Десять самых красивых экспериментов в истории науки - Джордж Джонсон

Он умер в 1931 году, всего через несколько месяцев после того, как встретился с Эйнштейном, специальная теория относительности которого объясняла истинное величие прекрасного эксперимента, поставленного Майкельсоном и Морли; вопреки своим ожиданиям они доказали, что ни в пространстве, ни во времени нет никакой фиксированной реперной точки, по отношению к которой можно проводить измерение истинного движения. При движении во Вселенной наши мерные палочки будут то удлиняться, то укорачиваться, а наши часы будут то ускорять, то замедлять свой ход, чтобы существующий эталон оставался неизменным. И этот эталон — не эфир, а скорость света.

Глава 9

ИВАН ПАВЛОВ

Как измерить неизмеримое

Приходится с болью признать, что лучшее домашнее животное человека — собака — как раз благодаря своему высокому умственному развитию чаще всего становится жертвой физиологического эксперимента.

Если послушать Ивана Петровича Павлова, то может показаться, что все эти животные — добровольцы, принесшие себя в жертву науке, которая сделала Павлова знаменитым. Лада, Лушка, Жучка — вот обычные собачьи клички. Но у него были Пестрый, Ласка, Сокол, Цыган, Рыжая, Пудель и Ворон. Были еще Арлекин, Красавец, Леди, Пострел, Злодей, Байкал и Чингисхан. Была поначалу еще одна собака, которую Павлов любил больше всего, — помесь сеттера и колли, ее звали Дружок.

Жилось им лучше, чем животным, умиравшим под скальпелем любопытных исследователей в других лабораториях. Для Павлова методы его коллег были подобны удару кувалдой по часам для изучения их механизма. Великий русский физиолог начал с не проводившихся до него никогда и никем исследований пищеварительной системы млекопитающих, и эти исследования до сих составляют основу гастроэнтерологии. Павлов предпочитал «хронический» эксперимент: пока собака находилась под наркозом, ее желудок, пищевод или слюнные железы модифицировались (с помощью фистул) таким образом, чтобы все их секреции впоследствии можно было бы собирать и анализировать. Павлов был известен как один из лучших хирургов Европы, он проводил операции в антисептических условиях лучше, чем это делали во многих госпиталях. Только после того, как животное полностью выздоравливало, начинались наблюдения, которые могли продолжаться месяцы и даже годы.

В начале XX века, когда он заинтересовался работой центральной нервной системы, между ним и его собаками уже установились тесные отношения. Он предоставлял им кров и еду, а они за это становились подопытными животными, не переставая быть его талисманами. В свободное от экспериментов время собаки гуляли по территории института. Иногда, чтобы окончательно прояснить для себя некоторые вопросы физиологии, Павлов решался на эксперименты со смертельным для животного исходом, но потом всегда жалел об этом: «Когда я рассекаю и убиваю живое существо, что-то внутри меня непременно порицает за то, что моя грубая, неумелая рука уничтожает несравненный художественный механизм. Но я иду на это во имя истины и ради человечества». Павлов считал, что в мире, где на животных ведется охота ради развлечения, где их убивают, чтобы получить мясо и шкуру, гибель еще нескольких животных в научных экспериментах вполне можно оправдать стремлением человека к знанию.

Это часть обычного ответа защитникам животных, которых всегда было много в России и которых сегодня немало и в других странах. С их точки зрения, павловские эксперименты далеки от изящества. Даже владелец собаки, никак не возмущающийся наличием фуа-гра в ресторанном меню и не причитающий по поводу судьбы лабораторной мыши, способен вздрогнуть только от описания хирургических подробностей павловских экспериментов. Конечно, получаемые знания могут служить утешением. Безукоризненная логика и элегантность экспериментов, поставленных Павловым над его собаками, открыли дверь в мир, который всегда казался таким же далеким, как самая далекая из звезд, и этот мир — наш мозг.

Поначалу Павлов хотел стать священником, как его отец. Но в это же самое время он открыл для себя Дарвина. Завершались 60-е годы XIX века. Иван вместе с братом Дмитрием учились в семинарии, находившейся в Рязани, — там в то время жило семейство Павловых. Говорят, что по утрам Иван отправлялся в местную библиотеку почитать последний перевод книги Дарвина ‘‘Происхождение видов», а также книгу Джорджа Генри Льюиса «Физиология обыденной жизни» со схематическими рисунками внутренних органов или труд Ивана Сеченова «Рефлексы головного мозга», радикальное проявление материализма, доказывающее, что мозг — это просто исключительно сложная машина.

Сеченов предложил рассматривать любое проявление человеческого поведения от чихания до желания прочесть книгу как состоящее из рефлексов — мускульных движений, инициированных сигналами органов чувств. «Абсолютно все свойства внешних проявлений деятельности головного мозга, таких как возбуждение, страсть, насмешка, печаль, радость и т. п., — это результат большего или меньшего сокращения определенных групп мышц, — писал он, — что, как каждому известно, является чисто механическим действием». И даже когда в голове появляется случайная мысль, она является результатом действия определенного рефлекса или пробуждения памяти под воздействием внешнего сигнала. Сеченов мечтал о том, что наступит время, когда человек сможет анализировать внешние проявления работы головного мозга так же легко, как физик анализирует колебания музыкальной струны или свободное падение тел.

Эти идеи не могли не восхитить сына священника. В царствование Александра II в русскую глубинку стал проникать свет знаний. Книги и журналы, которые бы наверняка были запрещены при Николае I, теперь поступали в библиотеки, на пороге которых толпились люди, жаждавшие припасть к книжным сокровищам. Павлову иногда приходилось проникать в библиотеку через окно, предусмотрительно оставленное библиотекарем открытым.

Покоренный идеей о том, что живой организм подвластен научному познанию, он в 1870 году оставил семинарию и отправился учиться в Санкт-Петербург. К нему вскоре присоединился и брат Дмитрий. Они вместе изучали химию у Менделеева, создателя периодической таблицы элементов. Однако Иван больше увлекался физиологией и вскоре защитил докторскую диссертацию по медицине — темой диссертации стало регулирование кровяного давления и сердечной деятельности центральной нервной системой. В 1890 году он возглавил отдел физиологии Института экспериментальной медицины. Тут он, используя свои хирургические навыки, изучал «сложную химическую фабрику», в которой происходит переработка и усвоение пищи организмом.

Ученый заметил, что слюноотделение у собаки начинается до того, как кусочек еды окажется на ее языке: вода смешивается с муцином (гликопротеином, входящим в состав секретов всех слизистых желез), чтобы смазать пищу, поступающую в желудок, где уже приготовлена порция «аппетитного сока». Там, а затем в двенадцатиперстной кишке особые нервные рецепторы анализируют пищу, сигнализируя организму, какая смесь желудочного сока необходима для усвоения хлеба, молока, мяса и всего остального, что получила собака во время кормления.

Оказалось, что слюноотделение выполняет и другую функцию. Если собаке дать попробовать что-нибудь несъедобное — горчицу, слабую кислоту или соль, то слюна все равно будет выделяться, но на этот раз она будет состоять в основном из воды, чтобы защитить язык и смыть несъедобное вещество. В этом случае желудочные железы ничего не выделяют. Организм каким-то образом «узнает», что такие секреции не нужны.

Для измерения количества и состава слюны Павлов подвергал собак небольшой операции. Пока животное оставалось под наркозом, на его щеку или подбородок делался вывод (фистула), идущий от слюнных желез и фиксированный несколькими хирургическими стежками. После того как шов от хирургического вмешательства заживал, выделенная жидкость собиралась и анализировалась. Ученый обнаружил, что кусочки кварца практически не вызывали появления жидкости, тогда как при наличии песка выделялась вода, помогавшая собаке вымыть его из пасти. Следуя такой же физиологике, собака выделяла больше жидкости при наличии корочки хлеба, чем при появлении сочного куска мяса. Эволюция идеально настроила каждый рефлекс, приспосабливая животное к внешним воздействиям.

«Каждая материальная система может существовать как единое целое лишь до тех пор, пока его внутренние силы — влечение, когезия (сцепление) и т. п. — уравновешивают действующие на нее внешние силы, — писал он позднее. — Это в равной мере справедливо и по отношению к обычному камню, и по отношению к самым сложным химическим веществам, и эта истинность должна признаваться и в отношении живого организма… Рефлексы — это элементарные единицы в механизме постоянного уравновешивания».