МЕДИЦИНСКАЯ БОТАНИКА - А.Г. Сербин - 2003

ВВЕДЕНИЕ

Вся жизнь на Земле прямо или косвенно зависит от процесса фотосинтеза — способности растений, содержащих хлорофилл, водорослей и некоторых бактерий поглощать энергию Солнца и запасать ее в органических молекулах. Нашей планете около 4,5 млрд. лет. Считается, что первоначально ее атмосфера состояла в основном из газообразного азота, довольно большого количества водяного пара и углекислоты. В грозовой первичной атмосфере Земли молекулы газов самопроизвольно соединялись в новые более крупные молекулы. Кислород, составляющий сейчас около 21 % земной атмосферы, практически отсутствовал, пока его в большом количестве не начали производить фотосинтезирующие организмы. В результате ультрафиолетовые лучи (от которых мы защищены сейчас слоем озона, одного из соединений кислорода) достигали поверхности Земли, содействуя синтезу новых молекул и веществ. На четыре элемента, образующие эти вещества — углерод, водород, азот и кислород, — приходится около 98 % массы всех живых организмов.

Сначала появились гетеротрофы — организмы, питающиеся органическими соединениями или другими организмами. Возраст самых древних известных ископаемых 3,5 млрд. лет. Автотрофные организмы, способные синтезировать питательные вещества в процессе фотосинтеза, возникли не позднее 3,4 млрд, лет назад. Примерно 1,5 млрд, лет назад появились эукариоты с более крупными и намного сложнее устроенными клетками по сравнению с существовавшими прокариотическими бактериями.

Эволюция многоклеточных эукариот началась не позднее 650 млн. лет назад, и около 450 млн. лет назад они начали осваивать сушу.

Растения представляют собой в основном наземную группу, одну из эволюционных линий, объединяющих главным образом многоклеточные организмы. Грибы — другая крупная группа организмов, впитывающих пищу всем телом. Растения, эволюционировавшие из зеленых водорослей, приобрели ряд специфических адаптаций к жизни на суше. Они развиты у представителей господствующей группы — сосудистых растений — и включают: воскоподобную кутикулу, пронизанную специальными отверстиями — устьицами, ксилему, перемещающую воду и растворы питательных веществ от корней по стеблям к листьям, и флоэму, разносящую продукты фотосинтеза ко всем частям растения. Увеличение в длину происходит за счет первичного, а в толщину — за счет вторичного роста; эти процессы связаны с зонами быстрого деления клеток —апексами.

Эволюция растений сопровождалась становлением биомов — крупных наземных сообществ, включающих и животных. Взаимодействующие системы, состоящие из биомов и окружающей их неживой среды, называются экосистемами. Человек, появившийся около 2 млн. лет назад, изобрел земледелие (по меньшей мере, 11 000 лет назад) и в результате стал господствующей экологической силой на Земле. Люди использовали знание растений в интересах собственного развития, и они будут делать это с еще большим размахом в будущем.

Живые организмы, связанные между собой и с окружающей средой процессом круговорота веществ и энергии, сосредоточены в поверхностных слоях Земли и в нижних слоях атмосферы. Они образуют почти непрерывную и неделимую «пленку жизни» — биосферу. Нарушение биосферы в любой ее точке отражается на общем состоянии всего живого. Биосфера способна к самовосстановлению, но эта способность нарушается в результате вредных воздействий — неразумного использования и потребления природы, бездумного удовлетворения за счет природы возрастающих потребностей человечества, влияния техники, вторжения в природу, ее искусственного преобразования и многого другого.

Зная ботанику, легче оценить важнейшие экологические проблемы современности и способствовать созданию более здорового мира.

Ботаника как современная наука

На пороге третьего тысячелетия ботаника остается необыкновенно притягательной областью знания, обещающей способствовать благосостоянию и здоровью человечества. Немногим более 100 лет назад ботаника относилась к медицине, и ею занимались главным образом врачи. Сейчас это важная научная дисциплина со многими разделами. Физиология изучает функции растений — то, как они поглощают, приобретают энергию, растут и развиваются. Морфология исследует форму растительных органов и тела. Анатомия выясняет внутреннее строение: цитология — на уровне растительной клетки, а гистология — на уровне тканей. Систематика, или таксономия, занимается названиями и классификацией растений, установлением их родственных связей. Экология растений изучает взаимоотношения растений и окружающей среды. Геоботаника исследует строение, состав, развитие и распространение растительных сообществ в зависимости от факторов среды. Ботаническая география выясняет закономерности распространения растений по земному шару. Палеоботаника исследует вымершие и окаменевшие растения по отпечаткам в осадочных породах. Альгология изучает водоросли, бриология — мхи и т. д.

Великим достижением XX века является возникновение и развитие идеи пяти структурных уровней организации живого: молекулярно-генетического, клеточного, организменного, популяционно-видового и биосферного. XXI век устремлен к изучению явлений природы на всех уровнях организации живого, в единстве всех звеньев круговорота жизни. Познание механизмов интеграции биосистем всех уровней ведет к созданию достоверной концепции жизни.

Развитие биологии в XX веке обусловило увеличение масштабов ее использования в сельском хозяйстве, медицине и в оптимизации окружающей среды. Родились биотехнология и генная инженерия, а также огромное множество новых ботанических наук и их направлений: клеточная биология, космическая ботаника, медицинская ботаника, фитогормонология, иммунология, биология развития, радиология, радиоэкология, теоретическая ботаника, ноосферология, биосферология и др.

Прогресс ботаники во второй половине XX столетия стал возможным благодаря разработке методов и способов, которые основываются на достижениях физики, химии, математики и техники. Широко используется электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ, метод меченых атомов, хроматография, масс-спектрография, спектрофотометрия, культура тканей и др.

По словам академика НАН Украины К.М. Сытника, перспективы ботаники в третьем тысячелетии таковы:

✵ в искусственных условиях будет возможен фотосинтез и получение на основе этого пищевых продуктов;

✵ будет установлена связь между макро- и микроэволюцией, между молекулярной и организменной биологией;

✵ войдет в употребление новый Кодекс номенклатуры живых организмов;

✵ успехи клеточной инженерии позволят создать суперурожайные и высоко биологически активные растения; свое внедрение получит способ сохранения видов растений как ценного биотехнологичного материала с помощью культур клеток;

✵ реальным станет развитие таких направлений микологии, как медицинская, таксономическая и биотехнологическая;

✵ общая теория биоразнообразия позволит выстроить надежную стратегию охраны природы, обобщит рациональные природосберегающие способы хозяйствования, использования природных ресурсов и оптимальные режимы охраны растительного покрова. Вместе с этим произойдет обеднение биологического разнообразия фитобионты, что повлечет за собой поиск путей ее сохранения, предотвращения угрозы планетарной катастрофы.