В 1863 г. он напечатал книгу «Приручённые животные и возделываемые растения» объёмом в тысячу с лишним страниц убористого текста.
Никто ещё за всю историю человечества с таким вниманием не изучил и так тщательно и подробно не описал многовековую практику сельского хозяйства. В книге приведены не только литературные данные, но и те сведения, которые сообщили автору практики сельского хозяйства: Дарвин высоко ценил опыт и наблюдения сельских хозяев.
«Искусственный отбор теперь вполне доказан, примемся ещё раз за утверждение естественного отбора» — думает Дарвин.
Некоторые противники естественного отбора говорили: — Мелкие особенности растений и животных нельзя объяснить действием естественного отбора. Есть такие, которые совершенно бесполезны.
— Нет, — отвечал Дарвин, — сейчас мы можем не понимать полезного значения того или другого признака, но наука откроет это со временем.
Ему хотелось показать на примерах пользу таких мелких приспособлений. И в 1862 году Дарвин опубликовал книгу об орхидеях.
Когда-то в лесах Бразилии Дарвин с восхищением и любопытством рассматривал орхидеи. Цветки у одних казались яркими бабочками, которые вот-вот вспорхнут и исчезнут среди зелени. У других цветки напоминали огромного паука; иных можно было принять за жуков. Одни цветки были очень тёмные с яркими полосками и пятнами, другие — светло-жёлтые или светло-розовые.
Каких только рисунков не увидел Дарвин на лепестках орхидей: яркие дорожки, ведущие в глубь венчика, полоски, чередовавшиеся с крапинками и точечками!
«Кто вывел эти прихотливые узоры на лепестках орхидей? В чём их значение?» — думал тогда молодой натуралист…
На орхидеях (ими заполнена теплица Дарвина) он решил теперь показать действие естественного отбора.
В цветке орхидей только одна тычинка. Пыльца представляет собой мельчайший зернистый порошок, большей частью слипающийся в комочки на тонких ножках — поллиниях.
Рыльце — одно. Под верхней, очень липкой частью его имеется ямка. Чашечка — из трёх ярко окрашенных чашелистиков. Венчик состоит из трёх лепестков, из которых один — губа — значительно больше других, выдаётся вперёд и всегда ярко окрашен.
— Да это же настоящая пристань для насекомых, — сказал Дарвин, заметив, как пчёлы садились на губу и потом поднимались с неё, вымазанные пыльцой. У некоторых орхидей прикосновение насекомого к цветку вызывало настоящий «обстрел» поллиниями.
— Вот что здесь происходит: поллинии вылетают из цветка, как стрелы, и обсыпают насекомое пыльцой. Резкие удары их тревожат насекомых, а может быть, они уже сыты, и потому улетают. Рано или поздно насекомые сядут на женский цветок и оставят на липком рыльце захваченную при «обстреле» пыльцу. Это ясно, — и Дарвин ставит перед собой новый вопрос.
У орхидей нет нектара в нектарниках, зачем же они растению? Он отрезал нектарники у шести цветков одной орхидеи. Только у трёх из них насекомые унесли поллинии. Зато они были почти полностью унесены у цветков с целыми нектарниками.
— Какую же пользу извлекают насекомые из нектарников, лишённых нектара?
Двадцать три дня Дарвин осматривает цветки в самое разное время: после солнечного зноя, после дождя, в полночь — нет нектара в нектарниках! Рано утром, когда весь Даун ещё спит, учёный опять ищет нектар в цветке орхидей — но нектара нет.
Даже под микроскопом не оказалось ни одной капли.
— Хороший старый господин, только вот что жаль: не может себе найти путного занятия. Посудите сами: по нескольку минут стоит, — говорил о нём старик садовник, — уставившись на какой-нибудь цветок. Ну, стал бы это делать человек, у которого есть какое-нибудь серьёзное занятие?
Но всё-таки Дарвин нашёл нектар… между двумя перепонками, из которых состоят стенки нектарника. Вот куда он был запрятан!
Все части цветка устроены так, чтобы привлечь насекомых и чтобы они могли унести пыльцу… В процессе естественного отбора выработались удивительно тонкие приспособления, обеспечивающие успешное перенесение пыльцы с цветка на цветок при помощи насекомых.
Тридцать семь лет Дарвин собирал различные сведения о приспособленности цветков к перекрёстному опылению при помощи ветра и насекомых.
— Но в чём же состоит действие перекрёстного опыления и самоопыления?
Он вырастил на двух грядках растения льнянки: на одной — из семян, полученных от искусственного самоопыления, на другой — из полученных путём перекрёстного опыления. Растения выросли более крупными на второй гряде.
На следующий год такая же картина повторилась с гвоздикой, потом с вьюнком.
Тогда Дарвин решает начать длинный ряд опытов и ведёт их в продолжение одиннадцати лет.
«Я принял все меры предосторожности: взял семена с одного и того же растения, — пишет Дарвин Аза-Грею, — дал им прорасти у себя на камине, посадил сеянцы в один цветочный горшок и при таком одинаковом способе проращивания увидел, что молодые сеянцы из семени перекрёстноопылённого цветка ровно вдвое крупнее, чем ростки из семени самоопылённого, причём оба семени проросли в один день».
Сначала Дарвин думал ограничить свои опыты жизнью одного поколения растений.
— Нет, надо посмотреть, что произойдёт, если продолжать самоопыление на протяжении ряда поколений.
Опыты показали, что потомство получалось всё более хилым. Резеда и калифорнийский мак при самоопылении были вовсе бесплодными, но как только цветки их опылялись пыльцой другой особи, они давали помногу семян.
Только в одном поколении подверглись самоопылению цветки иван-да-марьи, наперстянки и цикламена, обычно перекрёстноопыляемые, и потомство сильно пострадало.
Из года в год Дарвин систематически наблюдал за насекомыми-опылителями, следил за их полётом, посещениями цветка, измерял время и расстояние полётов.
— Шмели и медоносные пчёлы являются хорошими ботаниками, — говорит Дарвин.
Такое заключение он сделал, наблюдая, как пчёлы, шмели и мухи держатся цветков одного и того же вида.
— Как насекомые узнают цветки одного и того же вида?
В хороший день, когда пчёлы непрестанно садились на синие цветки лобелии, Дарвин срезал с некоторых из них все лепестки, а с других только нижние полосатые. И больше пчёлы не высасывали нектар из этих цветков. Тогда он срезал по два верхних маленьких лепестка — пчёлы садились на цветки лобелии и пили нектар.
Окраска венчика — распознавательный признак для пчёл; нектар, аромат — такие же знаки.
«Надо изучать биологию растений с мелкими цветками, которых не посещают дневные насекомые. Возможно, они опыляются ночными насекомыми? Надо изучить разнообразие пестиков и тычинок у некоторых видов. И особенно важно — продолжать изучение различий самоопыляющихся и перекрёстноопыляющихся растений», — так писал Дарвин незадолго до своей смерти.
