Азимов Айзек Краткая история биологии. От алхимии до генетики

МИКРОСКОП

Микроскоп позволил натуралистам описывать маленькие создания в деталях, недоступных без него, а анатомам — обнаружить структуры, которые невозможно увидеть другим способом. Датский натуралист Ян Сваммердам (1637 — 1680) провел много времени, наблюдая насекомых под микроскопом и делая прекрасные рисунки крохотных деталей их анатомии. Он также открыл, что кровь не представляет собой однородной красной жидкости, но содержит множество крохотных частиц, которые и придают ей ее цвет. (Мы теперь называем эти частицы красными кровяными тельцами.) Английский ботаник Неемия Грю (1641-1712) изучал под микроскопом растения и, в особенности, органы воспроизводства растений. Он описал индивидуальные крупинки пыльцы, которые эти растения производят. Датский анатом Ренье де Грааф (1641 — 1673) выполнил аналогичную работу, но предметом его исследований стали животные. Он изучил тонкую структуру семенников и яичников. Особое внимание он уделял определенным малым, но важным структурам, которые теперь называются фолликулами Граафа. Более интересным, чем любое из этих открытий, было открытие итальянского физиолога Марчелло Мальпиги (1628-1694). Он также изучал растения и насекомых, но среди ранних его работ было изучение легких лягушки. В них он обнаружил комплексную сеть кровеносных сосудов, слишком малых, чтобы быть видимыми невооруженным глазом, которые где-то соединялись. Когда он проследил эти маленькие сосуды до места их соединения в сосуды большие, оказалось, что в одном направлении они являются венами, а в другом — артериями. Артерии и вены, следовательно, действительно соединяются в сосуды, слишком малые для того, чтобы быть видимыми человеческим глазом, как предположил Гарвей. Эти микроскопические сосуды были названы «капиллярами» (от латинского «волосоподобный», хотя фактически они много тоньше волоса). Это открытие, впервые сделанное в 1660 г., три года спустя после смерти Гарвея, завершило теорию циркуляции крови.

Человеком, реально практиковавшим микроскопические исследования, был не Мальпиги, который ввел микроскоп в практику, а голландский торговец Антони ван Левенгук (1632 — 1723), для которого микроскопия была просто хобби, но хобби, поглощавшее все его время. Ранние микроскописты, включая Мальпиги, использовали системы линз, которые давали большее увеличение, чем одинарные линзы. Однако линзы, которые они использовали, были несовершенными, обладающими поверхностными дефектами и внутренними изъянами- При попытке добиться слишком большого Увеличения детали росли, делаясь нечеткими. Но ван Левенгук использовал одинарные линзы, построенные из маленьких кусочков стекла, не имеющего изъянов. Линзы в некоторых случаях были не больше булавочной головки, но они, верно, служили научным целям Левенгука. Он смотрел на все через свои линзы и был способен описать корпускулы и капилляры более детально, чем первоначальные исследователи. Ван Левенгук видел кровь, движущуюся через капилляры в теле головастика, что фактически подтверждает теорию Гарвея в действии. Один из его ассистентов впервые увидел сперматозоиды, крохотные головастикоподобные тельца, в мужском семени.

Самым пугающим из всех прочих было его открытие в застойной воде из канавы, на которую он глядел через свои линзы, крохотных созданий, невидимых невооруженным глазом, имеющих все атрибуты жизни. Эти существа подобны животным (теперь они известны как protozoa, или простейшие — от греческого слова, означающего «первые животные»). Таким образом, начинает казаться, что не только существуют объекты слишком малые, чтобы быть видимыми невооруженным глазом, но есть еще и живые объекты этого сорта. Широкая новая территория открылась для биологии в целом перед изумленным взглядом человека, и родилась микробиология — изучение организмов слишком малых, чтобы быть видимыми.

В 1763 г. ван Левенгук заметил беглые проблески творений еще меньших, чем простейшие. Его описания были неясны, но он был первым в истории, кто увидел объекты, которые позже стали называть бактериями.

Последним значимым открытием эры ван Левенгука стало обнаружение английским ученым Робертом Хуком (1635 — 1703) растительных клеток в пробковой ткани. Роберт Хук был заворожен работой с микроскопом и в 1665 г. опубликовал книгу «Микрография», в которой сделал замечательные рисунки по своим наблюдениям. Термин «клетка» был впервые введен именно им.

Микроскопия продолжала путь через XVIII в., но микроскоп достиг лимита своей эффективности. Лишь в 1773 г., спустя почти сотню лет после открытий ван Левенгука, датский микробиолог Отто Фридрих Мюллер (1730 — 1784) увидел и подробно описал различные по форме бактерии.

Одним из недостатков ранних микроскопов было расщепление в них белого света на разные составляющие. Малые объекты были окружены цветными кругами (явление хроматической аберрации), которые затрудняли рассмотрение деталей. Около 1820 г. были изобретены «ахроматические микроскопы», которые не давали цветных колец. На протяжении XIX в. микроскоп проложил дорогу новым и удивительным областям науки.

Открытия, сделанные благодаря микроскопу, высветили различия между живой и неживой материей. Вновь стали актуальными вопросы, которые казались закрытыми. Эти вопросы касались возникновения жизни или, по крайней мере, простых ее форм.

В то время как легко увидеть, что человеческие существа и большие животные возникли из материнских организмов либо из яиц, с малыми формами жизни все не так просто. До недавнего времени считалось, что такие существа, как черви и насекомые, вырастают из разлагающегося мяса и прочих «испорченных» субстанций.

Подобное возникновение жизни из неживого называлось спонтанным размножением. Классический пример очевидности существования спонтанных генераций — возникновение личинок из разлагающегося мяса.

Очевидно, что эти червеобразные организмы формируются из «ничего». Одно из исключений — наблюдения Харви, который утверждал в своей книге, что такие организмы возникают из яиц («семян»), которые слишком малы, чтобы их увидеть.

Итальянский врач Франсиско Реди (1626—1697) был впечатлен работами Харви и решил проверить эти предположения. В 1668 г. он приготовил восемь колб с различными видами мяса внутри. Четыре из них запечатал, а четыре оставил на воздухе. Мухи могли лететь только на открытые колбы. Мясо внутри закрытых колб разложилось, но личинки мух не развились. Реди повторил эксперимент, накрыв некоторые из колб газовой тканью. В таком случае в колбы был доступ воздуха. И вновь в этих колбах не развивались личинки.

Итак, личинки возникали не из мяса, а из яиц, отложенных мухами. Концепция спонтанного размножения была поколеблена. Однако наблюдения ван Левенгука над простейшими опять-таки отвергли эксперимент Реди. И мухи, и личинки были достаточно сложными организмами, хотя и более простыми, чем человек. Простейшие, решили современники, могли развиться спонтанно. В экспериментах из питательной среды, поставленной в отстой, вскоре в больших количествах возникали простейшие. Спонтанное размножение стало предметом дискуссии, которая достигла наибольшей остроты в XVIII и XIX вв. То была битва веков: виталисты — против механистов.

Философия витализма началась с немецкого врача Георга Эрнста Сталя (1660 — 1734). Он прославился своей теорией «флогистона», вещества, которое могло гореть, как дерево, и ржаветь, как железо. Сталь полагал, что при горении и ржавении флогистон высвобождается, улетая в атмосферу. Тот факт, что ржавчина прибавляла металлу вес, некоторые объясняли отрицательным весом флогистона. Когда он терялся, металл вырастал в весе. Теория казалась химикам весьма привлекательной и была принята большинством из них.

Однако в 1707 г. Сталь опубликовал книгу, посвященную медицине. Он утверждал, что живые организмы подчинены не физическим законам, а законам совсем иного толка. Оппонировал ему голландский врач Герман Буерхаав (1668 — 1738), наиболее известный в медицинских кругах человек своего времени. В своем анатомическом по теме труде он утверждает, что тело человека подчиняется законам физики и химии.

Для механистов, к которым он принадлежал, законы природы были одинаковы применительно как к живой, так и к неживой природе, служили мостиком между ними. Если бы удалось показать, что микроорганизмы возникают из неживой материи, то эта небольшая пропасть была бы преодолена и мост завершен в своем строительстве.

Виталистическая точка зрения утверждала, что, какими бы простыми ни были формы жизни, между ними и неживой природой — непреодолимая преграда. Спонтанные генерации невозможны.

В XVIII в. сыграли свою роль и религиозные взгляды. Библия описывала спонтанное происхождение видов в нескольких своих пассажах, поэтому многие виталисты (обычно консервативные в религии) сочли необходимым согласиться с возможностью спонтанного воспроизведения жизни.

В 1748 г. английский натуралист Джон Нидхэм (1713—1781), католический священник, опять-таки в опыте с прокипяченным мясом, сделал вывод, что личинки и микроорганизмы возникли из мертвой материи, раз мясо кипяченое (стерилизованное). Он решил, что факт спонтанных генераций доказан.

Скептический взгляд на этот вопрос исповедовал итальянский биолог Ладзаро Спалланцани (1729—1799). Он поместил стерилизованное мясо в колбу и запечатал ее. Микроорганизмы не появлялись. Вопрос казался исчерпанным, однако сторонники спонтанного размножения и здесь нашли лазейку. Они заявили, что в воздухе носится «жизненный принцип», который рождает жизнь в неживом. Он непостижим. Кипячение по Спалланцани убило этот жизненный принцип, заявили они.

Вплоть до окончания следующего века вопрос оставался открытым.