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.
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.
