Речь шла о емкости, состоящей из трех концентрических отделений. В центральное отделение закладывался уголь для сжигания или животное, теплоту которого собирались измерить; среднее отделение содержало лед, таявший и стекавший в нижнее отделение, где измерялось количество воды; внешнее отделение заполнялось льдом, призванным изолировать атмосферу. Во время первого опыта ученые в течение десяти часов наблюдали за морской свинкой, находившейся во внутреннем отделении, после чего измерили растаявший лед. Также они измерили количество вдыхаемого кислорода и «фиксируемого воздуха», выделившегося за то же количество времени. Они определили количество теплоты, с одной стороны, по растаявшему льду, а с другой — по выделенному С02, предположив, что образовавшая его реакция аналогична горению угля, и значит, выделилось то же количество теплоты. Ученые получили очень близкие результаты в обоих случаях и таким образом подтвердили собственную гипотезу о том, что дыхание является определенного рода горением. Их выводы оказались точными:
«Таким образом, дыхание — это горение, очень медленное, но, впрочем, очень похожее на горение угля; оно происходит внутри легких, при этом не выделяется видимого света, поскольку вещество огня, высвободившись, сразу же абсорбируется влажностью органов. Теплота, образовавшаяся в процессе этого горения, попадает в кровь, идущую через легкие, и оттуда распространяется по всему организму. Так, вдыхаемый нами воздух служит для двух жизненно необходимых вещей: он убирает из крови основу «фиксируемого воздуха», избыток которого крайне вредит здоровью; а теплота, образующаяся в легких в результате этого процесса, восполняет постоянную потерю тепла, которую мы испытываем из-за атмосферы и окружающих нас тел».
ПЛАМЯ ЖИЗНИ
Совместные опыты с Лапласом были закончены в 1784 году, однако Лавуазье продолжал интересоваться деталями горения, которое поддерживало постоянную температуру тела теплокровных животных. Его не устроило небольшое расхождение в расчетах количества теплоты, полученных в результате измерения растаявшего льда и выделенного морской свинкой С02. В 1789 году, после публикации «Элементарного курса химии», Лавуазье снова вернулся к этим исследованиям, однако его совсем не удовлетворяли опыты со свинками. Он хотел знать, как происходит этот процесс у человека. И тогда он провел новую серию опытов с Арманом Сегеном, которому тогда был 21 год. В этих опытах молодой человек был и помощником Лавуазье, и его подопытным кроликом.
Как и во время предыдущих опытов, Лавуазье наблюдал за количеством кислорода, потребляемым во время пищеварения и движения. Он решил провести систематическое исследование того, каким образом эти два фактора влияют на дыхание, а также исследовать и влияние их на температуру. Лавуазье измерил количество потребляемого кислорода, количество образовавшегося С02 и сердечный ритм. Из этих данных он заключил, что у человека в состоянии покоя натощак потребление кислорода возрастает примерно на 10%, если температура опускается на 15 °С. При пищеварении потребление кислорода возрастает на 50 %. В течение физических упражнений натощак потребление кислорода возрастает в три раза; если физические упражнения делаются во время пищеварения, потребление кислорода возрастает в четыре раза по сравнению с исходными данными. Во время этих опытов температура тела практически не менялась, но сердечный ритм возрастал пропорционально потреблению кислорода.
Это были первые исследования в области физиологии, и хотя они остались незаконченными, их результаты были невероятными, особенно учитывая обстоятельства. Больше всего поражает, что Лавуазье исключил любую идею о жизненном огне, зажженном высшим существом, и изучал человеческое тело так, как будто речь шла о большом реакторе, в котором происходили сложные химические реакции:
«Мы наблюдали два закона, имеющие огромное значение: сердечный ритм повышался прямо пропорционально поднимаемому на определенную высоту весу, а количество потребляемого жизненного воздуха прямо пропорционально продукту дыхания и сердечному ритму. [...] Цель дыхания — не охлаждение крови, как считалось долгое время; дыхание есть не что иное, как медленное горение углерода и кислорода, во всем похожее на то, что происходит во время горения лампы или свечи; с этой точки зрения дышащие животные являются самыми настоящими горючими телами, которые горят и сжигают себя. Во время дыхания, как и во время горения, кислород и теплород поставляет атмосферный воздух; кровь поставляет горючее, а его окисление в легких объясняет изменение цвета. Это горение, образующее углекислый газ и воду, является источником температуры тела. Итак, жизненный воздух не может превращаться в угольную кислоту кроме как посредством добавления углерода; он не может превращаться в воду кроме как посредством добавления водорода; и этот двойной процесс не способен происходить без того, чтобы жизненный воздух не терял часть своего особого теплорода. Отсюда следует, что суть дыхания есть извлечение из крови части углерода и водорода и — в возмещение — добавление в нее особого теплорода, который во время циркулирования крови распределяется во все части тела животного и поддерживает примерно постоянную температуру, наблюдаемую у всех дышащих животных».
ИЛЛЮСТРИРОВАННОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО
Мы располагаем иллюстрацией опытов Лавуазье в области физиологии благодаря двум прекрасным рисункам Марии, выполненным во время этих опытов; один из них воспроизведен ниже. На нем можно видеть множество людей, работающих в лаборатории Арсенала. На подопытном — плотно облегающий комбинезон, герметично застегнутый для сбора теплоты и влаги, выделяющихся во время потоотделения. Изо рта выходит трубка со стеклянной емкостью для сбора выделяемых газов. Как и на рисунке, помещенном в прошлой главе, справа можно видеть женщину, одетую по моде того времени: это и есть автор рисунка.
Лавуазье был очень близок к получению правильного объяснения метаболизма; только навязчивая идея о «теплороде» помешала ему. Также он открыл отношение между питанием и метаболизмом:
«У этого горения есть энергетическая затрата, это вещество самого животного, это кровь, поставляющая горючее; если бы животные не восполняли питанием то, что они теряют во время своего дыхания, очень скоро лампе не хватило бы масла и животное погибло бы, как гаснет и лампа, когда ей не хватает горючего».
Кроме того, Лавуазье понял, что у организма есть механизм охлаждения на случай, если производится излишнее тепло. Навязчивая идея о «теплороде» подталкивала его к странным объяснениям. Он думал, что во время потоотделения вода выводит из организма теплород. Ученый заметил также, что человек теряет много «теплорода» и воды через легкие во время дыхания.
Итак, в человеческом теле происходят три важнейших процесса — дыхание, потоотделение и пищеварение. Первый совершается в легких и представляет собой реакцию между водородом, углеродом и кислородом из воздуха. В результате этого процесса выделяется теплота, которая благодаря циркуляции крови распределяется по всему телу, поддерживая постоянную температуру. Во время потоотделения потеря воды через кожу и легкие позволяет избавиться от излишков теплоты. В ходе пищеварения пища восполняет в крови то, что та потеряла во время дыхания и потоотделения. Итог своим размышлениям Лавуазье подводил очень поэтично:
«Можно сказать, что аналогия, существующая между горением и дыханием, не ускользнула от поэтов, или скорее от философов античности; они были ее голосом и посредником. Огонь, похищенный у неба, — факел Прометея — заключал в себе не только искусную и поэтическую идею: этот образ — верное отражение процессов, происходящих в природе, по крайней мере с дышащими живыми существами. Вместе с древними учеными мы можем сказать, что пламя жизни загорается в тот момент, когда ребенок делает первый вдох, и гаснет оно лишь со смертью. Возможно, возникнет соблазн предположить, что древние мудрецы глубже, нежели мы могли бы подумать, проникли в храм знаний и этот миф является просто аллегорией, в которой они спрятали важнейшие истины медицины и физики».
Трудно представить, что Лавуазье мог бы открыть в области биохимии — науки, возникшей только спустя несколько веков, — если бы его жизнь не прервалась столь внезапно. Но рассматривая результаты его опытов, осуществленных в беспокойные годы революции, не будет преувеличением вместе с одним из его биографов утверждать: пока мы не придем к выводу, что главным преступлением Французской революции была не казнь Людовика XVI, а казнь Лавуазье, мы не поймем историю.
