Краткая история биологии - Айзек Азимов

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.

Глава IV

Классификация живых форм

Самопроизвольное зарождение

Открытия, сделанные с помощью микроскопа в середине XVII столетия, на первый взгляд стирали различия между живой и неживой материей. И на повестку дня снова встал, казалось бы, уже почти решенный вопрос о происхождении жизни или по крайней мере наиболее простых ее форм.

Еще не так давно признавалось возникновение из гнилого мяса или других отбросов существ, подобных червям или насекомым. Такое «появление» живого из неживого называли самопроизвольным зарождением. Классическим примером его считалось появление личинок мух в гниющем мясе. Этот факт признавали тогда почти все биологи. И только Гарвей в своем трактате о кровообращении высказал предположение, что такие мелкие живые существа рождаются из цист или яиц, неразличимых невооруженным глазом (естественно, что биолог, постулировавший существование невидимых глазу сосудов, мог прийти и к этому выводу).

Итальянский врач Франческо Реди (1626–1698), проникшись идеей Гарвея, в 1668 г. провел следующий эксперимент. Он поместил в восемь сосудов по куску сырого мяса, четыре сосуда запечатал, а четыре оставил открытыми. Мухи могли садиться только на мясо в открытых сосудах, и именно там появились личинки. Реди повторил эксперимент, не запечатывая некоторых сосудов, а только накрыв их марлей. И при свободном доступе воздуха на защищенном от мух мясе личинки не развивались.

Теперь, казалось бы, биологическая мысль могла окончательно освободиться от представления о самопроизвольном зарождении. Однако значение эксперимента Реди было несколько ослаблено открытием Левенгука, который в те же годы установил существование простейших организмов. Пришлось признать, что мухи и личинки все-таки довольно сложные организмы, хотя и кажутся простыми по сравнению с человеком. Возникала мысль, что простейшие, по величине не превышающие мушиные яйца, образуются путем самопроизвольного зарождения. А доказательством служил тот факт, что при выдерживании питательных экстрактов, не содержавших простейших, в них все-таки появлялись многочисленные крошечные существа. Вопрос о самопроизвольном зарождении становился частью более общего спора, принявшего в XVIII и XIX столетиях особенно острый характер, — спора между виталистами и материалистами.

Философию витализма четко сформулировал немецкий врач Георг Эрнст Шталь (1660–1734). Он приобрел известность главным образом как автор теории флогистона — субстанции, которая, полагал он, содержится в веществах, способных гореть или ржаветь, подобно дереву или железу. При сгорании дерева или коррозии железа, говорил Шталь, флогистон переходит в воздух. Пытаясь объяснить, почему при коррозии металлов их вес увеличивается, некоторые химики наделяли флогистон неким «отрицательным весом». Теория флогистона считалась общепринятой на протяжении всего XVIII столетия.

Надо сказать, что в объемистых трудах Шталя, особенно в его книге по медицине, опубликованной в 1707 г., содержались и важные мысли по физиологии. Шталь решительно заявил, что живые организмы подчиняются законам совершенно иного типа, чем физические, а изучение химии и физики неживой природы не способствует успехам биологии. Противником этой точки зрения был голландский врач Герман Бургав (1668–1738), самый известный медик того времени (его называли голландским Гиппократом). В труде по медицине, подробно разбирая строение человека, Бургав пытался показать, что человеческое тело во всех своих проявлениях подчиняется именно физическим и химическим законам.