Айзек Азимов - Краткая история биологии
Для материалистов, считавших, что живой и неживой природой управляют одни и те же законы, микроорганизмы представляли особый интерес, являясь как бы своеобразным мостом между живым и неживым. Если бы удалось доказать, что микроорганизмы образуются из неживой материи, мост был бы достроен. Следует заметить, что последовательные виталисты начисто отрицали возможность самопроизвольного зарождения. По их мнению, даже между самыми простыми формами жизни и неодушевленной природой существует непреодолимый разрыв. Однако на протяжении всего XVIII столетия позиции виталистов и материалистов в отношении самопроизвольного зарождения еще не были четко разделены, так как определенную роль играли здесь и религиозные соображения. Порою виталистам, обычно более консервативным в вопросах религии, приходилось поддерживать идею о развитии живого из неживого, поскольку о самопроизвольном зарождении упоминала Библия. К такому заключению пришел в 1748 г. английский натуралист и к тому же католический священник Джон Тербервил Нидхем (1713–1781). Проделанный им эксперимент был очень прост: Нидхем вскипятил бараний бульон, налил его в пробирку и закрыл пробкой, а через несколько дней обнаружил, что бульон кишит микробами. Так как, по мнению Нидхема, предварительное нагревание стерилизовало жидкость, то микробы образовывались из неживой материи, и самопроизвольное зарождение, по крайней мере для микробов, можно было считать доказанным.
Скептически отнесся к этому эксперименту итальянский биолог Ладзаро Спалланцани (1729–1799), который предположил, что в опыте Нидхема продолжительность нагревания была недостаточной для стерилизации. Спалланцани закупорил колбу с питательным бульоном, кипевшим в течение 30–45 минут, — микроорганизмы не появились.
Казалось бы, это решало спор, но приверженцы самопроизвольного зарождения все же нашли лазейку. Они объявили, что источник жизни, нечто неведомое и невоспринимаемое, содержится в воздухе и передает жизнеспособность неодушевленным телам. Кипячение, проведенное Спалланцани, говорили они, разрушило этот жизненный источник. И в течение почти всего следующего столетия этот вопрос вызывал сомнения и споры.
Расположение видов в системе
Спор по поводу самопроизвольного зарождения был в известном смысле спором о классификации явлений: навеки отделить живое от неживого или допустить ряд переходов. В XVII и XVIII веках предпринимались попытки классифицировать различные формы жизни, однако это привело к еще более серьезным противоречиям, достигшим кульминационной точки в XIX столетии.
Прежде всего единицей классификации как для растений, так и для животных является вид. Этот термин очень трудно точно определить. Грубо говоря, вид — это любая группа живых организмов, которые, свободно скрещиваясь друг с другом в природе, приносят подобное себе потомство, а оно в свою очередь производит последующее поколение и так далее. К примеру, люди при всех своих внешних различиях считаются представителями одного вида. В то же время индийский и африканский слоны при большом внешнем сходстве принадлежат к различным видам, так как при скрещивании не дают потомства.
В списке Аристотеля насчитывалось около пятисот видов животных, а Теофраст описал столько же видов растений. Однако за прошедшие с тех пор два тысячелетия количество известных видов животных и растений весьма возросло, особенно после открытия новых континентов, когда на исследователей обрушился целый поток сообщений о растениях и животных, неизвестных натуралистам классической древности. К 1700 г. были описаны десятки тысяч видов растений и животных.
В любом, даже ограниченном перечне очень заманчиво сгруппировать сходные виды. Так, например, вполне естественно поставить рядом два вида слонов. Но разработать единую систему для десятков тысяч видов оказалось нелегко. Первая попытка в этом направлении принадлежит английскому натуралисту Джону Рею (1628–1705).
В трехтомном труде «История растений» (1686–1704) Рей дал описание всех известных в то время видов растений (18 600). В другой книге, «Систематический обзор животных…» (1693), Рей предложил свою классификацию животных, применив принцип объединения видов по совокупности внешних признаков, главным образом по наличию когтей и зубов. Так, он разделил млекопитающих на две большие группы: животных с пальцами и животных с копытами. Копытные в свою очередь были разделены на однокопытных (лошадь), двукопытных (крупный рогатый скот) и трехкопытных (носорог). Двукопытных он вновь разделил на три группы: к первой относились жвачные животные с несбрасываемыми рогами (например, козы), ко второй — жвачные с ежегодно сбрасываемыми рогами (олени) и к третьей — нежвачные животные.
Классификация Рея была еще очень несовершенна, но принцип, положенный в ее основу, получил дальнейшее развитие в трудах шведского натуралиста Карла Линнея (1707–1778). К тому времени число известных видов составляло минимум 70 000. Проехав в 1732 г. по северной части Скандинавского полуострова, не отличающейся особенно благоприятными условиями для процветания флоры и фауны, Линней за короткое время обнаружил около ста новых видов растений.
Еще в студенческие годы Линней изучал органы размножения растений, отмечая их видовые различия. Позднее на этой основе он построил свою систему классификации. В 1735 г. Линней опубликовал книгу «Система природы», в которой изложил созданную им систему классификации растительного и животного мира, явившуюся предшественницей современной. Именно Линней считается основателем таксономии (или систематики), изучающей классификацию видов живых форм.
Рис. 1. Диаграмма, показывающая в нисходящем порядке основные группировки живых форм (от царства до вида).
Близкие виды Линней группировал в роды, близкие роды — в отряды, а близкие отряды — в классы. Все известные виды животных были сгруппированы в шесть классов: млекопитающие, птицы, рептилии, рыбы, насекомые и черви. Такое деление на классы было несколько хуже предложенного два тысячелетия назад Аристотелем, но зато несло в себе плодотворный принцип систематического деления. Недостатки системы позднее были легко устранены.
Каждый вид у Линнея имел двойное латинское название: первое слово в нем — название рода, к которому принадлежит вид, второе — видовое название. Форма биноминальной (двуименной) номенклатуры сохранилась до сих пор. Благодаря ей у биологов появился международный язык для обозначения живых форм, что позволило избавиться от многочисленных недоразумений. Даже виду «человек» Линней дал название, сохранившееся до наших дней, — Homo sapiens.
На подступах к теории эволюции
Классификация Линнея, в которой очень большие группы постепенно делились на все более мелкие, создает подобие разветвленного дерева, получившего позже название «древа жизни». При внимательном изучении этой схемы неизбежна мысль: случайна ли такая организация? Разве не могут в действительности два близких вида произойти от общего предка, а два близких предка — от еще более древнего и примитивного? Короче говоря, не могла ли картина, представленная Линнеем, возникнуть и развиваться на протяжении многих веков, подобно тому как растет дерево? Это предположение послужило причиной величайшего в истории биологии спора.
Для самого Линнея подобная мысль была невозможна. Ученый упорно стоял на том, что каждый вид сотворен отдельно и сохраняется божественным провидением, не допускающим вымирания видов. Система его классификации основана на внешних признаках и не отражает возможных родственных связей. (Похоже на попытку объединить ослов, кроликов и летучих мышей только на том основании, что у них длинные уши.) Конечно, если не признавать родственных отношений между видами, то безразлично, как их группировать: все классификации одинаково искусственны, и исследователь выбирает наиболее удобную. Тем не менее Линней не мог помешать другим ученым развивать идеи «эволюции» (это слово стало популярным лишь в середине XIX столетия), процесса, при котором последовательно и непрерывно одни виды дают начало другим. Это родство между видами и должно было найти свое отражение в принятой классификационной системе. (Все же в последние годы жизни Линней допускал возможность образования новых видов путем гибридизации.)
Вызов широко распространенным взглядам на развитие животных организмов осмелился бросить французский естествоиспытатель Жорж Луи Леклерк Бюффон (1707–1788), высказав идею изменяемости видов под влиянием окружающей среды.
Бюффон написал сорокачетырехтомную энциклопедию «Естественная история», столь же многоплановую для того времени и популярную, как когда-то труд Плиния, но гораздо более точную. В ней он указывал, что некоторые существа обладают бесполезными частями тела (рудиментарными органами), вроде, например, двух редуцированных пальцев у свиньи, которые расположены возле функционирующих копыт. Не имели ли некогда эти пальцы нормальных размеров? Возможно, когда-то они служили животному, но со временем сделались ненужными. Не исключено, что и с целым организмом может произойти нечто подобное? Может быть, человекообразная обезьяна — это выродившийся человек, а осел — выродившаяся лошадь?
