Краткая история биологии - Азимов Айзек
Начала биохимии
Разумеется, тело можно считать механизмом, и не прибегая к аналогиям с рычагами и приводами, а происходящие в организме процессы можно объяснить не только физическим, но и химическим взаимодействием.
Первые химические эксперименты на живых организмах провел голландский естествоиспытатель Иоганн Баптист Ван-Гельмонт (1577–1644), современник Гарвея. Ван-Гельмонт выращивал иву в сосуде с определенным количеством почвы. Через пять лет, на протяжении которых он регулярно поливал иву только водой, вес дерева увеличился на 73 килограмма, а земля потеряла только 57 граммов. Исходя из этого, Ван-Гельмонт пришел к выводу, что дерево черпает нужные ему вещества не из почвы (совершенно верно), а из воды (неверно, по крайней мере частично). Его ошибка заключалась в том, что он не принял в расчет воздуха, — злая ирония судьбы, ибо именно Ван-Гельмонт первым стал изучать газообразные вещества. Это ему принадлежит слово «газ», он открыл так называемый «лесной дух», который впоследствии оказался не чем иным, как углекислым газом — основным источником жизни растений.
Работы Ван-Гельмонта в области химии живых организмов (или, как мы ее теперь называем, биохимии) получили дальнейшее развитие в трудах других исследователей. Одним из первых энтузиастов биохимии был Франциск де ла Боэ (1614–1672), известный под латинизированным именем Сильвия. Представление об организме как о химическом аппарате он довел до крайности; так, по его словам, пищеварение — чисто химический процесс, действие которого сходно с химическими изменениями, происходящими во время брожения (в этом он оказался прав). Далее он предположил, что правильное функционирование организма зависит от баланса химических компонентов тела; болезнь — это результат либо избыточного, либо недостаточного содержания в организме кислоты. Это утверждение Сильвия в какой-то мере справедливо. Однако наука в его время была еще на таком низком уровне, что дальше этих предположений он пойти не смог.
Появление микроскопа
Наиболее уязвимым местом в теории кровообращения Гарвея было то обстоятельство, что ему так и не удалось обнаружить связи между артериями и венами. Он лишь предположил, что подобное соединение существует, но вследствие малых размеров соединяющих сосудов не видно глазу. К концу жизни Гарвея вопрос все еще оставался нерешенным, и так могло бы продолжаться вечно, если бы человечество полагалось только на невооруженный глаз.
Еще в древности люди знали, что кривые зеркала и стеклянные шары, наполненные водой, обладают свойствами увеличивать предметы. В попытках добиться наибольшего увеличения исследователи уже в начале XVII в. обратились к линзам. Их вдохновляли удачные исследования, проводимые при помощи телескопа, оптического инструмента, впервые примененного Галилеем для астрономических наблюдений еще в 1609 г.
Постепенно увеличительные приборы, или микроскопы (в переводе с греческого «видеть малое»), вошли в употребление, и биология необычайно расширила область своих наблюдений. Микроскоп позволил натуралистам детально описывать мелкие живые существа, а анатомам — обнаруживать невидимые глазу структуры. Выдающимся анатомом-микроскопистом был голландский натуралист Ян Сваммердам (1637–1680). Особую известность получили его анатомические исследования насекомых, выполненные с превосходными детальными зарисовками. Сваммердаму принадлежит открытие взвешенных в крови мельчайших клеток, которые придают ей красный цвет. (Теперь они известны под названием эритроцитов, или красных кровяных телец.) Английский ботаник Неемия Грю (1641–1712) изучал под микроскопом строение растений; особенно его интересовали органы размножения. Ему удалось описать строение отдельных зерен пыльцы. Голландский анатом Ренье Грааф (1641–1673) проводил аналогичные исследования на животных. Он изучал тонкое строение семенников и яичников и, в частности, дал описание пузырьковидных образований в яичнике, которые до сих пор называются граафовыми пузырьками (фолликулами).
Но самым выдающимся было открытие итальянского физиолога Марчелло Мальпиги (1628–1694). Исследуя легкие лягушки, он обнаружил сложную сеть мельчайших кровеносных сосудов. Проследив слияние мелких сосудов в более крупные, Мальпиги установил, что последние оказывались в одном случае венами, а в другом — артериями.
Оправдалось предположение Гарвея: артерии и вены действительно соединены сетью сосудов, настолько мелких, что их невозможно увидеть невооруженным глазом. Эти микроскопические сосуды получили название капилляров (от латинского capillaris — волосной, хотя в действительности они гораздо тоньше волоса). Это открытие, окончательно утвердившее теорию кровообращения Гарвея, было сделано в 1661 г., через четыре года после смерти великого английского ученого.
Однако прославил микроскопию не Мальпиги, а голландский купец Антони Левенгук (1632–1723), для которого микроскоп был всего лишь любимым развлечением.
Ранние микроскописты, в том числе и Мальпиги, пользовались системой линз, которые, как они справедливо полагали, должны были давать большее увеличение, нежели одна линза. Однако их линзы были еще несовершенными, с неровными поверхностями и внутренними трещинами. При попытке получить большее увеличение детали становились расплывчатыми.
Левенгук пользовался простыми линзами очень малых размеров. Изготавливались они из безупречного стекла. Он скрупулезно шлифовал стекла, до тех пор пока не добился четкого увеличения до 200 раз. В некоторых случаях размер линз не превышал булавочной головки, тем не менее они великолепно служили целям любознательного голландца.
С помощью линз Левенгук наблюдал все, что попадало ему под руку. Он без труда следил за движением крови в капиллярах головастика и смог описать красные кровяные тельца и капилляры гораздо подробнее и точнее, чем их первооткрыватели Сваммердам и Мальпиги. Один из его помощников первым увидел сперматозоиды — маленькие, похожие на головастиков тельца в сперме.
Но самое удивительное открытие Левенгук сделал, рассматривая каплю воды из канавы. Он обнаружил в ней мельчайшие создания, обладавшие тем не менее всеми признаками жизни. Эти анималькули (так их назвал Левенгук) теперь известны как простейшие. Таким образом, усовершенствованный микроскоп позволил обнаружить в природе не только мельчайшие объекты, но и микроскопические живые существа. Взгляду пораженных исследователей открылся богатейший неведомый мир. Так было положено начало микробиологии (изучению живых организмов, невидимых невооруженным глазом).
В 1683 г. Левенгук обнаружил создания еще мельче простейших. Хотя его описание весьма расплывчато и поэтому не может служить доказательством, вполне вероятно, что Левенгук впервые в истории человечества увидел то, что позднее получило название бактерий.
Единственным открытием той эпохи, которое могло сравниться с исследованиями Левенгука, по крайней мере по его значимости для будущих исследований, было открытие английского ученого Роберта Гука (1635–1703). Усовершенствования, внесенные им в микроскоп, позволили выполнить ряд тонких научных экспериментов. В 1665 г. он опубликовал книгу «Микрография», в которой можно найти великолепные зарисовки микроскопических объектов. Наибольший интерес представляло изучение строения пробки, показавшее, что она состоит из массы маленьких прямоугольных камер, названных Гуком клетками. Это открытие имело важные последствия.
В течение XVIII в. микроскопия переживала период упадка: эффективность прибора достигла предела. Лишь в 1773 г., почти через 100 лет после первых наблюдений Левенгука, датскому зоологу Отто Фредерику Мюллеру (1730–1784) удалось настолько хорошо рассмотреть бактерии, что он смог описать очертания и формы нескольких из них.
Один из недостатков ранних микроскопов заключался в том, что в линзах происходило разложение белого света на составляющие цвета. Небольшие предметы были окружены цветными кольцами (так называемая хроматическая аберрация), и поэтому мелкие детали трудно было разобрать. Примерно в 1820 г. был изобретен ахроматический микроскоп, не дававший цветных колец. Этим объясняется тот факт, что именно в XIX столетии микроскоп помог проложить путь к новым удивительным достижениям в биологии.
