Орхидеи оказались чрезвычайно удобным объектом для исследования внутреннего строения семяпочек. В то время как у других растений они крупные и непрозрачные, семяпочки орхидей маленькие, и содержимое их просвечивает при освещении снизу, через отверстие предметного столика микроскопа.
Перед восхищенным взором Амичи открылась картина строения семяпочек – той загадочной среды, где зарождались семена. Амичи увидел, что в каждой семяпочке помещается по одной очень большой клетке, занимающей почти все внутреннее пространство этого органа (эта большая клетка внутри семяпочки называется теперь зародышевым мешком). Клетка зародышевого мешка оказалась одетой снаружи двумя слоями мелких клеточек, но в одном месте эта двойная оболочка прерывалась и открывала свободный доступ к зародышевому мешку (семявход, или микропиле, семяпочки). Именно в этом месте Амичи увидел прильнувший к семяпочке конец пыльцевой трубочки.
Амичи забросил свои астрономические наблюдения ради увлекательных работ по ботанике – изменил небу ради земли и оставил звезды, чтобы наблюдать цветы... Но прошло около 24 лет, прежде чем он решился опубликовать свое открытие. Не будучи ботаником-специалистом, Амичи долго не решался на публичное выступление. Он тщательно проверил свои первые наблюдения, ознакомился со специальной научной литературой и сделал точные зарисовки всего, что ему удалось рассмотреть. И только после этого выступил с докладом на съезде итальянских естествоиспытателей в Генуе в 1847 г.
Несколько раньше опубликования работ Амичи, в 1839 г., немецкий ботаник Мейен, изучавший под микроскопом строение пыльцы лилейных, обнаружил, что в зрелых клетках пыльцы образуются как бы новые пыльцевые клетки. Мейена очень удивило, что одна из этих клеток имеет округлую, а другая – веретенообразную форму. Теперь мы знаем, что Мейену посчастливилось первому увидеть и открыть так называемые вегетативную и генеративную клетки пыльцы. Продуктом деления последней, как известно, являются мужские половые ядра, совершающие оплодотворение женской или, яйцевой, клетки, заключенной в семяпочке. Но Мейен, подобно большинству своих ученых современников, представлял себе оплодотворение в виде простого излияния на поверхность рыльца жидкого содержимого пыльцевых зерен; при этом активную роль в процессе оплодотворения он приписывал мелким и блестящим зернышкам цитоплазмы.
После опубликования работы Амичи явления, описанные Мейеном, обратили на себя внимание других ученых. Известный немецкий ботаник Э.Страсбургер (1844–1912), объединив данные Амичи и Мейена, пришел к ложному заключению, что при процессе оплодотворения высших растений обе замеченные Мейеном клетки растворяются и их ядерное вещество просачивается через клеточную оболочку пыльцевой трубки внутрь семяпочки. После этого просачивания ядерное вещество будто бы вновь уплотняется в мужское ядро, которое и можно иногда видеть внутри семяпочки.
Эту сложную и неправильную схему процесса оплодотворения опровергли работы русского ботаника, профессора Московского университета И.Н. Горожанкина, которому при изучении процесса оплодотворения у хвойных удалось в 1883 г. наблюдать мужское половое ядро в момент его проскальзывания из конца пыльцевой трубки в зародышевый мешок. Страсбургер тотчас же подтвердил наблюдения своего русского коллеги и объявил, что он наблюдал также и у многих покрытосеменных подобный описанному Горожанкиным процесс прямого проникновения мужского полового ядра внутрь семяпочки через разрушенный конец пыльцевой трубки. Последовавшие затем работы целого ряда ботаников выяснили в деталях строение и развитие отдельных клеток мужского и женского гаметофитов.
Новую страницу в историю изучения процесса оплодотворения у высших цветковых растений открыли классические исследования Сергея Гавриловича Навашина (1857–1930). В 1898 г. Навашин открыл, что в момент оплодотворения из пыльцевой трубочки, прильнувшей к семяпочке, выскальзывают не одно, а два мужских ядра, проникающих затем в семяпочку. Одно из этих ядер сливается, как уже ранее было известно, с яйцевой клеткой. Из продукта их слияния начинается развитие зародыша семени. Второе мужское ядро, как оказалось, сливается с вторичным ядром зародышевого мешка, продукт их слияния также развивается путем повторных делений, в результате чего вся свободная часть зародышевого мешка заполняется паренхиматической тканью (эндоспермом), служащей для отложения в молодых созревающих семенах запасных питательных веществ, которыми будет питаться зародыш при прорастании. Таким образом, С.Г. Навашини доказал, что эндосперм и самый зародыш возникают в результате особого акта оплодотворения, причем оба эти акта совершаются одновременно в одном и том же зародышевом мешке. Открытие профессора Навашина сделало понятным многие особенности в строении семян растений, до тех пор казавшиеся совершенно необъяснимыми.
Через полгода после Навашина и независимо от него явление двойного оплодотворения у высших цветковых растений открыл французский ботаник Л.Гиньяр.
Так был снят покров тайны с наиболее важного момента полового процесса у высших растений – процесса оплодотворения. После долгих тысячелетних научных исканий, достижений, побед и поражений вопрос о половом процессе, совершающемся в цветке, был, наконец, решен.