Історія виникнення та розвитку ботаніки. Роль вітчизняних учених у розвитку ботанічної науки

Ботаніка – одна з найперших біологічних наук, яка своїми коренями сягає в глибоку давнину й виникнення якої було пов’язане з насущними практичними потребами людини (використання рослин у їжу, для виготовлення одягу, для лікування, розпізнавання корисних і отруйних рослин, вирощування окремих рослин у культурі). Весь подальший розвиток ботаніки відбувався передусім під впливом практичних запитів суспільства.

Практичні знання людей про оточуючі їх рослини відомі з незапам’ятних часів. Ще до виникнення ботаніки як науки люди вміли розрізняти рослини, розпізнавати їх корисні та шкідливі властивості, групувати рослини за певними ознаками. Багато різноманітних і корисних відомостей про рослини було нагромаджено первісними людьми, а потім у стародавніх державах Індії, Єгипту, Передньої Азії й Китаю, що володіли писемністю.

Виведені людиною культурні рослини відомі ще з часів кам’яного віку. Походження деяких із них є зовсім загадковим, оскільки близьких до них форм у природній флорі не існує.

Ботаніка як наука сформувалася приблизно 2300 років тому назад. Основоположниками ботаніки були стародавні мислителі – Арістотель і Теофраст (або Феофраст), які жили в IV столітті до нашої ери. Ботанічні праці Арістотеля не збереглися й тому батьком ботаніки вважають Теофраста. Він залишив декілька книг, які спеціально присвячені рослинам. Зокрема, в своїй 9-томній праці “Природна історія рослин” учений описав і систематизував біля 600 видів рослин.

Важливе значення для розвитку ботаніки й особливо такого її розділу, як анатомії рослин, мав винахід світлового мікроскопа (вперше найпростіший мікроскоп сконструювали голландські брати Янсени; потім його вдосконалив і використав у біологічних дослідженнях їх співвітчизник А. Левенгук). За допомогою мікроскопа в 1665 році англійський учений Р. Гук відкрив клітини, дещо пізніше італійський біолог М. Мальпігі та англійський біолог Н. Грю ввели поняття “тканини” та запропонували їх найпростіші класифікації. В 1781 році Ф. Фонтан уперше побачив ядро та замалював його, й лише в 1833 році Р. Броун встановив, що ядро є важливим і обов’язковим компонентом клітини. В 1839 році чеський учений Я. Пуркін’є відкрив цитоплазму, а Ф. Дюжарден узагальнив відомості про неї. Пізніше в клітині були відкриті крохмальні зерна, кристалічні включення, хлоропласти. В 1838-1839 роках німецькі вчені Т. Шванн і М. Шлейден сформулювали основні положення клітинної теорії.

У другій половині ХІХ століття російський учений І. Чистяков описав поділ ядра, а І. Герасімов дослідив фізіологічну роль ядра в клітині. Завдяки працям І. Чистякова, В. Флеммінга, Е. Страсбургера було відкрите явище поділу клітин, що дало можливість німецькому вченому Р. Вірхову доповнити клітинну теорію важливим положенням про те, що кожна нова клітина виникає з попередньої. В 1931 році завдяки відкриттю Є. Руска та М. Кнолля вперше було використано електронну мікроскопію для біологічних досліджень. Це сприяло розвиткові цитології та дало можливість вивчати тонку структуру клітини.

Щодо розвитку фізіології рослин, то ще в ХVII столітті англійський учений Геллс і голландський вчений Я.Б. Ван Гельмонт, досліджуючи мінеральне живлення рослин і переміщення речовин по їх стеблі, заклали основи експериментальної фізіології рослин. Вивченню процесів мінерального живлення рослин присвятили свої дослідження такі вчені, як Ж.Б. Буссенго, Ю. Лібіх, Ю. Сакс. Вивченням процесів фотосинтезу в рослинах займалися такі вчені, як І. Інгенгауз, Д. Прістлі, Ж. Сенеб’є, Н. Соссюр. Як наука, фізіологія рослин остаточно оформлюється лише на кінець ХVIIІ століття. На початку ХХ століття російський учений К. Тімірязєв багато зробив для вивчення процесів фотосинтезу.

Унаслідок відкриття європейцями в ХV-XVI століттях нових континентів у Європу із заморських країн почали привозити небачені раніше рослини й почали швидко нагромаджуватись відомості про нові види рослин, що вимагало їх наукової класифікації. В середині ХVI століття було винайдене засушування рослин і складання гербарію. Виникають і починають поширюватись ботанічні сади. Важлива роль щодо систематизації знань про видову різноманітність рослин належить шведському ботаніку К. Ліннею (він увів бінарну номенклатуру, розробив діагнози видів, описав і систематизував усі відомі йому види рослин, уточнив техніку морфологічного опису). Саме в працях К. Ліннея систематика й описова морфологія досягли найбільшого вираження.

У 1759 році К. Вольф описав виникнення органів на кінці пагона. Німецький учений, поет і художник Й. Гете вивчав метаморфози рослин, створив теорію походження квітки, заклавши цим самим основи теоретичної морфології рослин. Важливе значення для розвитку цього розділу ботаніки мали також дослідження О. Декандоля.

Колосальними успіхами ботаніки було позначене саме ХІХ століття. Оформились і виникли нові її розділи – фізіологія, біохімія та анатомія рослин, ембріологія, географія, екологія та геоботаніка, вчення про водорості, гриби та інші організми, палеоботаніка й т. д. По-суті, якраз у ХІХ столітті ботаніка набула сучасного вигляду. В усіх її розділах був нагромаджений величезний фактичний матеріал. Особливо важливе значення для подальшого розвитку ботаніки, як і всієї біології, мала створена англійським ученим Ч. Дарвіном еволюційна теорія.

У 1849-1851 роках В. Гофмейстер детально описав цикли розвитку спорових і насінних рослин та показав їх принципову схожість. Були досліджені процеси запліднення в рослин і утворення зародка. В кінці XIX століття С. Навашин відкрив подвійне запліднення в Покритонасінних.

Вивченням різних груп нижчих рослин і грибів займалися Л. Ценковський, М. Воронін, О. Баранецький, Л. Курсанов, К. Мейєр.

Значний внесок у розвиток географії рослин зробив німецький ботанік О. Гумбольдт. Великі заслуги у вивченні різноманітності рослинного світу мали дослідження російських учених – С. Крашеніннікова (вивчення природи Камчатки), І. Гмелінай П. Палласа (дослідження Сибіру та півдня Росії), В. Зуєва та І. Лєпьохіна (вивчення півночі та півдня Росії, Уралу та Сибіру), О. Бекетова (створив велику школу фітогеографів), М. Вавілова (пошук диких предків культурних рослин у різних регіонах світу), В. Комарова (один із керівників складання “Флоры СССР”). В. Докучаєв і його учні розробили вчення про природні зони.

Із українських учених, які сприяли розвиткові ботаніки, слід назвати такі прізвища, як Л. Делоне, Г. Левитський, В. Фаворський, М. Холодний, Я. Модилевський, О. Рогович, Й. Пачоський (один із засновників фітоценології), А. Андржейовський (уродженець Рівненської області), М. Максимович, В. Липський (займався вивченням флори різних регіонів тодішньої Росії; уродженець Рівненської області), Д. Зеров (флористичне дослідження різних регіонів України) й багато інших.

Серед сучасних українських ботаніків слід відмітити: К. Ситника (дослідження процесів життєдіяльності рослин, особливо фотосинтезу; колишній директор Інституту ботаніки ім. М. Холодного НАН України), Я. Дідуха (розвиток індикаційної геоботаніки; колишній директор Інституту ботаніки, уродженець Рівненщини), Ю. Шеляг-Сосонка (розвиток теоретичних основ охорони рослинного світу, дослідження флори водойм), Р. Бурду (вивчення процесів антропічної трансформації флори), В. Заверуху (вивчення флори Волино-Поділля; уродженець Рівненщини), В. Мельника (вивчення раритетних видів рослин лісу, їх штучне вирощування; завідувач відділом природної флори Національного ботанічного саду ім. М. Гришка НАН України, уродженець Рівненської області), Т. Андрієнко (вивчення раритетних видів рослин України та обґрунтування створення об’єктів природно-заповідного фонду), С. Волгіна (розвиток анатомії насінних рослин), С. Мосякіна (розвиток систематики рослин), В. Протопопову (вивчення синантропних видів рослин), В. Собка (вивчення видів родини Зозулинцеві та інших рідкісних видів), Д. Доброчаєву (розвиток систематики рослин), Є. Брадіс (вивчення флори боліт), Д. Дубину (вивчення флори вищих водних рослин), І. Григору (вивчення флори Полісся), І. Дудку (провідний міколог) та багатьох інших.

Методи вивчення рослинних організмів. Значення ботанічних знань для підготовки фахівців із агрохімії та ґрунтознавства

Оскільки ботаніка вивчає досить багато різних сторін організації та функціонування рослинних організмів, то в кожному конкретному випадку застосовується свій набір методів дослідження. В ботаніці використовуються як загальні методи (спостереження, порівняння, аналіз, експеримент, узагальнення), так і багато спеціальних методів (біохімічні та цитохімічні, методи світлової (звичайна, фазово-контрастна, інтерференційна, поляризаційна, флуоресцентна, ультрафіолетова) та електронної (трансмісійна, скануюча) мікроскопії, методи культури клітин, мікроскопічна хірургія, методи молекулярної біології, генетичні методи, електрофізіологічні методи, методи заморожування та сколювання, біохронологічні методи, біометричні методи, математичне моделювання, статистичні методи).

Спеціальні методи враховують особливості того або іншого рівня організації рослинного світу. Так, для вивчення нижчих рівнів організації використовують різні біохімічні методи, методи якісного та кількісного хімічних аналізів. Для вивчення клітин використовують різні цитологічні методи, особливо методи електронної мікроскопії. Для вивчення тканин і внутрішньої будови органів використовуються методи світлової мікроскопії, мікроскопічної хірургії, вибіркового фарбування. Для вивчення рослинного світу на популяційно-видовому та біоценотичному рівнях використовують різні генетичні, геоботанічні та екологічні методи досліджень. У систематиці рослин важливе місце займають такі методи, як порівняльно-морфологічний, палеонтологічний, історичний, цитогенетичний.

Засвоєння матеріалу з різних розділів ботаніки є теоретичною основою в підготовці майбутніх спеціалістів агрохіміків-ґрунтознавців. Завдяки нерозривному взаємозв’язку організму рослини та середовища її існування, морфологічні ознаки та внутрішня будова рослини значною мірою визначаються особливостями ґрунту. Одночасно напрямок та інтенсивність протікання фізіологічних і біохімічних процесів також залежать від хімічного складу ґрунту й інших його властивостей, що в кінцевому підсумку визначає приріст біомаси рослини та продуктивність рослинництва як галузі в цілому. Тому ботанічні знання дають можливість обґрунтовувати потребу та дози внесення в ґрунт різних речовин, впливати на урожайність культурних рослин. Фактично будь-який вплив на ґрунт із метою підвищення врожайності культурних і дикорослих рослин базується на даних, отриманих у різних розділах ботаніки. Методи біологічного контролю за ростом і розвитком рослин майже повністю базуються на ботанічній морфології та ембріології.

У свою чергу рослинний світ виступає досить важливим фактором ґрунтоутворення та зумовлює багато властивостей ґрунту. Кожному типу рослинності характерні певні види ґрунтів і ці закономірності успішно використовується для картування ґрунтів. Види рослин і їх окремі систематичні групи можуть виступати надійними фітоіндикаторами едафічних (ґрунтових) умов. Індикаційна геоботаніка дає ґрунтознавцям і агрохімікам один із важливих методів оцінки якості ґрунтів, їх фізико-хімічних і хімічних властивостей,

Ботаніка є теоретичною основою агрохімії, а також таких прикладних галузей, як рослинництво та лісівництво. Нині введено в культуру біля 2 тис. видів рослин, однак із них широко вирощується лише незначна частина. Багато дикорослих видів флори можуть у майбутньому стати досить перспективними культурами. Ботаніка обґрунтовує можливість і доцільність сільськогосподарського освоєння природних територій, проведення меліоративних заходів із метою підвищення продуктивності природних угруповань рослин, зокрема лук і лісів, сприяє освоєнню й раціональному використанню рослинних ресурсів суші, прісних водойм і Світового океану.

Для фахівців у галузі агрохімії та ґрунтознавства ботаніка виступає базовою основою, яка дозволяє більш глибоко усвідомити суть ґрунтоутворюючих процесів, побачити залежність тих або інших властивостей ґрунту від особливостей рослинного покриву, зрозуміти потреби культурних рослин у конкретних поживних елементах.

До теми 2: Рослинні організми в системі живого, їх значення в природі та житті людини

Глобальна та регіональна екологічна роль рослин на планеті

Рослини відіграють на нашій планеті виключно важливу екологічну роль, забезпечуючи тут відповідні умови й можливість існування інших груп організмів, зокрема й людини. За своїм значенням і масштабами екологічну роль рослин можна розділити на глобальну та регіональну.

Глобальна екологічна роль рослин виявляється майже виключно в масштабах усієї планети та має загальнопланетарне значення. Вона визначається наступним. Більшість рослин за способом живлення є автотрофами, тому вони завдяки процесу фотосинтезу здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних. При цьому відбувається трансформація електромагнітної енергії сонячного випромінювання в хімічну. Синтезована таким чином органічна речовина, що створюється рослинами, споживається іншими групами організмів (гетеротрофними), в тому числі й людиною, що забезпечує можливість їх існування. Тому в екосистемах рослини виступають головними продуцентами. Так, у процесі фотосинтезу, за підрахунками вчених, щорічно утворюється біля 4000 млрд. т органічної речовини. В живій речовині біосфери за масою значно переважають саме рослини.

Рослини є одними з головних регуляторів, які підтримують сталість газового складу атмосфери, насамперед, певний уміст О₂ і СО₂. Рослини приймають активну участь у міграції більшості хімічних елементів (насамперед, Н, О, С, N, Р, S і багатьох біометалів). Саме рослини започатковують ланцюги живлення, поглинаючи з ґрунтового субстрату мінеральні форми елементів, які в переважній більшості нездатні засвоювати інші групи організмів. Надзвичайно важлива роль рослин у процесах біологічного вивітрювання гірських порід. Тому вони є одним із визначальних ґрунтоутворюючих факторів і факторів підтримання родючості ґрунту. Лишайники та мікроскопічні водорості першими поселяються на позбавлених життя субстратах і започатковують процеси ґрунтоутворення.

Рослини впливають на радіаційний і водний баланси нашої планети та значною мірою формують її клімат.

Дуже часто окремі види рослин виступають як едифікатори в екосистемах, тобто вони відіграють ведучу, провідну роль у формуванні структури екосистеми та її функціонуванні й створюють умови для існування інших організмів (наприклад, сосна в сосновому лісі, сфагнові мохи на окремих видах боліт).

Регіональна екологічна роль рослин виявляється локально в межах більш або менш великих територій і має переважно місцеве значення. Вона визначається наступним. За участю рослин утворюються поклади корисних копалин (торф, вугілля, нафта, газ). Рослини очищують воду та повітря, впливають на особливості клімату місцевості й значною мірою формують її мікроклімат. Саме рослини визначають аспект (загальний вигляд) місцевості. Рослини закріплюють ґрунт і протидіють процесам його ерозії. Рослини є акумуляторами вологи та виконують водозахисну роль, нагромаджуючи або затримуючи воду з опадів. Непорушений рослинний покрив зменшує негативну дію таких стихійних явищ, як повені, вітрові та пилові бурі, снігопади, зсуви тощо.