Краткая история биологии - Айзек Азимов

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.

МИКРОСКОП

Слабость теории Гарвея о циркуляции заключалась в том, что он не был уверен, встречаются ли артерии и вены, а сумел только предположить, что соединения суще­ствуют, но слишком малы, чтобы быть ви­димыми. Ко времени его смерти вопрос был по-прежнему не решен и мог остаться тако­вым навсегда, если бы человечество не пре­кратило пользоваться невооруженным гла­зом. К счастью, этого не произошло. Уже древние знали, что искривленные зеркала и пустотелые стеклянные сферы, заполненные водой, обладают усиливающим эффектом. В начале XVII в. люди начали эксперимен­тировать с линзами, чтобы усилить увели­чение насколько возможно. В этом они вдохновлялись большими успехами других линзовых инструментов, в частности теле­скопа, который использовал в астрономи­ческих целях Галилео в 1609 г. Постепенно Увеличивающие инструменты — микроско­пы (от греческих слов «видеть малое») получили широкое применение. В первый раз наука биология была расширена при помощи прибора, дающего человеческому разуму возможность постигать явления, лежащие за пределами человеческого зрения.

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.

Глава 4

КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИЗНИ

СПОНТАННОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

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.