Краткая история биологии - Айзек Азимов

ЦИРКУЛЯЦИЯ КРОВИ

Скорее, чем тонкости вопроса внешнего вида и устройства частей тела, которые явля­ются предметом анатомии, предметом физио­логии стало нормальное функционирование этих частей. Греки достигли малого прогресса в физиологии, и большинство их заключений было неверно. В частности, они ошибались в отношении функционирования сердца. Серд­це, очевидно, насос: оно качает кровь. Но от­куда берется кровь и куда она уходит? Ранние греческие врачи ошибались, рассуждая, что вены — единственные кровеносные сосуды. В трупах артерии обычно пусты, и греки по­лагали, что артерии есть сосуды для передачи воздуха (слово «артерия» значит на греческом «воздуховод»). Герофил, однако, показал, что как артерии, так и вены проводят кровь. Обе сети кровеносных сосудов соединены сер­дцем, и естественно было предположить, что соответствующие вещества могут растворять­ся, если будут найдены какие-то связи между венами и артериями в окончаниях, уходящих от сердца. Но более тщательное исследование показало, что как вены, так и артерии развет­вляются на все более и более тонкие сосуды, которые, в конечном счете, станут такими, что теряются из виду. Между ними не было най­дено никакой связи. Гален предположил, что кровь движется от одной сети сосудов к дру­гой, проходя от правой стороны к левой. Для того чтобы допустить прохождение крови че­рез сердце, он предположил, что здесь долж­ны быть крохотные отверстия в толстой мяси­стой перегородке, которая разделяет сердце на правую и левую части. Этих отверстий никто никогда не наблюдал, но через семнадцать столетий после Галена врачи и анатомы пред­положили, что они существуют. Итальянские анатомы новой эры стали подозревать, что это, возможно, не так, не набравшись отваги выйти на открытое отрицание. Например, Джероламо Фабриций (1533—1619) открыл, что большие вены имеют клапаны. Он описал их и показал, как они работают. Они устрое­ны так, что кровь может течь через них по направлению к сердцу без проблем, но не спо­собна пройти назад от сердца без того, чтобы быть пойманной в ловушку клапаном. Таким образом, кровь может двигаться только в од­ном направлении — к сердцу. Это, однако, противоречило замечанию Галена о движении назад. Фабриций дерзнул пойти лишь на­столько далеко, чтобы допустить, что клапаны задерживают (скорее, чем останавливают) обратный ток крови. Но у Фабриция был сту­дент, англичанин по имени Уильям Гарвей, за­численный при строгом подборе кадров. Воз­вратившись в Англию, он изучил сердце и заметил, как заметили многие анатомы до него, что в нем есть клапаны одностороннего движения. Кровь может поступать в сердце из вен, но клапаны препятствуют ее обратному Движению. Кровь может покидать сердце че­рез артерии, но не может возвращаться из-за того, что имеется другая сеть клапанов одно­стороннего движения. Когда Гарвей перевязы­вал артерии, сторона, направленная к сердцу, выпячивалась от переполнения кровью. Когда же он перевязывал вену, выпячивалась сторо­на, направленная от сердца. Все сходилось на том, что кровоток не ослабевает и движется в одном направлении. Кровь попадает из вен в сердце, а из сердца — в артерии. Она никогда не возвращается. Гарвей рассчитал, что в течение трех часов сердце прогоняет через организм количество крови, равное троекрат­ной массе человеческого тела. Кажется немыс­лимым, что кровь может быть сформирована и вытолкнута назад в таком темпе, поэтому кровь из артерий должна быть возвращена в вены где-нибудь вне сердца, через соедини­тельные сосуды, слишком тонкие, чтобы их увидеть (такие невидимые сосуды были не больше, чем невидимые поры Галена в сердеч­ной мышце). Предположив существование та­ких сосудов, было легко увидеть, что сердце перекачивает одну и ту же кровь, но многу раз: вены — сердце — артерии — вены — серд­це — артерии... Следовательно, нет ничего неожиданного в том, что насос может в тече­ние часа три раза перекачать через себя массу тела человека. В 1628 г. Гарвей опубликовал это заключение и свидетельства, доказываю­щие его, в маленькой книге, всего из 72 стра­ниц. Она была напечатана в Голландии под названием «О движениях сердца и крови» и полна типографских ошибок. Несмотря на не­приглядный размер и невзрачный вид, эта книга была революционной; она полностью удовлетворяла требованиям времени. Это были годы, когда итальянский ученый Гали-лео Галилей (1564 — 1642) популяризировал экспериментальный метод в науке и, делая это, комплексно разбил Аристотелеву систему физики. Работа Гарвея представляла первое большое приложение новой экспериментальной системы к биологии. Его он разрушил Га­ленову систему физиологии и основал совре­менную физиологию (Гарвеево вычисление количества крови, перекачиваемой сердцем, представляет собой первое важное приложе­ние математики к биологии). Врачи старой школы всячески поносили Гарвея, но ничего не могли поделать против фактов. Со време­нем, когда Гарвей состарился, факт циркуля­ции крови был принят биологами Европы, хотя соединительные сосуды между артерия­ми и венами и остались неоткрытыми. Европа, таким образом, определенно и окончательно выступила за пределы греческой биологии. Новая теория Гарвея открыла сражение меж­ду двумя противоположными точками зрения, начала битву, которая заполнила историю со­временной биологии, и победа в ней полнос­тью не предрешена до сих пор. В соответствии с прежней точкой зрения на жизнь одушевлен­ные предметы рассматривались, по существу, отдельно от неодушевленных, так что человек не мог ожидать, что изучит природу неоду­шевленных объектов. Кратко можно сказать, что существует точка зрения, в соответствии с которой имеется две отдельные сети законов: одна — для одушевленных и одна — для не­одушевленных предметов. Это точка зрения виталистов. Но может существовать точка зрения, в соответствии с которой имеется высоко­специализированная, но не фундаментальная Разница между менее запутанной, более орга­низованной системой неодушевленной Вселенной. При достаточном времени и усилиях изу­чение неодушевленной Вселенной может обес­печить достаточно знаний, чтобы привести к пониманию живого организма, который сам невероятно сложная машина. Это точка зре­ния «механистов». Открытие Гарвея было, ра­зумеется, прорывом в пользу точки зрения ме­ханистов. Сердце могло рассматриваться как насос, а движение жидкости осуществлялось как движение неодушевленной жидкости. Если предположение верно, то где это движе­ние может остановиться? Не может ли остаток живого организма быть просто сетью сложных и переплетенных механических систем? Наи­более важный философ века француз Рене Декарт (1596—1650) был привлечен мнением о теле как о механическом устройстве. Каса­тельно человека, по крайней мере, такая точ­ка зрения была опасно направлена против принятых верований, и Декарт позаботился о том, чтобы уточнить: человек — машина не в отношении разума и души, но только в от­ношении физической структуры, подобной животной. В отношении разума и души он ос­тавался виталистом. Декарт сделал предполо­жение, что взаимодействие между телом и ра­зумом-душой осуществляется через маленький обрывок ткани, дополняющий мозг, — шиш­ковидную железу. Он был соблазнен верова­нием, будто чувствует только человек, облада­ющий шишковидной железой. Вскоре было доказано, что дело обстоит не так. Действительно, у некоторых примитивных рептилий шишковидная железа развита намного лучше, чем у человека. Теории Декарта, хотя, воз­можно, и неправильны в деталях, все же были очень влиятельны, и отсутствовали физиоло­ги, которые пытались разбить механистичес­кую точку зрения на маленькие разработан­ные детали. Поэтому итальянский физиолог Джованни Альфонсо Борелли (1608—1679) в книге, появившейся после его смерти, рас­сматривает мускульное действие из комбина­ции мускулов и костей как систему рычагов. Это доказало свою пользу, и закон рычага вы­полняется для рычагов, сделанных из кости и мускулов. Борелли старался применять по­добные механические принципы для других органов, таких, как легкие и желудок, но здесь успех ему изменил.

НАЧАЛО БИОХИМИИ

Естественно, человеческое тело можно рассматривать как машину, без необходимо­сти представлять ее себе как систему рыча­гов и приспособлений. Имеются методы ре­шения таких задач при чисто физическом ^единении компонентов. Например, хими­ческое взаимодействие. Дыра может быть пробита в куске металла при помощи молотка и гвоздя, но ее также можно проделать при помощи кислоты. Первые химические эксперименты на живых организмах провел фламандский алхимик Ян Батист ван Хельмонт (1577 — 1644). Ван Хельмонт выращи­вал деревья во взвешенном количестве по­чвы и показал, что на протяжении пяти лет, в течение которых он добавлял только воду, дерево приобрело 74 килограмма веса, в то время как почва потеряла только 60 грам­мов. Из этого он сделал вывод, что дерево не производит свою субстанцию из почвы (что правильно), а производит эту субстан­цию из воды (что неправильно, по крайней мере, отчасти). Ван Хельмонт не принял в расчет воздух и при этом, по иронии судьбы, был первым, кто начал изучать газооб­разные субстанции. Он изобрел слово «газ» j и открыл газ, который назвал «дух дерева» и который, как выяснилось позже, был ди­оксидом углерода. Именно этот газ, как те­перь известно, и есть главный источник суб­станции в растениях. Ван Хельмонт первым начал изучать химию живых организмов (биохимию, как мы сейчас ее называем). Первым энтузиастом был Франц де ла Бое (1614 — 1672), известный под латинизиро­ванным именем Францискус Сильвиус. Он выносил концепцию тела как химического устройства. Он чувствовал, что пищеваре­ние — химический процесс и подобно процес­сам ферментации. В этом, как выяснилось, он был прав. Ученый предположил, что здо­ровье тела, зависит от соответствующего ба­ланса между его химическими компонентами. В этом также были, элементы правды, хотя состояние знаний во времена Сильвиуса было слишком примитивным, чтобы позволить что-либо большее, чем начало прогресса в этом направлении. Сильвиус только и смог предположить, что болезнь отражает избы­ток или недостаток кислоты в организме.