Однако после возвращения из путешествия Дарвин был вынужден, из теоретических соображений, поставить под сомнение идею о самооплодотворении. В 1837 году он записал в своем дневнике: «Не подвергаются ли растения, пусть даже они имеют одновременно мужские и женские признаки, влиянию со стороны других растений?» Если они развиваются, рассуждал Дарвин, то перекрестное опыление для них жизненно необходимо. Действительно, никакие изменения не были бы в противном случае возможны, и в мире росло бы одно-единственное растение, а не поразительное их многообразие, какое мы и наблюдаем. В начале сороковых годов девятнадцатого века Дарвин начал экспериментально проверять свою теорию, исследуя множество цветов (среди них азалию и рододендрон) и доказав, что у многих из них есть структуры, препятствующие самоопылению или сводящие его к минимуму.
Но только после выхода в свет «Происхождения видов» в 1859 году Дарвин обратил пристальное внимание на растения. Если в его ранних работах преобладали наблюдения и коллекционирование, то теперь во главу угла был поставлен эксперимент как единственный способ получения новых знаний.
Как и другие, Дарвин наблюдал, что цветки примулы могут существовать в двух разных формах: в форме «булавки» с длинным стержнем и в форме «бахромы» с коротким стержнем. Этой разнице ботаники не придавали особого значения. Однако Дарвин, исследуя цветки примулы, которые собирали его дети, обнаружил, что число «булавок» соотносится с числом «бахромчатых» цветков как один к одному.
У него мгновенно разыгралось воображение: соотношение один к одному – это то, что можно ожидать от вида, в котором раздельно существуют мужские и женские организмы. Не может ли быть такого, что из гермафродитов – растений с длинными цветками – развиваются женские растения, а из бахромчатых, коротких цветков – мужские? Неужели это промежуточная форма, то есть эволюция в действии? Это была любопытная идея, но она не выдерживала критики, поскольку цветки с короткими стержнями, предполагаемые «самцы», производили столько же семян, как и цветки с длинными стержнями, то есть «самки». Здесь, как выразился друг Дарвина, Томас Гексли, мы видим «убиение красивой теории непривлекательным фактом».
Но в чем же тогда смысл разделения цветков на разные типы и равное соотношение их? Оставив в стороне теорию, Дарвин начал эксперименты, выступив в роли усердного опылителя. Лежа на лугу, он переносил пыльцу с цветка на цветок: с длинностержневых на длинностержневые, с короткостержневых на короткостержневые, с длинностержневых на короткостержневые, и наоборот. Когда созрели семена, собрал цветы, взвесил их и обнаружил, что самый богатый урожай семян уродился на цветках, подвергнутых перекрестному опылению. Отсюда Дарвин заключил, что разная длина стержней – специальный инструмент, возникший у этих растений для того, чтобы облегчить аутбридинг, который путем перекрестного опыления повышает количество и жизнестойкость семян. Он назвал это «гибридной энергией». Дарвин писал: «Вряд ли во всей моей научной жизни что-либо принесло мне большее удовлетворение, чем выяснение смысла строения этих растений».
Это представляло особый интерес для Дарвина (в 1877 году он опубликовал книгу «Разные формы цветков растения одного вида»), но главное, что его интересовало: каким образом цветковые растения приспособились к использованию насекомых в качестве инструмента собственного оплодотворения? Издавна было подмечено, что насекомых привлекают определенные цветы. Они садятся на них, а затем взлетают, покрытые пыльцой. Однако никто не предполагал, что это имеет какое-нибудь значение, поскольку ученые считали, что цветы размножаются исключительно самоопылением.
Дарвин заподозрил это в сороковые годы девятнадцатого века, а в пятидесятые поручил детям чертить на бумаге маршруты самцов пчел. Особенно его восхищали дикие орхидеи, произраставшие на лугах вокруг Дауна, и он начал с них. Позднее с помощью друзей и многочисленных корреспондентов, присылавших ему орхидеи, в частности Гукера, который к тому времени стал директором Кью-Гарденс, Дарвин обратил внимание и на тропические орхидеи всех видов.