Идею наследования характеристик, приобретенных организмом в течение жизни, впервые предложил французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк. В 1865 году Грегор Мендель выдвинул идею фиксированного набора факторов, но его работа оставалась неизвестной, пока трое европейских ученых не подтвердили ее в 1900 году. Скрещивая горох, Мендель продемонстрировал, что контрастные признаки, такие как окраска цветков или форма семян, проявляются в последующих поколениях по определенной схеме. При скрещивании гороха с фиолетовыми и белыми цветками все потомство первого поколения оказалось с фиолетовыми цветками. Но когда растения с фиолетовыми цветками путем самоопыления произвели семена второго поколения, на три четверти семян с фиолетовыми цветками приходилась одна четверть белых. Мендель сделал вывод, что смешивания цветов не происходило и один цвет, фиолетовый, был «доминантным», а другой, белый, – «рецессивным». В последующих поколениях доминирующий фиолетовый цвет и рецессивный белый появлялись, не смешивая своих характеристик. Эти факторы, которые позже назовут генами, по-видимому, оставались неизменными. Идея неизменных генов означала, что растениеводы могут искать скрытые гены (например, гены устойчивости к заболеваниям) и «закладывать» их проявление в последующих поколениях.

Переоткрытие трудов Менделя вызвало революцию в биологии, в особенности среди селекционеров. Растениеводам требовалось знать, насколько они могут положиться на законы Менделя – являются ли они универсальными для всех растений? Есть ли этим законам практическое применение: можно ли увеличить урожайность и качество основных сельскохозяйственных культур – кукурузы, хлопка и табака, – обнаружив ген или гены, ответственные за требуемые черты, и привнеся их в растение? Какую роль играет окружающая среда и играет ли? Могут ли влиять на поведение генов такие физические факторы, как температура, влага и свет? Даже менделисты признавали, что индивидуальное развитие организма отчасти объясняется наследственностью, а отчасти – влиянием окружающей среды.

Когда в 1906 году Вавилов поступил в «Петровку», русские биологи, как и их коллеги в других промышленно развитых странах, разделились на два лагеря – последователей Ламарка и Менделя. Некоторые из профессоров «Петровки» старшего поколения презрительно отзывались о новых генетических теориях. Генетика как дисциплина в России не существовала; не было специализированных институтов генетики, не выходили периодические издания^[38]. Мэтры науки полагали растениеводство старинным искусством, прирожденным талантом, плодом наблюдения природы в ее первозданном виде, а не научной дисциплиной, основанной на сложной математической теории или на соотношении доминантных и рецессивных факторов. На их взгляд, земледельцы занимались отбором растений на протяжении тысячелетий и прекрасно справлялись со своей задачей. Отбор лучших растений всегда был уделом необразованных крестьян, а не именитых ученых, и некоторые из заслуженных профессоров считали, что так оно и должно быть и дальше^[39].

В России диспут между сторонниками идей Менделя и Ламарка породил языковые различия. В прошлом растениеводство традиционно называлось русским словом «сортоводство», буквально: выведение сортов. Теперь возник новый термин «селекция» (от латинского selectio, буквально «отбор»), который был взят на вооружение новым поколением растениеводов, получивших академическое образование. Николай Иванович определенно был селекционером. Про важную роль генетики в растениеводстве ему рассказал один из его прогрессивных наставников – Дионисий Леопольдович Рудзинский, основавший в 1903 году первую в России Харьковскую селекционную опытную станцию.

Между двумя группами растениеводов «Петровки» часто случались жаркие дебаты. Однажды зимой Николай Иванович ехал в составе группы студентов в отдельном железнодорожном вагоне из Москвы в Харьков на первый съезд по селекции и семеноводству – его полное название отражало то значение, которое ему придавали организаторы: «Первый Всероссийский съезд деятелей по селекции сельскохозяйственных растений, семеноводству и распространению семенного материала 10–15 января 1911 года в Харькове»^[40]. В вагоне завязался бурный спор о законах Менделя и их применении в растениеводстве, настолько горячий, что дело шло к драке. Николай Иванович вмешался, предложив продолжить дискуссию в форме суда над менделизмом. Он организовал инсценировку судебного слушания, взяв на себя роль защитника Менделя, и отстаивал постулат, что растениеводство суть «наука», а не «искусство». Были приглашены свидетели с обеих сторон. «Прокурор» открыл заседание, объявив, что сеятели веками отбирали лучшие растения для посева. Докажите, потребовал он, каким образом молодые агрономы начала ХХ века могут быть лучше подкованы в отборе, чем крестьянин с острым глазом, наметанным на определение хорошего, здорового растения или породистой отборной коровы?

Николай Иванович с большим азартом утверждал, что в 95 процентах случаев крестьянин не улучшал ни урожайность посевов, ни надои молока своей коровы, будучи не в курсе законов Менделя о наследовании характеристик, и понятия не имел, какие из отобранных черт будет воспроизводиться в последующих поколениях, а какие исчезнут. Применяя учение Менделя о доминантных и рецессивных генах, ботаник сможет прогнозировать, какие характеристики его растения сохранятся, а какие нет. «Присяжные» единогласно проголосовали за признание селекции растений наукой, предвещая многолетнюю успешную карьеру Николая Вавилова на ниве селекции.

Однако наедине с собой Николай испытывал приступы неуверенности. В дневнике он признается: «Показалось, что не хватит ни ума, ни способностей, чтобы во всем разобраться, все поглотить… Нужно усвоить языки, войти в громаду иностранной литературы, нужно знакомство с математикой, нужен хороший глаз… наконец, нужна выдержка, закаленность в работе. Да наконец, нужен юношеский порыв, призвание. И вот я сомневаюсь, есть ли во мне и сие»^[41]. Он опасался, что не обладает всеми необходимыми качествами.

Тем не менее Вавилов станет экспертом в наблюдениях за изменчивостью в растениях и за тем, какие вариации смогут оказаться полезными, – несмотря на травму глаза, полученную в результате неудачного домашнего химического опыта. Чем больше он собирал образцов, тем сильнее оказывался зачарован огромным масштабом и сложностью проблем. Например, большинство из нас смотрит на поле колосящейся пшеницы и видит только волны янтарного зерна. Но растениеводы с пытливым взором, такие как Николай Иванович, могут уловить много варьирующихся признаков, отличающих один колос пшеницы от другого и указывающих на его ценность. Стебель (соломина) пшеницы может быть высотой от 30 до 120 сантиметров, и это существенно при оценке устойчивости к полеганию: способен ли стебель удерживать колос, не полегая. На стебле может быть семь – девять удлиненных зеленых листов, которые могут быть расположены почти вертикально или почти горизонтально; а иногда лист и вовсе тянется вниз. Расположение листа важно, когда растениевод рассчитывает, сколько растений поместится на конкретном пространстве. Более пристальное изучение стебля пшеницы, например под лупой, может выявить еще больше различий. У некоторых растений может быть опушение (волоски) на стыке листа и стебля, а у других их нет. У большинства колосьев пшеницы имеются ости, похожие на жиденькую растрепанную бородку, растущую из соцветия. Существует немало разновидностей безостых пшениц, они «безбородые»; похоже, что в относительно теплом климате остистость колоса связана с урожайностью. Растениеводы всегда ищут у растений признаки болезни, будь то мелкая желтая сыпь мучнистой росы или ржаво-бурые пятна на листьях, известные как стеблевая ржавчина. Если растение созревает, не заболев мучнистой росой или стеблевой ржавчиной, это может быть признаком генетической устойчивости к этим заболеваниям.

На последнем курсе «Петровки» Николай Иванович проходил практику на Полтавской сельскохозяйственной опытной станции на Украине. Там он ставил опыты по устойчивости овса, пшеницы и ячменя к заболеваниям, а на опытном поле «Петровки» – по иммунитету растений. Он окончил МСХА^[42] весной 1911 года с дипломом ученого-агронома первого разряда, хотя его дипломная работа отражала детское пристрастие к зоологии: лягушкам и прочим скользким тварям в прудах на Средней Пресне. Его первая публикация, в основу которой легла дипломная работа, называлась «Голые слизни (улитки), повреждающие поля и огороды в Московской губернии». Он был расстроен из-за «неприятия экзамена по животноводству», но воодушевление при мыслях о будущем взяло верх: «Сейчас под влиянием минуты неприятности я настроен очень скверно. И посему лишь завтра, полагаю, все проглянет в розовом тоне», – пишет он в дневнике^[43].

По традиции российских вузов лучшие выпускники завершали образование стажировкой за рубежом. Вавилов продолжит учебу в Европе, в лабораториях Германии, Франции и Великобритании, и поедет туда не в одиночестве.

Слушательницы «Петровки» провожали взглядами красивого, статного, слегка застенчивого молодого человека в безупречном костюме, который торопился мимо них из аудитории в библиотеку, или на студенческие дебаты, или на дополнительные занятия по иностранным языкам.

Одна из вольнослушательниц обратила на себя его внимание. Звали ее Екатерина Николаевна Сахарова. Дочь управляющего предприятиями известного промышленника, Катя принадлежала к иному социальному кругу и была на год старше Николая. Она была не особенно привлекательной, зато чрезвычайно серьезной и даже суровой, и Николая заинтересовала не столько ее внешность, сколько эрудиция. Катя окончила Московскую женскую гимназию № 4 с «одобрительным аттестатом об успехах в науках и о поведении» и с «отличными и весьма хорошими» оценками по русскому языку и словесности, литературе, французскому, немецкому, педагогике, истории, географии, математике и естествоведению^[44].

Она хорошо знала и любила цитировать европейскую классическую литературу, побывала с родителями в Германии и в австрийском Тироле. Катя рано осиротела: в 1904 году умер ее отец, а спустя два года – мать. После Революции 1905 года она подпала под влияние сестры Веры, и за радикальные взгляды обе угодили в тюрьму. Арестовали Катю за содействие социал-демократам, то есть марксистам, которые позже разделятся на большевиков и меньшевиков. После пятимесячного заключения ее освободили на поруки и она смогла вернуться к учебе в «Петровке».

В отличие от Николая, которого в средней школе обучали азам коммерции, Катя к поступлению в «Петровку» обладала более широким кругозором. Она уже была твердо убеждена, что хочет посвятить жизнь сельскому хозяйству. Николай познакомился с ней в «Петровке», и его сразу привлек ее ум и твердость духа. А ей, в свою очередь, нравилось его внимание, она восхищалась его энергией и упорством в учебе, но отношения между ними не были романтическими. Он тянулся к ней, как дитя к родителям, за сочувствием, которого не получал ни от родного отца, ни от матери.

Катя знала Николая совсем не таким, каким он представал перед окружающими. В отличие от коллег у него не было «цели определенной, ясной, которая может быть у любого агронома», – делился он с ней. «Смутно в тумане горят огни (простите за несвойственную поэтичность), которые манят… Мало уверенности в себе, в силах. Подчас эти сомнения очень резки, сильнее, чем кажется со стороны»^[45]. Посторонние не замечали за ними взаимной симпатии и были немало удивлены, узнав об их помолвке в 1910 году, когда Катя окончила «Петровку».

Несмотря на отличную академическую успеваемость, Катю не пригласили остаться на кафедре. Министерское начальство резко не одобряло ее радикальных взглядов, а арест и вовсе не способствовал карьере. Вместо этого она работала домашней учительницей.

Николай закончил учебу годом позже, в 1911 году, и Д. Н. Прянишников порекомендовал зачислить его в штат «Петровки» на кафедру частного земледелия для подготовки к получению профессорского звания. Николай говорил Кате, что, по его мнению, Дмитрий Николаевич переоценивает его таланты, особенно предложив ему выступить с речью на церемонии вручения аттестатов на Голицынских высших женских сельскохозяйственных курсах. Вавилов читал здесь лекции и провел несколько занятий. «Я, по правде сказать, оторопел, – писал Вавилов. – Суть в том, что неудачи с педагогикой настраивают очень скверно и обескураживают самого себя»^[46].