пирамид стоит Садд аль-Аали. От Великой нильской плотины в выигрыше весь народ. И воздвигнуть новое «чудо света» помогли арабам именно русские — те, что за 35 лет до египтян совершили революцию. Социалистическую революцию, отнявшую у помещиков землю, открывшую перед сельским хозяйством путь к коллективизации, путь к машинизации, электрификации, химизации.
Все угодья, все сады и дворцы перешли в руки народа, переданы ему в вечное пользование. Парки, принадлежавшие некогда императорской фамилии и царским вельможам, стали общегосударственным достоянием; некоторые из них превращены в ботанические сады. На обновленной земле появились каналы и плотины, искусственные моря и полезащитные лесополосы. Освоена целина, в жаркую пустыню пришла вода; холодные северные края согреты теплом электростанций. Благодаря электросветокультуре возникают ангары-оазисы, где урожаи снимают круглый год. Исследуется возможность управлять погодой, вызывать или предотвращать осадки; исправно действует противоградовая служба.
Наступит день, когда человек заложит первый сад-дворец на Луне или иной планете.
Ждет ли там человека плодородная целина?
Скорее всего нет. Однако перед сельским хозяйством открыта реальная возможность земледелия без земли.
На первый взгляд перед нами явный парадокс.
Вспомнить хотя бы сугубо сельскохозяйственные термины «агрономия», «агротехника». В них неспроста фигурирует греческий корень «агро» — «поле», «земля». И все же…
Живая плоть зеленого организма в своей основной массе (95 процентов сухого веса) построена из соединений, рождающихся при фотосинтезе. Другими словами, львиную долю своего рациона растение извлекает из воздуха, не из земли. Мало того, почва — далеко не идеальная среда для ее зеленых обитателей.
На Нижегородской выставке 1896 года К. А. Тимирязев демонстрировал вегетационный домик, где растения развивались в своеобразных аквариумах — в искусственных жидких средах, без почвы. Этому методу, который получил название «гидропоника» («работа воды»), Климентий Аркадьевич прочил большое будущее. Тимирязевское предвидение оправдалось. Разумеется, практическому осуществлению идеи предшествовали многолетние поиски и других ученых, прежде всего классические работы академика Д. Н. Прянишникова и более поздние исследования Д. А. Сабинина (1940–1948) по физиологии корневой деятельности растений.
В наши дни гидропонические установки — не только опытные, но и производственные — имеются во многих странах. Например, на маленькой Кубе они занимают солидную площадь — 13 гектаров. Есть они и у нас — в Москве, Ленинграде, Киеве, Риге, в других городах. Наибольшее распространение получила, правда, не чисто водная культура, а гравийная и песчаная.
В зернистый грунт периодически нагнетается питательный раствор. Смочив корни, оставив на них водяную пленку, он стекает в особый резервуар, а в зазоры между камешками и песчинками снова засасывается свежий воздух. Такая полная смена жидкой среды на газовую и обратно, неосуществимая на полях, благотворно сказывается на растениях; нет нужды во вспашке, рыхлении, прополке, подкормке, а это нелегкие работы! Упрощается борьба с вредителями, уборка урожая. Технологический процесс поддается автоматизации.
Теоретически интересные и практически важные изыскания ведутся вот уже много лет подряд в Армении под руководством академика Гагика Степановича Давтяна, члена Международного общества почвоведов. В Араратской долине помидоры, морковь, огурцы, редис, фасоль, сахарная свекла в условиях гидропони. ческой культуры давали в несколько раз более высокие урожаи, чем. на полях, причем не один раз за сезон, а многократно. Овощи поспевали на полтора месяца раньше обычного срока. Тем же способом выращиваются пряности, цветы. В 1961 году в лаборатории агрохимии АН Армянской ССР разработана и построена автоматическая вегетационная камера для непрерывного производства зеленых кормов. Недавно создана новая установка — шестиэтажная. В ней с площади 86,4 квадратного метра убирается столько травы, сколько можно получить при сенокосе на 30–35 гектарах природных лугов.
«Фитотроны и вегетационные камеры искусственного климата, — говорит Г. С. Давтян, — стали не только техническим средством теоретических исследований, но и прообразом будущих высокопроизводительных фабрик растительной продукции, не зависящих от климата и почвы».
Трудно переоценить значение этих работ.
Плодородные почвы находятся в опасности — их развеивают ветры, смывают водные потоки. На Земле совершенно непригодными для сельского хозяйства стали свыше 50 миллионов гектаров — целая Франция!
Между тем население планеты растет. К 2100 году оно, вероятно, удесятерится.
Разрешить проблему продовольствия поможет гидропоника. Разумеется, она не противопоставляется интенсивному земледелию, а дополняет его. Она окажется незаменимой на высокогорных станциях, в пустынях; для нее найдут место в городах, на крышах домов, или, например, под землей, в отслуживших свой век шахтах, в плотинах электростанций, ею воспользуются экипажи морских судов и даже космических кораблей.
Кстати, в дальних межпланетных рейсах еще больше пригодится аэропоника. Она хороша тем, что обходится без гравия или песка, которые окажутся лишним балластом на борту космического корабля.
Растения здесь не погружены в грунт, а закреплены на решетке, их корни висят в воздухе и опрыскиваются питательной смесью из пульверизатора. Вот уж поистине висячие сады!
Индустриализация и электрификация сулят настоящий переворот в сельском хозяйстве. Но еще большие надежды возлагаются на успехи биологической науки.
Эстафета поколений
В Чехословакии, в городе Брно, есть монастырский садик, небольшой, неказистый. Он не поражает посетителей ни роскошью, ни разнообразием зеленого мира, ни пышностью или оригинальностью архитектурного обрамления. Тем не менее он снискал всемирную известность, способную затмить славу садов Семирамиды.
Сто с лишним лет назад здесь, на делянке размером 35 на 7 метров, над грядками с горохом колдовал скромный августинский монах Грегор Мендель
С 1856 года по 1863-й он провел серию опытов по скрещиванию гороха. Тщательно обработав экспериментальные результаты по всем правилам математической статистики, он вывел свой знаменитый закон, который лег в основу современной генетики.
Раньше считалось, что отличительные родительские признаки — скажем, окраска цветов или семян у гороха — смешиваются в потомках, как кофе и молоко. Даже в 1867 году, уже после того, как Мендель доложил о своем открытии Обществу естествоиспытателей в Брно, инженер Флемминг Дженкин, возражая Дарвину, говорил примерно так: пусть отцу или матери присуща какая-то характерная особенность. У детей останется лишь половина этого качества, у внуков — четверть, у правнуков — «осьмушка» и так далее. Стремительно убывающая геометрическая прогрессия рано или поздно сведет на нет первоначальное свойство.
Прибегнув к столь вескому контраргументу, Дженкин, как ему казалось, опроверг дарвиновскую теорию (она предполагает, что в процессе естественного отбора выживает и побеждает в конкуренции с себе подобными сильнейший — тот, кто лучше других приспособлен к суровым условиям окружающей среды. Родительские качества закрепляются в потомстве и передаются из поколения в поколение).
«Но Дженкин рассуждал, как чистый математик, — писал впоследствии К. А. Тимирязев. — А химик — тот знал бы, что, сливая синюю и желтую жидкость, не всегда получишь зеленую, а порою даже красный осадок. Во сколько же раз сложнее вопрос о слиянии двух организаций, так смело и победоносно разрешенный Дженкином! При одном шестипалом родителе не получаются дети с 51∕2 пальцами, а или с 5, или с 6 пальцами. Я указывал, наконец, как на самый наглядный пример (выводивший из себя моих противников) — на нос Бурбонов, сохранившийся у герцога Немурского, несмотря на то, что в его жилах течет 1∕128 крови Генриха IV. Мендель доказал, что при скрещивании, например, зеленого и желтого гороха получится не желто-зеленый (то есть не пятнистый и не средней окраски), а в первом поколении исключительно желтый. Но, что еще удивительнее, в следующем поколении вместо исключительно желтых получаются и те и другие, в отношении трех желтых к одному зеленому… Самым важным результатом является, конечно, тот факт, что признаки не сливаются, не складываются и не делятся, не стремятся стушеваться, а сохраняются неизменными, распределяясь между различными потомками. Кошмар Дженкина, испортивший столько крови Дарвину, рассеивается без следа».
Эпоха Менделя не была подготовлена к правильному истолкованию этих строго количественных соотношений, к объяснению их физико-химической подоплеки. Находка гениального чешского ученого так и осталась незамеченной. Только через 35 лет ее извлекли из-под спуда на свет божий — после того, как в 1900 году сразу три ботаника (голландец Г. де Фриз, австриец Э. Чермак и немец К. Корренс) пришли к одному и тому же открытию. Три к одному — к тому самому, которое уже сделал некогда Мендель, создавший своего рода гибрид биологии и математики.
Следует, однако, упомянуть, что еще в 1874 году менделевский труд был подробно, с глубоким пониманием его сущности и значения, изложен в диссертации «О растительных помесях» нашим соотечественником И. Ф. Шмальгаузеном, отцом выдающегося советского зоолога И. И. Шмальгаузена, дополнившего эволюционное учение открытием неизвестной Дарвину формы отбора.
Постепенно выкристаллизовалась гипотеза о генах — «атомах наследственности», благодаря которым отдельные признаки, передаваемые из поколения в поколение, сохраняются неизменными (например, желтая или зеленая окраска у гороха). После опытов американского ученого Томаса Гента Моргана (1909–1917 годы) стало ясно: гены не что иное, как звенья хромосом — длинных нитевидных телец, присутствующих в каждой клетке и хорошо различимых под микроскопом.
Аппарат наследственности обеспечивает изумительную стабильность признаков на протяжении многих, и многих поколений (вспомните хотя бы «нос Бурбонов»!). Человеческий организм состоит из миллиардов клеток, а развивается из одной-единственной: размножаясь делением, она стереотипно издает себя массовым тиражом. Но как это выглядит физически, на уровне доклеточных структур, долгое время оставалось неясным. В 1927 году профессор МГУ
Николай Константинович Кольцов выдвинул гипотезу: менделевские «наследственные задатки» суть многоатомные звенья гигантской молекулы, воспроизводящейся подобно тому, как в типографии с оригинального набора отливаются матрицы. Когда клетка делится, то каждая ее хромосома, удваиваясь, должна давать пару цепочек-близнецов, в точности повторяющих молекулярное и атомное строение исходного образца. Идея Кольцова, переросшая впоследствии в матричную теорию ауторепродукции (самовоспроизведения), нацелила биологов на изучение физико-химических основ генетики.
Самокопированием хромосом сопровождается и образование половой клетки, но в ней от полного комплекта хромосом обычной клетки остается лишь половина их, причем из каждой пары в половую клетку может попасть как отцовская, так и материнская хромосома. Мало того: в процессе такого деления парные хромосомы могут обмениваться генами. Возникают различные комбинации наследственных структур, а с ними и телесных признаков. Это приводит к тому, что дети, будучи похожи на своих родителей, в то же время отличаются от каждого из них, порой даже очень заметно, — ученые говорят о комбинативной изменчивости.
Тем не менее генетическая эстафета сохраняет постоянным весь комплекс главных свойств. У гороха всегда рождается горох, от ржи ожидают рожь, из зерен пшеницы не вырастает овес. Что посеешь, то и пожнешь. То же самое относится и к животным. От обезьяны — обезьяна, от человека — человек…
Как же тогда человек произошел от обезьяны?
Как появились на Земле и люди, и обезьяны, и рожь, и горох — словом, чем объяснить то необычайное разнообразие видов в царстве фауны и флоры? Ведь мир живого начинал свою родословную с примитивнейших организмов!
Дарвин полагал, что, несмотря на весь свой биологический консерватизм, организмы способны изменяться, а их виды — эволюционировать, развиваться по разным направлениям. Но лишь в XX веке был вскрыт внутренний механизм изменчивости.
В 1899 году, за год до воскрешения менделизма, русский ученый академик С. И. Коржинский обосновал идею мутаций — отклонений от наследственной программы, полученной от родителей. А в 1926 году в «Журнале экспериментальной биологии» появилась статья «Некоторые моменты эволюционного учения с точки зрения современной генетики», написанная профессором С. С. Четвериковым. В ней Сергей Сергеевич, развивая линию, намеченную еще Тимирязевым, впервые поставил дарвинизм на фундамент менделизма, синтезировал оба учения, нашел тот перекресток обоих направлений, откуда началась столбовая дорога современной биологии.
Выдающийся советский генетик сделал вывод: изменчивость организмов обусловлена точечными мутациями в хромосомах, случайными опечатками при стереотипном переиздании наследственной программы. Такая ошибка выражается едва заметным искажением какого-то одного, причем крохотного звена в длинной хромосомной цепочке. Отклонения в свойствах у животного или растения при этом могут быть и малозаметны и настолько значительны, что повлияют на всю судьбу существа и его рода. Если новый признак благоприятен для его носителя, он облегчит ему борьбу за «место под Солнцем», позволит ему выжить в процессе естественного отбора и передать новую черточку потомкам. Если нет — организм погибнет, его династия оборвется. Так когда-то внезапное изменение в генотипе некоторых обезьян направило развитие их потомков по боковому руслу, привело к появлению человека. А теперешние гориллы, орангутанги, шимпанзе и их сородичи — представители иной эволюционной ветви.
Без мутаций нет эволюции. Разумеется, и без них комбинативная изменчивость обеспечила бы довольно богатое разнообразие признаков. Но богатое лишь в пределах того генофонда, который отпущен природой виду. Раздвинуть же его рамки, пополнить его могут только мутации. Пополнить новыми факторами, определяющими строение, облик, поведение, а в конечном счете судьбу организма.
Именно мутации поставляют новый материал для естественного отбора. Они как бы выступают с новыми предложениями перед равнодушным и неумолимым судьей, обрубающим нежизнеспособные побеги на генеалогическом древе и пропускающим в будущее лишь те из них, что наилучшим образом гармонируют с суровыми условиями окружающей среды.
Тайнопись наследственности? Она уже у корректора
В 1920 году в Саратове собрались селекционеры всей России. Один из докладов приковал к себе всеобщее внимание теоретически интересным и практически важным выводом: у родственных растений схожи и мутации.
Вот, например, хлебные злаки. У пшеницы 8 видов: твердая, мягкая, карликовая и другие. В каждом из них при определенных условиях бывают формы озимые и яровые, красноколосные и белоколосные, остистые и безостые, краснозерные и белозерные. То же генетическое многообразие наблюдается у ржи, овса, ячменя. Эти семейства можно расположить параллельными колоннами так, чтобы в одной шеренге очутились разновидности с аналогичными признаками. Получится классификация, напоминающая периодическую систему элементов. В ней, как и в первом варианте менделеевской таблицы, некоторые клетки окажутся пустыми. Но почему бы не заполнить вакансии гипотетическими, пока не известными ботаникам организмами, опираясь на принцип подобия? Так в свое время поступил Менделеев, предсказавший существование еще не открытых тогда «простых химических тел» и точно описавший их ожидаемые свойства.
Профессор В. Р. Заленский, один из делегатов, сказал: «Съезд стал историческим. Биология будет приветствовать своего Менделеева».
Докладчиком был Николай Иванович Вавилов.
Сформулированный им закон гомологических (основанных на сходстве) рядов позволяет предвидеть, какие мутации могут возникать у того или иного растения, если они обнаружены у его родича или 258 предка. А в 1939 году ученый объяснил причину найденной им периодичности.
В том же году болгарский биолог академик Дончо Костов говорил: «Академик Вавилов — самый популярный ученый на свете; хотя он еще сравнительно молод, нет уголка на Земле, где не знают его имени». Действительно, Николай Иванович числился почетным членом лондонского Королевского общества, Шотландской, Индийской, Чехословацкой академий наук, дюжины научных обществ и университетов разных городов — от Софии до Мехико. На обложке международного журнала «Наследственность» приведен список величайших биологов мира.
Сразу после имен Дарвина, Менделя и нобелевского лауреата Моргана стоит Vavilov.
Проводя аналогию между вавиловским и менделеевским открытиями, профессор Заленский едва ли мог тогда предполагать, насколько она глубока.
В самом деле, природа периодичности в свойствах химических элементов была объяснена лишь после того, как физики разобрались в структуре атома.
Концепция «неделимого» потерпела крах. Та же судьба ожидала и генетику.
В 1928 году Н. П. Дубинин, работавший тогда под руководством профессора А. С. Серебровского, изучал изменения внешнего облика, искусственно вызванные рентгеновским излучением у дрозофилы (плодовой мухи). Он убедился, что теория Моргана, считавшая точечную мутацию преобразованием всего гена как элементарной, не дробимой далее единицы, не соответствует экспериментальным фактам.
Дубинин построил линейную модель гена, где былой «неделимый» предстал расчлененным на дольки — Николай Петрович назвал их «центрами».
Оказалось, что хромосомы могут обмениваться не только целыми генами, но и их фрагментами. Что отдельные элементы этой сложной структуры не индивидуалисты; они взаимодействуют друг с другом, и их влияние на организм зависит от положения среди соседей.
На новую концепцию с уничтожающей критикой обрушился маститый немецкий биолог Рихард Гольдшмидт. Но теория центров восторжествовала. За ее разработку Дубинин в 1933 году удостоился международной Рокфеллеровской премии.
Нападали не только теоретики, но и практики.
И не только зарубежные. «К чему делать из мухи слона? — язвили люди, далекие от подлинной науки. — Вместо того чтобы повышать продуктивность скота, вы возитесь с какой-то цокотухой. Муховоды!»
«Многие тогда не понимали, что голая эмпирика, господствовавшая в работе большинства селекционеров, хотя и дает некоторые результаты, однако никогда не сможет без осмысливания, без теории привести к серьезному успеху, — рассказывает академик Н. П. Дубинин. — Большое число (обычно десятки пар) хромосом у животных затрудняет изучение генетических явлений. То ли дело плодовая мушка!
У нее всего четыре пары хромосом. Можно работать с тысячами особей одновременно. Причем следующее поколение появляется всего через каких-нибудь 10 дней. А недавние эксперименты по изучению молекулярной структуры гена, открывшие новую страницу в науке, были поставлены с бактериофагами.
В пробирке каждые 20 минут удается получать новые поколения микробных вирусов, состоящие из миллиардов особей. Если бы подобные исследования пришлось проводить на домашних животных, потребовались бы целые стада и эпохи!» Конечно, арсенал исследовательского вооружения у нынешнего экспериментатора несравненно богаче, чем 30–40 лет назад. Тогда не было ни электронных микроскопов, ни меченых атомов, ни мощных ультрацентрифуг — всего того, что позволило использовать преимущества фагов перед дрозофилой. Тем не менее именно та методика, которая была разработана в опытах с никчемной дрозофилой, проложила дорогу к нынешнему триумфу в расшифровке тонкого строения гена.
— Если биологи научатся управлять мутациями, — говорит Дубинин, — то, пожалуй, удастся так видоизменять организмы, что их новый облик будет отличаться от старого не меньше, чем слон от мухи. — И добавляет: — Дрозофила заслуживает такого же монумента, какой воздвигнут в Колтушах по идее И. П. Павлова в честь подопытных собак.
Кстати, там же, в павловском городке под Ленинградом, был сооружен и памятник Менделю. Великий русский физиолог придавал огромное значение генетике вообще и в частности ее роли в изучении высшей нервной деятельности. Действительно, между павловскими и менделевскими идеями существует глубокая взаимосвязь.
В 1947 году увидела свет книга С. Н. Давиденкова «Эволюционно-генетические проблемы в невропатологии». Автор говорил о наследственных факторах, определяющих особенности высшей нервной деятельности, ее нормальные и аномальные проявления. Это событие академик Леон Абгарович Орбели, один из крупнейших наших физиологов, расценивал как настоящее торжество советской науки.
Да, не только цвет глаз, кожи, волос, не только рост и телосложение завещаются предками потомкам. Бывает врожденная глухонемота. Передаются из поколения в поколение также черточки характера, темперамента; наследуются маниакально-депрессивные психозы, шизофрения, некоторые иные душевные расстройства.
Понятно, сколь велико значение генетики в познании тайн души и тела. Нащупав молекулярные пружины удивительного копировального механизма, заключенного в живой клетке, ученые смогут активно влиять на его деятельность, преобразуя живую природу по своему усмотрению. Попытки редактировать наследственную программу организмов в практических целях уже предприняты.
В 1925 году в Ленинградском институте радия Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов сделали важное открытие: ионизирующее излучение способно вызывать мутации. Опыты проводились с дрожжевыми грибками. Два года спустя тот же эффект был обнаружен американцем Г. Меллером в экспериментах с дрозофилой. А в 1928–1930 годах наши ученые А. А. Сапегин и Л. Н. Делоне впервые применили рентгеновскую радиацию в селекционных целях. Им удавалось резко изменить генотипы пшениц. В 1934 году появилась основополагающая статья Андрея Афанасьевича Сапегина «Рентгеномутации как источник новых сортов сельхозрастений».
Нынче опробованы и используются самые разнообразные излучения как волновые, так и корпускулярные (гамма- и рентгеновы, нейтронные и протонные). Можно добиться, чтобы порожденные ими изменения в структуре хромосом наблюдалисы в тысячу раз чаще, чем если бы они возникали самопроизвольно в естественных условиях. Так, искусственно вызывая мутации, осуществляя искусственный отбор, человек тысячекратно ускоряет эволюцию.
В 1958 году в Институте биофизики АН СССР подверглись обстрелу гамма-квантами из кобальтовой «пушки» бобовые культуры. Потом провели искусственный отбор: ведь мутации, вызванные жесткой радиацией, в подавляющем большинстве своем вредоносны. Лишь в 1–2 случаях из 1000 они полезны для вида. Усилить эти преимущества можно последующим скрещиванием. Так были выведены новые сорта сои (один из них, «чудо Грузии», дает на 11–12 центнеров с гектара больше, чем стандарт) и фасоли («радиола-1175», «радиола-1177», урожайность которых столь же значительно — в полтора-два раза — выше общепринятой нормы).
В 1964 году на совещании, созванном Государственным комитетом по использованию атомной энергии, Академией наук и Министерством сельского хозяйства СССР, демонстрировались многочисленные мутантные формы пшениц, кукурузы, томатов, картофеля, моркови, хлопчатника и других культур — все они получены с помощью новых физических и химических средств, позволяющих вносить коррективы в наследственную программу организма.
Не только лучевое воздействие способно изменить наследственную конституцию организма.
Три четверти века назад профессор Московского университета И. И. Герасимов, изучая спирогиру, нашел, что на холоде и в присутствии наркотиков эта нитчатая зеленая водоросль ведет себя несколько необычно. В процессе деления та или иная ее клетка может образовать две неравноценные: в одной совсем нет ядра, и она вскоре погибает; зато в другой их целых два, причем оба затем сливаются, давая удвоенный комплект хромосом. Подобное явление (полиплоидия) не редкость.
Скажем, у дикой пшеницы в каждой клетке содержится 14 хромосом, у культурных же ее сородичей — по 28 (твердые сорта, именно они наиболее ценны с хозяйственной точки зрения) и даже по 42 (мягкие). В первом случае (7 хромосом от отца и столько же от матери) растение называется диплоидом; во втором (четырежды семь) — тетраплоидом; в третьем (шесть раз по семь) — гексаплоидом. Как видно, количество хромосом кратно их единичному (гаплоидному) набору, поступившему в оплодотворенную клетку из родительской гаметы. В двух последних примерах оно вдвое и втрое больше нормального — присущего диплоиду.
Такие аномалии, увеличивая резервы наследственной изменчивости, наделяют организм и его потомство большей генетической гибкостью, приспособляемостью, живучестью. Неспроста в самых неблагоприятных условиях заполярных тундр, бесплодных пустынь и высокогорных районов встречаются чаще всего именно полиплоиды.
Сказочно богато царство флоры, и половина его представителей — полиплоиды. Подчеркивая их роль, академик П. М. Жуковский напоминал, что человечество обязано преимущественно им своим хлебом насущным, уж во всяком случае, вегетарианской частью своего меню. Пшеница, овес, картофель, сахарный тростник, яблоки, груши, вишни, виноград, лимоны, ананасы, бананы…
Полиплоиды, как правило, крупнее, массивнее, урожайнее диплоидов. Есть у них и другие ценные качества.
К столь замечательным результатам природа пришла случайно. Человек не хочет уповать на волю случая, он не может ждать милостей от природы.
Только вот как увеличить набор наследственных внутриклеточных структур?
В 1927 году заведующий лабораторией генетики Всесоюзного института растениеводства в Ленинграде Г. Д. Карпеченко скрестил редьку с капустой. От каждого из родителей отпрыск получил по 9 хромосом. Однако они были настолько чужеродными, что гибрид оказался бесплодным. И все же его стерильность удалось преодолеть. Карпеченко проследил, как идет деление клеток — оно протекало неправильно, приводя иногда к образованию 18-хромосомных яйцеклеток и такой же пыльцы. При слиянии этих гамет возникал тетраплоид, особенность которого заключалась в том, что он совмещал в себе хромосомы (их было 36) двух разных видов, а не одного, как у обычных полиплоидов. Но главное в другом: теперь он мог давать потомство! Появился совершенно новый вид растения, одинаково далекий от редьки и капусты: он даже не скрещивался с ними.
Вскоре после замечательных работ советского генетика ученые многих стран вплотную занялись интереснейшим биологическим явлением, каким оказалась полиплоидия. В 1936 году американцы Блексли и Айвери натолкнулись на важную находку: колхицин, особый ядовитый препарат, поражал механизм клеточного деления, а это влекло за собой удвоение хромосомного комплекта. Не прошло и двух лет, как 41 вид растений подвергся такому превращению.
В 1941 году В. В. Сахаров, С. Л. Фролова и В. В. Мансурова (лаборатория генетики Института экспериментальной биологии) переделали гречиху сорта «большевик» в тетраплоид. Чуть позже того же результата добился А. Р. Жебрак (Институт земледелия АН Белорусской ССР). В белорусском колхозе «1 Мая» новая разновидность старой культуры давала значительно больший урожай (17–18 центнеров с гектара), чем ее обычные формы. В Ботаническом саду АН БССР снимали даже по 36 центнеров.
А в 1964 году Государственная комиссия по сортоиспытанию постановила внедрить в сельское хозяйство «кубанский полигибрид-9». Это триплоидная сахарная свекла, отличающаяся высокой урожайностью и сахаристостью. Вывели ее совместными усилиями сотрудники Института цитологии и генетики Сибирского отделения, Украинской академии наук и Первомайской опытной селекционной станции (А. Н. Лутков, В. А. Панин, В. П. Зосимович).
М. С. Навашиным создан полиплоидный кок-сагыз, в котором содержание каучука гораздо выше, чем в исходном «дикаре».
Искусственно вызвать полиплоидию у животных удалось лишь академику Б. Л. Астаурову. Его тетраплоидный тутовый шелкопряд дает на треть больше шелка, чем обычный.
В 1948 году на августовской сессии Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени В. И. Ленина А. Р. Жебрак отмечал, что советские работы по полиплоидии гречихи, проса, ржи, некоторых других культур являются наиболее оригинальными.
В них больше, чем в каких-либо других работах по генетике, сказывается правильность афоризма Маркса: философы до сих пор только объясняли мир, а задача заключается в том, чтобы его перестроить.
— Советский Союз может с полным правом гордиться тем, что, несмотря на многочисленные насущные материальные нужды, преодолеваемые им при построении великого нового общества, он сумел поднять ряд разделов теоретической науки, в том числе и генетику, до уровня, который всеми признается столь же или даже более высоким, чем уровень этих наук в других странах, — говорил лауреат Нобелевской премии Г. Меллер, посетивший СССР в 1936 году.
Новые гибриды, это не островки, а целый материк!
Световые, рентгеновы, гамма-лучи… Бета- и альфа-частицы, протонные и нейтронные пучки…
Кванты и корпускулы… В биологии, как и в физике, они стали тонким инструментом преобразования природы. А химические агенты?
В Институте химической физики АН СССР, в лаборатории, которой руководит профессор И. А. Рапопорт, обнаружены новые мощные средства активного воздействия на хромосомы и гены: этиленимин, нитрозоэтилмочевина, диалкилсульфаты и другие препараты. Используя ультрафиолетовые лучи и этиленимин, советские ученые С. И. Алиханян, Л. Н. Борисова, Ф. С. Клепикова и С. 3. Миндлин получили новую «породу» микроорганизмов, вырабатывающих пенициллин. Продуктивность ее вдвое выше, чем у зарубежного штамма, который считался наилучшим: он образует антибиотик в сотни раз быстрее, чем исходная природная плесень. Новые штаммы плесневого грибка, выведенные в СССР, производят пенициллин на заводах Чехословакии, Румынии, Болгарии, Венгрии.
Академик Семенов, директор Института химической физики, где решаются также и биологические проблемы, говорит: «Открытия, свидетелями которых мы являемся, знаменуют собой поистине фантастические перспективы. Вероятно, сначала мы научимся вызывать по желанию направленные мутации, меняя свойства существующих видов, а в будущем, может быть, биолог будет создавать новые виды, как физики, познав строение атомного ядра, создали новые химические элементы, продолжив таблицу Менделеева».
Опустившись на молекулярный уровень, наука о живой материи поднялась на новую ступень. И это относится не только к генетике.
В 1939 году начался важный этап в становлении молекулярной биологии — была расшифрована химическая природа мускульного сокращения.
Советские ученые В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова провели изящный эксперимент: выделяли из мышцы белковые волоконца, затем действовали на них кислотой. Миозиновые ниточки тотчас укорачивались, будто напрягались. И снова вытягивались, как бы расслаблялись, когда раствор становился более щелочным. Происходило прямое преобразование химической энергии в механическую. Позднее у нас и за рубежом были сконструированы небольшие моторчики — в них движителями служили синтетические полимеры, то удлинявшиеся, то вновь сжимавшиеся при изменении кислотности среды.
Классическая работа Энгельгардта и Любимовой заложила основы механохимии. Оказалось, что аналогичными процессами обусловлены движения самых различных, порой весьма несхожих организмов.
Например, мимозы, этой зеленой недотроги, складывающей свои листья и поникающей долу в ответ на прикосновение. Или клетки: когда она делится, ее вещества, в том числе ее хромосомы, перемещаются внутри оболочки. Даже вируса — ведь он действует на манер шприца: его белковая оболочка способна сокращаться, впрыскивая внутрь атакованной бактерии собственную нуклеиновую кислоту — генетическую матрицу, которая навязывает пораженной клетке иную программу белкового синтеза и приводит свою жертву к гибели.
Да, физиологические явления при всем их своеобразии вполне объяснимы без апелляции к пресловутой «вис виталис» («жизненной силе»); их суть сводится к физико-химическим, в частности, к механохимическим процессам.
«Жизнь есть сложный химический процесс», — говаривал лауреат Нобелевской премии И. П. Павлов.
Еще полвека назад, когда почти ничего не было известно о химических механизмах сложных явлений в нервных тканях, он пришел к убеждению, что тайну мыслей и чувств, материалистическую подоплеку психической деятельности раскроют именно химия и физика. Правда, сам Иван Петрович не культивировал химический подход к физиологическим проблемам. Пробел этот восполнили ученики Павлова — прежде всего П. К. Анохин, ныне академик, воспитавший собственную научную школу.
В лаборатории Анохина установлено, что отрицательные эмоции — скажем, тоска, страх, связаны с чрезмерно интенсивным поступлением в кровь особого гормона, выделяемого надпочечниками, — адреналина. Возникает угнетенное, подавленное состояние. Оно особенно устойчиво при некоторых психических расстройствах, а многие из них передаются от родителей к детям. Как вернуть человеку душевный покой, жизнерадостное мироощущение? Вернуть даже вопреки наследственной закваске? Оказывается, зловредное влияние избыточных количеств адреналина можно нейтрализовать введением аминазина — химический препарат способен противостоять недугу, запрограммированному в генетическом коде!
Не только физико-химические, но даже математические методы (вероятностно-статистический подход, теория информации, машинные вычисления) пришли в биологию. Не рождается ли на наших глазах новый научный «гибрид»?
Вот что писал несколько лет назад известный советский математик, член-корреспондент АН СССР Б. В. Гнеденко: «Я не считаю, что уже имеется необходимость создавать особую дисциплину „математическая биология“ наподобие математической физики.
Но для меня нет сомнений в том, что назрела пора, когда коллективы математиков и биологов должны начать совместную работу над разрешением коренных биологических проблем».
Такая работа уже началась, и партнеры, заключившие этот союз, извлекают из нее обоюдную пользу. Что ж, биологии есть чем поделиться и с кибернетиками, и с физиками, и с химиками.
Изучение фотосинтеза позволит создать новые катализаторы, столь же эффективные, как и ферменты; тогда химические реакции пойдут без помощи сильного сжатия и нагревания. Электронщики собираются позаимствовать у хлорофилла некоторые технологические секреты для дальнейшего развития физики полупроводников.
Инженеры моделируют мышцу искусственными полимерами, надеясь построить столь же экономный механохимический мотор.
Уже есть приборы, построенные по патентам природы, воплощенным в конструкциях органов живых существ, — их изучением занимается бионика.
Еще Сеченов считал мысль о машинности мозга настоящим кладом. В 1935 году советские ученые П. К. Анохин и Н. А. Бернштейн, исследуя поведение животных и человека, впервые, сформулировали принцип обратной связи. Лишь через 12 лет этот фундаментальный вывод сделал краеугольным камнем кибернетики ее творец Норберт Винер.
Биологию и впрямь можно сравнить с огромным садом, который разросся и расцвел после того, как под него подвели прочные сваи точных наук.