Краткая история биологии. От алхимии до генетики

Азимов Айзек

Краткая история биологии. От алхимии до генетики

 Глава 1 Древняя биология

У истоков науки

Биология — учение о живых организмах, и, как только человеческий разум развился до такой точки, когда осознал себя как объект, отличающийся от недвижущейся и неощущающей среды, в которой находится, началось формирование биологии. Однако в течение бесчисленных столетий биология не имела той формы, которую мы можем вос­принять как науку. Люди ограничивались попытками лечить себя и других от недугов, ослаблять боль, восстанавливать здоровье и облегчать страдания умирающего. Они дела­ли это в соответствии с магическими или ре­лигиозными ритуалами, пытаясь заставить или задобрить бога или демона, дабы изме­нить ход событий. Но человек не может из­менять, а способен лишь наблюдать живые механизмы животного организма, когда это творение природы разрезано мясником для приготовления пищи или священником для жертвоприношения. И даже попытки детально изучить характеристики органов делались не ради изучения их работы, а с целью оп­ределить, какую информацию можно полу­чить для будущего обсуждения.

Анатомы раннего времени были священно­служителями, которые предсказывали судьбу королей и наций по форме и виду бараньей печени. Несомненно, в течение достаточно длительного времени была собрана полезная информация, даже если учесть подавляющее влияние суеверий. Человек, который бальза­мировал мумии в Древнем Египте, разрабо­тал, располагая знаниями анатомии человека, Кодекс Хамураппи, который был написан в глубине вавилонской истории, приблизитель­но около 1920 г. до н. э., содержит правила ре­гулирования различных медицинских аспек­тов, а значит, и тогда имелись врачи, знания которых, собранные поколениями практичес­ких наблюдений, оказывались полезными и служили во благо человечества. Тем не менее, пока человек верил, что Вселенная находится под абсолютной властью капризных демонов, пока люди чувствовали, что все естественное подчиняется сверхъестественному, прогресс науки шел леденяще медленно. Лучшие умы могут, естественно, посвятить себя не изуче­нию видимого мира, а попыткам через вдохно­вение или откровение достичь понимания не­видимого управляющего нами мира, который находится как бы за кулисами видимого мира. Чтобы достичь уверенности, отдельным лич­ностям пришлось отклонить этот вид познания и сконцентрироваться на изучении мира, кото­рый откроется благодаря разуму. Однако эти люди, погруженные во враждебную культуру, оставили свои имена незаписанными, а помыс­лы неразделенными. Древние греки оказались теми, кто первыми изменили такое положение вещей. Это были беспокойные, любопытные, многоречивые, интеллигентные люди, владею­щие аргументацией и временами непочтитель­ные к богам. Большинство же греков, подоб­но другим народам ранних столетий, жило среди невидимого мира богов и полубогов. Их боги выглядели привлекательнее, чем язычес­кие божества других наций, но не менее дет­скими в своих мотивациях. Болезни у греков • считались, например, следствием стрел Апол­лона, который мог быть подвержен беспри­чинному гневу по самому ничтожному поводу и легко умилостивлен жертвоприношениями и соответствующей лестью. Около 600 г. до н. э. в Ионии на Эгейском побережье (территория современной Турции) ряд философов начали движение за переосмысление мира. Первым из них был Фалес (6409-546 гг. до н. э.). Ионийские философы игнорировали сверхъ­естественное и полагали, что каждое событие имеет причину и частная причина неизбежно приводит к соответствующим последствиям, при этом не создавая опасности изменений по чьей-то капризной воле. Дальнейшее предпо­ложение заключалось в том, что «естествен­ный закон», который управляет Вселенной, есть закон такого рода, что разум человека может охватить его и вывести из начальных принципов или из наблюдений. Эта точка зре­ния возвеличивает значение исследования Вселенной, подразумевая, что человек может понять Вселенную. Если некто может рабо­тать, исходя из знавши о законах, управляю­щих, например, движением Солнца, то этот , человек избавлен от страха, что эти знания внезапно станут бесполезными, когда какой-нибудь Фаэтон решит натянуть вожжи колес­ницы Солнца и повести ее поперек неба про­извольным курсом. Мы мало знаем об этих ранних ионических философах: их труды ут­рачены, но имена пережили века, и централь­ное ядро их учения сохранилось. Кроме того, J философия «рационализма» (верование, что функционирование Вселенной может быть по­нято рассудком скорее, чем «откровением»), открытая ими, не умерла. Она пережила бур­ную юность и погибла вскоре после падения Римской империи, но так и не исчезла.

Иония 

Биология вступила в эру рационализма, когда внутреннюю механику тела животного стали изучать ради самого животного. Первым человеком, анатомировавшим животное про­сто для того, чтобы описать традиционно уви­денное, считается Алкмеон (6 в. до н. э.).

Около 500 г. до н. э. Алкмеон описал не­рвы глаза и изучил структуру цыпленка, растущего внутри яйца. Его можно считать первым студентом анатомии (изучение структуры живого организма) и эмбриологии (изучение организма перед фактическим рождением). Алкмеон также описал узкую трубочку, которая соединяет среднее ухо с глоткой. Эти сведения были упущены из виду последующими поколениями анатомов и переоткрыты позднее только спустя две тысячи лет. Однако наиболее прославленное имя, связанное с истоками биологии, — это Гиппократ (460 — 370 гг. до н. э.). Фактичес­ки ничего не известно о самом этом челове­ке, кроме того, что он родился и жил на ос­трове Кос близ Ионийского побережья. На этом острове был храм Асклепия, греческо­го бога медицины, наиболее близкий эквива­лент сегодняшней медицинской школы; быть допущенным в него и стать священником значило нечто вроде получения современной медицинской степени. Наибольшей заслугой Гиппократа перед биологией было сведение роли Асклепия к чисто почетной позиции. В представлениях Гиппократа не существует бога, покровительствующего медицине. Для Гиппократа здоровое тело — это тело, все органы и системы которого работают хорошо и гармонично, в то время как больное тело — такое, где гармония отсутствует. Задачей врача было внимательно наблюдать за по­рядком, чтобы подметить изъяны в работе организма, а затем предпринять соответству­ющие действия, чтобы эти изъяны скорректировать. Соответствующие действия не сво­дятся к молитвам или жертвоприношениям, изгнанию демонов или умилостивлению бо­гов. Они состоят главным образом в предо­ставлении пациенту возможности отдыхать, надзирая за тем, чтобы он содержался в чи­стоте, дышал свежим воздухом и ел про­стую, здоровую пищу. Любая форма излише­ства была связана с нарушением баланса в работе тела в том или ином отношении, так что требовалась умеренность во всем. Коро­че говоря, задача врача, по воззрениям Гип­пократа, заключалась в том, чтобы дать ес­тественный ход событиям, ибо тело имеет самокорректирующие устройства, которые могут использоваться для любой возможно­сти работать. Приняв в расчет ограничен­ность познаний того времени в области ме­дицины, эту точку зрения можно смело признать великолепной.

Гиппократ основал медицинскую школу, которая пережила столетия после его време­ни. Последователи этой школы помещали его почетное имя на своих трудах, так что сей­час невозможно сказать, какая из книг при­надлежит самому Гиппократу. Например, Клятва Гиппократа, которая до сих пор ци­тируется при медицинских выпускных экза­менах в момент получения медицинской сте­пени, вероятно, написана не им самим, а составлена спустя около шести столетий пос­ле его смерти. При этом самому Гиппократу приписывают одну из старейших работ, посвященную болезни эпилепсии. И это отлич­ный пример проявления рационализма в био­логии. Эпилепсия — это болезнь (пока не изученная всецело), основные проявления которой — расстройство функции мозга, при котором нарушен нормальный контроль моз­га над телом. При ее легких формах больной может неправильно интерпретировать смысл своих впечатлений и поэтому страдать гал­люцинациями. При более осложненной фор­ме мускулы внезапно выходят из-под конт­роля; эпилептик падает на землю и кричит, тело его спазматически двигается, иногда нанося себе жестокий вред. Эпилептические припадки продолжаются не очень долго, но нужно один раз увидеть это ужасное зрели­ще, чтобы понять серьезность заболевания. Случайные зрители, которые не понимают сложности нервной системы, находят легкое объяснение ужасному впечатлению: человек движется не по собственной воле, а потому, что некая сверхъестественная сила захвати­ла контроль над его телом. Эпилептик одер­жим, и болезнь является «святой», потому что в ее течение вовлечены сверхъестествен­ные сущности. В книге «О святой болезни», написанной около 400 г. до н. э., возможно самим Гиппократом, эта точка зрения рез­ко критикуется. Гиппократ утверждает, что бессмысленно в общем случае приписывать болезням божественные причины и нет ра­зумных поводов считать эпилепсию исключе­нием. Эпилепсия, подобно другим болезням, имеет естественные причины и рациональное лечение. Если же причина неизвестна и ле­чение неопределенно, все-таки не следует из­менять принципам. Вся современная наука подтверждает эту точку зрения, и, если не­кто настаивает на том, чтобы отыскать одну дату, одного человека и одну книгу, зна­менующую начало биологии, этот человек может в таком случае указать дату 400 г. до н. э., человека Гиппократа и книгу «О свя­той болезни».

Афины

Греческая биология и, фактически, антич­ная наука в целом достигли своего расцвета в лице Аристотеля (384 — 322 гг. до н. э.). Он был уроженцем Северной Греции и на­ставником Александра Великого. Лучшие дни Аристотеля наступили, однако, в его средние годы, когда он основал знаменитый Лицей в Афинах и преподавал там. Аристо­тель был самым многосторонним и совершен­ным из греческих философов. Он писал почти обо всех предметах, от физики до ли­тературы, от политики до биологии. В по­здние времена стали более прочих известны его труды по физике, имеющие дело главным образом со структурой и функционировани­ем неодушевленной Вселенной; именно они, как показывают события нашего времени, почти полностью неверны. И все-таки именно биология, и в частности изучение морских созданий, была его первой и самой дорогой интеллектуальной любовью. Биологические книги Аристотеля оказались лучшими из всех его научных работ, авторитетны они и в наше время. Аристотель внимательно и аккуратно описывал внешний вид и привыч­ные действия созданий (это было первым этапом естественной истории). В свой труд он включает около пятисот сортов или видов животных и указывает различия между ними. Этот список сам по себе тривиален, но Аристотель пошел дальше. Он признал, что различные животные могут быть сгруппиро­ваны в категории и что эта систематизация не обязательно будет устроена просто и легко. Например, легко разделить наземных жи­вотных на четырехногих творений (зверей), летающих пернатых творений (птиц) и оста­ющихся разнообразных червей («vermin» — от латинского слова «червь»). Морские тво­рения можно разделить огульно по призна­ку «еды». Сделав это, однако, не всегда легко сказать, какой категории может соот­ветствовать отдельное создание. Тщательные наблюдения за дельфином, выполненные Аристотелем, например, совершенно прояс­нили, что, хотя он рыбообразное творение, но если судить по внешнему виду и по пове­дению, то он совершенно нерыбообразное во многих важных отношениях. Дельфин име­ет легкие и дышит воздухом; в отличие от рыбы он может утонуть, если держать его погруженным в воду. Дельфин теплокров­ный, а не холоднокровный, как обыкновен­ная рыба. Более важно, что он рождается, чтобы питаться молоком, а перед рождением питается через плаценту. Во всех этих отно­шениях дельфин подобен волосатым тепло­кровным животным суши — зверям. Эти подобия, как казалось Аристотелю, были су­щественны, чтобы сгруппировать китообраз­ных (китов, дельфинов и морских свиней) скорее вместе со зверями полей, чем с рыба­ми морей. В этом Аристотель был на две тысячи лет впереди ученых своего време­ни, продолжавших в античный период и Средневековье группировать китообразных вместе с рыбами. Аристотель был вполне со­временен и в своем делении чешуйчатых рыб на две группы: рыб с костным скелетом и рыб, подобных акулам, с хрящевым скеле­том. Это тоже соответствовало современной точке зрения. В группировании видов живот­ных и сравнении их с оставшимися во Все­ленной отточенный ум Аристотеля не мог не систематизировать материал в порядке увеличения его сложности. Он видел приро­ду развивающейся постепенными этапами вплоть до человека, который стоит (как это естественно думать для человека) на вер­шине творения. Таким образом, можно раз­делить Вселенную на четыре царства: неодушевленный мир почвы, моря и возду­ха; мир растений над ним; мир животных, находящийся выше, и мир человека на вершине. Неодушевленный мир существует; мир растений не только существует, но и размно­жается; мир животных не только существу­ет и размножается, но движется; и человек не только существует, размножается и дви­жется, он может делать из наблюдений вы­воды. Более того, внутри каждого мира есть дальнейшие подразделения. Растения могут быть разделены на простые и более слож­ные; животные — на тех, которые имеют красную кровь, и тех, которые ее не имеют; животные без красной крови включают в свой состав в порядке возрастающей слож­ности губок, моллюсков, насекомых, рако­образных и осьминогов (по Аристотелю). Животные с красной кровью находятся выше на шкале и включают рыб, рептилий, птиц и зверей. Аристотель знал, что на «ле­стнице жизни» нет резких ступеней, так что невозможно точно сказать, в какую группу может попасть конкретная порода. Поэтому очень простые растения, как кажется, едва ли могут обладать какими-либо атрибутами жизни. Простейшие животные (губки, на­пример) могут быть подобны растениям и так далее. Аристотель нигде не показывает и намеков на предположение, что одна из форм жизни может медленно превратиться в другую; что творение, расположенное выше на лестнице, может подняться с более низко­го места еще выше на ступень. Это концеп­ция, в которой хранится ключ к современной теории эволюции, а Аристотель не был эволюционистом. Однако подготовка «лестницы жизни» неминуемо побуждает к тренировке мышления. Она, в свою очередь, ведет к эво­люционной концепции, а Аристотель был ос­нователем зоологии (изучения животных). Но насколько мы можем предположить, судя но его сохранившимся трудам, он, скорее всего, пренебрегал растениями, однако по­сле смерти Аристотеля руководство его шко­лой перешло к его ученику Теофрасту (372 — 287 гг. до н. э.), который заполнил место, освобожденное его учителем. Теофраст основал ботанику (науку о растениях), и в его трудах тщательно описаны 500 видов растений.

Александрия

После правления Александра Великого и его завоевания Персидской империи греческая культура быстро распространилась вдоль Средиземного моря. Египет подпал под вла­дычество Птолемеев (поднявшиеся потомки одного из генералов Александра), и греки тол­пились во вновь созданной столице — городе Александрии. Птолемеи были первыми, кто основал и поддерживал Музей — ближайший античный эквивалент современных универси­тетов, и александрийские ученые были знаме­ниты своими открытиями в математике, астро­номии, географии и физике. Менее важной в Александрии считалась биология, однако по меньшей мере два имени первого ранга про­звучали здесь. Это были Герофилус и его уче­ник Эрасистрат (расцвет около 250 г. до н. э). В христианские времена они были обвинены публично в рассечении человеческого тела как методе изучения анатомии. Возможно, они этого не делали. Герофилус был первым, кто уделил адекватное внимание мозгу, который рассматривал как пристанище интеллекта (Алкмеон и Гиппократ также верили в это, но Аристотель не верил). Он чувствовал, что мозг не что иное, как орган, сконструирован­ный для того, чтобы охлаждать кровь. Геро­филус был способен делать различие между чувствительными нервами (которые получают ощущения) и моторными нервами (такими, которые вызывают мускульные движения). Он также делал различие между венами и артериями: первые пульсируют, а вторые — нет. Герофилус описал печень и селезенку, сетчатку глаза и первый отдел тонких кишок (которые мы теперь называем «двенадцати­перстной кишкой»). Он также описал яични­ки и простатову железу в мужском организме. Эрасистрат добавил к изучению мозга указа­ние на деление мозга на большой (полушария) и меньший (мозжечок). Он, в частности, отме­тил морщинистую поверхность («извилис­тость») мозга и увидел, что у человека мозг больше, чем у других животных, а исходя из этого, связал извилины с интеллектом. После такого многообещающего начала, к сожале­нию, александрийская школа биологии впала в застой. Фактически вся греческая на­ука начала иссякать после приблизительно 200 г. до н. э. Она начала расцветать в тече­ние четырех столетий, но, ведя последователь­ные войны против своих соотечественников, греки безрассудно растратили свою энергию и состояние. Они попали под македонское, а за­тем под римское владычество. Интересы их ученых все больше и больше поворачивались в сторону риторики, этики, философской мо­рали. Они отворачивались от естественной философии — от рационального изучения природы, которое началось при ионийцах. Биология, в частности, пострадала от этого, ибо рассматривалась как более святая об­ласть, нежели неодушевленная Вселенная, и поэтому являлась менее подходящим объек­том для рационалистического исследования. Рассечение человеческого тела многим каза­лось совершенно неправильным и либо не де­лалось вообще, либо если делалось, то это быстро завершалось, во-первых, под действи­ем общественного мнения, а затем при помощи закона. Во многих случаях запрещения рассечений лежат в области религиозных веро­ваний (у египтян, например), в которых це­лостность физического тела требовалась для соответствующего использования в загроб­ной жизни. У других народов, например евре­ев и позже христиан, рассечение считалось святотатством, потому что человеческое тело было создано по образу Бога и считалось святым.

Рим

Столетия, в течение которых Рим гос­подствовал над средиземноморским миром, представляли собой длительную остановку прогресса биологии. Ученые, казалось, со­гласились сохранять открытия прошлого и популяризировать их перед римской аудито­рией. Авл Корнелий Цельс (расцвет око­ло 30 г. н. э.) собрал греческие знания в курс научных бесед. Подготовленный им курс но медицине пережил его время и был признан европейцами в начале современной эры, став более знаменитым, чем того за­служивал. Расширение физического горизон­та вследствие римских завоеваний сделало для ученых возможным собирать растения и животных из областей, неизвестных ранним грекам. Греческий врач Диоскоридус (рас­цвет в 60 г. н. э.) превзошел Теофраста и описал 600 видов растений, уделяя особое внимание их лекарственным свойствам, по­этому его можно считать основателем фар­макологии (учения о наркотиках и лекар­ствах). Однако даже в естественной истории энциклопедизм брал верх. Римлянин Гай Плиний Секунд (расцвет в 23 — 79 гг. н. э.), более известный как Плиний, написал три­дцатисемитомную энциклопедию, в которой суммировал все, что нашел в области есте­ственной истории среди античных авторов. Практически все это было вторично, взято из книг других, и Плиний даже не отличал правдоподобное от неправдоподобного, так что его материал содержит спорные факты (большей частью из Аристотеля). В нем также содержатся «данные», основанные на суевериях, и байки, взятые неизвестно отку­да. Кроме того, Плиний представляет на­ступление века рационализма. Имея дело с различными видами растений и животных, он всегда очень сильно озабочен функция­ми каждого из них в связи с человеком. В его представлении ничто не существует само по себе, но только как пища для чело­века, или источник для медицины, или опасность, созданная для того, чтобы усили­вать мускулы и укреплять характер челове­ка, или (если все остальное отпадает) как моральный урок. Эта точка зрения пользо­валась большой симпатией среди ранних христиан, потому тома Плиния дожили до современности. Реальным последним биоло­гом античного мира был Гален (130 — 200 гг. н. э.) — греческий врач, родившийся в Малой Азии, который практиковал в Риме. В молодости он был хирургом на арене гла­диаторов, и это, несомненно, дало ему воз­можность наблюдать человеческую анатомию. Однако, хотя в те времена не существовало ничего подлежащего запрещению в жесто­ких и кровавых гладиаторских боях ради извращенного развлечения населения, обще­ство продолжало хмуриться при рассече­ниях мертвого тела ради научных целей. Изучение Галеном анатомии базировалось в основном на рассечениях собак, баранов и других животных. Когда представлялся слу­чай, он анатомировал обезьян, в которых старался разгадать строение человеческого тела. Гален писал плодовито и детально раз­рабатывал теоретические основы функцио­нирования различных органов человеческо­го тела. Тот факт, что он был лишен шансов изучать человеческое тело само по себе и что ему не хватало современных инструмен­тов, стал причиной неправдоподобия его теорий с точки зрения современной науки. Он не был христианином, но строго верил в существование единого Бога. Также, по­добно Плинию, он верил, что все делается с высшей целью, так что находил знаки Бо­жественного промысла везде. Это соответ­ствовало точке зрения ранних христиан и помогло росту популярности Галена в по­следующие столетия.

Глава 2 Средневековая биология

Темные века

В последние дни Римской империи хрис­тианство выросло до положения господству­ющей религии. Когда империя (или ее запад­ные области) была похоронена под натиском германских племен, племена были обращены в христианство. Христианство не убило гре­ческую науку, лишь довело ее до состояния, близкого к угасанию. И все же господство христианства работало против возрождения науки в течение многих столетий. Точка зре­ния христиан была противоположна точке зрения ионических философов. По мнению христиан, мир не был миром разума, но «го­родом Бога», который, может быть, постигнут только откровением, для которого Библия, писания отцов церкви и вдохновение самой церкви единственно верные источники. Вера в существование естественного закона, кото­рый был бы неизменяемым и неизменяющим­ся, дает путь к вере в некоего мирового субъекта, служащего посредником Бога.

Фактически, даже восприятие кем-либо свет­ских вещей было «дьявольским», не относя­щимся к сфере духа. Наука с этой точки зрения становится вещью, сопряженной с гневом Божьим. Естественно, это не было универсальной точкой зрения, и свет науки поддерживал слабое пламя среди мрака так называемых темных веков. Случайный уче­ный боролся, чтобы удержать мировые зна­ния в живых. Например, англичанин Беде (673 — 735 гг. н. э.) сохранил все, что смог, из античных авторов. Однако в связи с тем, что сохраненное состояло главным образом из подчисток Плиния, избранное им было не особенно передовым. Возможно, наука так и погибла бы вовсе, если бы не арабы. Арабы приняли ислам — религию более молодую, чем христианство, и, причитая молитвами Мохаммеда, вступили в седьмое столетие. Они возникли сразу, подобно взрыву, на своем сухом полуострове и заполнили всю юго-западную Азию и северную Африку. В 730 г., спустя столетие после Мохаммеда, люди ислама (мусульмане) осаждали Кон­стантинополь на востоке и Францию на за­паде. В военном и культурном отношении они казались ужасом и опасностью для хри­стианской Европы, но интеллектуально, как °ни доказали, стали благом. Подобно римля­нам, арабы не были великими научными пер­вооткрывателями. Но, как бы то ни было, они открыли работы таких ученых, как Ари­стотель и Гален, перевели их на арабский; сохранили их, изучали и писали коммента­рии к ним. Наиболее важным из мусульман­ских биологов был персидский врач Ибн Сина, который обычно именовался по лати­низированной версии его имени Авиценна. Авиценна писал многочисленные книги, ба­зирующиеся на медицинских теориях Гип­пократа и материалах из книги Цельса. При­мерно в тот период, по крайней мере в Западной Европе, наступил перелом в про­тивостоянии арабам. Христианские армии от­воевали Сицилию, которую уже несколько столетий контролировали мусульмане, а за­тем — Испанию. К концу XI в, западноев­ропейские армии начали проникать на Ближ­ний Восток, где их называли крестоносцами. Контакты с мусульманами помогли европей­цам узнать, что враждебная культура — не просто порождение дьявола, но в некоторых отношениях более продвинута и обогащена опытом, чем их собственная. Европейские ученые стали осваивать мусульманские уче­ния; расцветали проекты перевода арабских научных книг. Работая во вновь отвоеванной Испании, в которой трудились и мусульман­ские ученые, итальянец Жерар де Кремона (1114 — 1187) перевел труды Гиппократа, так же как труды Аристотеля и Галена, на ла­тынь. Немецкий ученый Альбертус Магнус (1206— 1280) был одним из новых поклонни­ков вновь открытого Аристотеля. Его учения и писания были всецело аристотелевскими, Магнус помог заложить фундамент греческой науки, в которой он мог бы, по крайней мере, сделать больше. Одним из учеников Магну­са был итальянский ученый Томас Аквинус (1225 — 1274). Он работал над гармонизаци­ей философии Аристотеля и христианской веры, в чем преуспел. Аквинус был рациона­листом: он чувствовал, что разум создан Богом, так как является составляющей Все­ленной, и что правильно рассуждающий человек не может прийти к заключению, чуждому христианскому учению. Результат рассуждения никогда не будет зловещим или вредным. Эта стадия развития науки стала началом возобновления рационализма.

Возрождение

В Италии практика анатомирования была возобновлена в позднее Средневековье. Эта практика пользовалась дурной славой, но су­ществовала важная законодательная школа в Болонье, и часто случалось, что законные во­просы, обсуждающие причины смерти, могли быть лучше всего решены при помощи посмер­тного вскрытия.

Школы в Болонье и Салерно главенство­вали в медицинском направлении именно в это время. Возрождение анатомирования не заложило сразу новых основ биологии. Сна­чала первичной целью была иллюстрация трудов Галена и Авиценны. Ученый, овла­девший основами наук по книгам, считал анатомирование слишком унизительной ра­ботой, которая предоставлялась «мастеро­вым». Ученик слушал лекции, но не прове­рял, согласуются ли знания, которые он получает, с фактами, в то время как «мас­теровой», занятый анатомированием, был обязан не противоречить преподавателям. Поэтому из раза в раз повторялись грубей­шие ошибки; они же увековечивались. Ут­верждалось, что признаки и сочленения, которые Гален находил у животных и пред­полагал существующими у человека, об­наруживались у человека снова и снова, хотя фактически они не существуют. Ис­ключением из этой печальной ситуации был итальянский анатом Мондино де Луцци (1275—1326). В медицинской школе в Болонье он делал собственные работы по ана­томированию и в 1316 г. написал первую книгу, всецело посвященную анатомии. По­этому он известен как продолжатель истин­ной анатомии. Но это было давно, и к тому же Мондино не набрался смелости, чтобы порвать с ошибками прошлого, и некото­рые из его описаний базируются скорее на свидетельствах старых книг, чем на его собственных наблюдениях. Более того, практика анатомирования при помощи под­чиненных после его ухода была восстанов­лена. Однако новая мотивация к изучению биологии уже поднималась в Италии. Пери­од возрождения обучения на практике (час­тично из-за переоткрытия античных трудов, а частично из-за подъема самой европейской культуры) называется Ренессансом, или Возрождением. В период Ренессанса быстро растет новый натурализм в искусстве. Ху­дожников обучали законам перспективы, чтобы создавать произведения, изображаю­щие трехмерную поверхность. Как только это было сделано один раз, каждое последу­ющее усилие совершенствовало подражание искусства природе. Чтобы сделать челове­ческое тело зрительно реалистичным, ху­дожник должен изучать (если он работает на совесть) не только контуры кожи, но и контуры мускулов, сухожилия и мышцы, и даже устройство костей. Возможно, наибо­лее знаменитым художником-анатомом был итальянец Леонардо да Винчи (1452 — 1519), который делал рассечения как животных, так и человека. Он имел преимущество пе­ред обыкновенными анатомами, поскольку был в состоянии сам иллюстрировать соб­ственные открытия великолепными рисунка­ми. Он изучал и изображал, как устроены кости и суставы. Он был первым, кто изоб­разил принципиальное сходство костей ко­нечности человека и лошади, несмотря на поверхностные различия. Так появилась го­мология, которая объединила в связанные группы многих животных внешне различно­го облика и помогла заложить основы тео­рии эволюции. Леонардо изучал и иллюст­рировал способ действия глаза и сердца, а вдобавок зарисовал растения. Поскольку он пытался изобрести машину, которая сможет сделать возможным полет человека, с боль­шим вниманием изучал птиц, зарисовывая их в полете. Все это он, однако, держал в закодированном блокноте. Его современни­ки не знали о его работе, которая стала из­вестна только в новейшие времена. И все-таки да Винчи не оказал влияния на прогресс науки из-за противостояния церк­ви. Пока анатомия медленно приходила в себя, такой же процесс происходил с есте­ственной историей.

XV век выглядел как век расцвета Евро­пы. Европейские суда бороздили побережья Африки, достигали Индии и островов, рас­положенных за нею, открывали Америку. Как никогда прежде, после завоеваний Рима и Македонии, новые и неслыханные виды растений и животных возбуждали интерес ученых. Итальянский ботаник Просперо Альпини (1553 — 1617) служил врачом у ве­нецианского консула в Каире, в Египте. Имея возможность изучать финиковые паль­мы, он понял, что они бывают мужские и женские. Теофраст заметил это почти две тысячи лет тому назад, но факт был забыт, и за основу принята бесполость растений. Альпини был первым европейцем, описав­шим кофейные растения. Естественная исто­рия Ренессанса получила наиболее многопла­новое развитие при шведском натуралисте Конраде фон Геснере. Он был подобен Пли­нию по разносторонности интересов, универсальному любопытству, а также легковерию и убежденности, что простая аккумуляция выдержек из старых книг есть путь к уни­версальным знаниям. Его иногда называли германским Плинием.

Переходный период

В ранние декады 1500-х годов Европа воз­вращалась из темноты и постепенно достигла уровня греческой биологии (и фактически — греческой науки в целом). Прогресс не мог двигаться дальше, пока ученые Европы не ос­воили то, что было в греческих книгах. Рабо­ты Мондино проиллюстрировали, как трудно порвать с античностью. Потребовался полусу­масшедший хвастун, чтобы сделать паузу, а затем совершить прорыв к новым временам. Сделал это швейцарский врач по имени Тео­фраст Бомбаст фон Гогенгейм (1493—1541). Его отец обучил сына, который обладал вос­приимчивым умом, медицине. Во время своих путешествий Гогенгейм собрал большое коли­чество лекарств, которые не были известны его современникам, оставшимся сидеть дома, и таким образом стал авторитетнейшим вра­чом. Он интересовался алхимией, которую европейцы переняли у арабов, в свою очередь воспринявших ее от александрийских греков. Обычный алхимик (если он не отъявленный обманщик) был кем-то вроде современного химика, но две наиболее пугающие цели алхимии никогда не были достигнуты алхимичес­кими методами. Алхимики ^пытались, во-пер­вых, найти метод превращения основных ме­таллов, таких как свинец, в золото. Во-вторых, они искали, что может быть общего у того, что известно как «философский камень», — су­хой материал, который использовался при превращении металлов в золото, — с «эликси­рами жизни», считавшимися ключом к бес­смертию. Гогенгейм не видел точки зрения, которой можно было бы придерживаться, что­бы получить золото. Он верил, что истинная функция алхимии заключается в том, чтобы помогать врачам в лечении болезней. Из этих соображений он сконцентрировался на фило­софском камне, который, как он заявлял, от­крыл. Он стал утверждать не колеблясь, что будет жить вечно, но умер, не дожив до пяти­десяти, из-за случайного падения. Алхимичес­кое учение Гогенгейма подтолкнуло его к изу­чению минеральных источников для лекарств и заставило отвергнуть ботаническую медици­ну, бывшую в почете у античных ученых. Он поносил античных врачей. Труды Цельса уже были переведены и стали библией евро­пейских врачей. Но Гогенгейм называл себя Парацельсом («лучший, чем Целы»), и под этим тщеславным именем стал известен потом­кам. Парацельс был городским врачом в Базе­ле. В 1527 г., чтобы продемонстрировать пуб­лике свое мнение настолько, насколько это возможно, он сжег копии книг Галена и Ави­ценны в городском сквере. В результате консервативные враги из медицинской среды выпроводили Парацельса из Базеля, но не из­менили его мнения. Парацельс не разрушил греческую науку или даже греческую биоло­гию, но его атаки привлекли внимание уче­ных. Его собственные теории были немногим лучше греческих теорий, против которых он выступал с таким бешенством, но это было время, когда иконоборчество оказалось полез­но само по себе. Его громкая непочтитель­ность по отношению к античности не поддер­живала, а сотрясала столпы ортодоксального мышления, и, хотя греческая наука еще неко­торое время держала мертвой хваткой евро­пейский разум, ее власть ощутимо слабела.

Глава 3

Рождение современной биологии

Новая анатомия

Знаменующим началом научной револю­ции принято считать 1543 г. В этом году польский астроном Николай Коперник опуб­ликовал книгу, где была изложена новая точка зрения на Солнечную систему, цент­ром которой было Солнце, а Земля — пла­нетой, движущейся по орбите подобно любой другой. Это открытие ознаменовало пораже­ние старой греческой точки зрения на Все­ленную, в центре которой была Земля, хотя жесткая борьба в течение столетия, оставше­гося до победы новой точки зрения, была очевидной. В том же самом году была опуб­ликована вторая книга, столь же революци­онная в области биологических наук, как и книга Коперника в области наук физичес­ких. Эта вторая книга была «О структуре че­ловеческого тела» бельгийского анатома по имени Андреас Везалий. Везалий получил образование в Нидерландах в строгих традициях Галена, к которому питал глубочайшее уважение. Однако он путешествовал по Ита­лии, пока не закончил образования, и тут вступил в более либеральную интеллектуаль­ную атмосферу. Он снова ввел практику Мондино де Луцци делать свои собственные анатомические вскрытия и не разрешал себе поддаваться влиянию старой греческой точ­ки зрения, когда его глаза не соглашались с этой точкой зрения. Книга, которую он опуб­ликовал в результате наблюдений, была пер­вым корректным трудом по человеческой анатомии в ряду уже существующих. Она имела большие преимущества перед ранними книгами. Во-первых, вышла, когда уже было открыто книгопечатание, так что тысячи ко­пий могли быть размножены по всей Евро­пе. Во-вторых, имела иллюстрации, причем исключительно хорошего качества; многие были сделаны Яном Стивенсоном Ванкалкаром, учеником Тициана. Человеческое тело было показано в естественных положениях, а иллюстрации мускулов оказались особенно хороши. Жизнь Везалия после появления его книги была несчастливой. Его точка зре­ния казалась еретической в отношении неко­торых авторитетов, и, что особенно важно, определенные рассечения, рекомендованные в его книге, были незаконными. Он был вы­нужден предпринять путешествие в Святую землю и на обратном пути погиб в корабле­крушении. Революция Везалия в биологии была, однако, более эффективна, чем революция Коперника в астрономии. То, что кни­га Везалия поддерживала, не было чем-то таким же неправдоподобным, как огромная Земля, движущаяся вокруг Солнца. Скорее в этой книге представлены форма и устрой­ство ^органов, которые (со ссылками на авторитет античных греков) каждый мо­жет увидеть, если побеспокоится взглянуть. Греческая анатомия устарела, тогда как итальянская анатомия расцвела. Габриэлло Фаллопио, или Габриэль Фаллопиус, один из учеников Безалия, изучал трубы, ведущие от яичников к матке. Они до настоящего времени называются фаллопиевыми труба­ми. Другой итальянский анатом, Бартоломео Еустафио, или Еустафиоус (1500 — 1574), был оппонентом Везалия и сторонником Га-лена, но он также изучал человеческое тело и описывал то, что видел. Он вновь открыл трубы Алкмеона, ведущие от уха к горлу, и теперь они известны как евстафиевы трубы. Освеженный взгляд на анатомию распрост­ранился и на другие ветви биологии. Вера Гиппократа в легкую руку врача в последу­ющие столетия открыла дорогу к действи­тельно жестоким лекарствам. Фактически методы были такими грубыми, что хирургия в ранние современные времена была предос­тавлена не врачам, а парикмахерам, которые режут мясо так же, как волосы. Возможно, потому, что хирурги-парикмахеры были сла­бы в теории, они переходили к решительным мерам: огнестрельные раны дезинфицировали кипящим маслом, а кровотечение останав­ливали прижиганием раскаленным железом. Французский хирург Амбруаз Паре (1517 — 1590) помог изменить это положение вещей. Он начал жизнь подмастерьем парикмахера, присоединился к армии хирургов-парикмахе­ров и ввел испугавшие всех преобразования. Он использовал благородные мази комнат­ной температуры для лечения огнестрельных ран и останавливал кровотечение, зашивая артерии, за что его иногда называют отцом современной хирургии. Паре также изобрел хитроумные искусственные конечности, улуч­шил акушерские методы и написал француз­ские резюме к работам Везалия, так что другие хирурги-парикмахеры, не обученные латыни, могли собрать определенные факты, относящиеся к строению человеческого тела, прежде чем лечить кашель наугад. И еще за­долго до того, как анатомы стали практико­вать и начали делать собственные вскрытия, врачи уже делали хирургические операции.

Циркуляция крови

Скорее, чем тонкости вопроса внешнего вида и устройства частей тела, которые явля­ются предметом анатомии, предметом физио­логии стало нормальное функционирование этих частей. Греки достигли малого прогресса в физиологии, и большинство их заключений было неверно. В частности, они ошибались в отношении функционирования сердца. Серд­це, очевидно, насос: оно качает кровь. Но от­куда берется кровь и куда она уходит? Ранние греческие врачи ошибались, рассуждая, что вены — единственные кровеносные сосуды. В трупах артерии обычно пусты, и греки по­лагали, что артерии есть сосуды для передачи воздуха (слово «артерия» значит на греческом «воздуховод»). Герофил, однако, показал, что как артерии, так и вены проводят кровь. Обе сети кровеносных сосудов соединены сер­дцем, и естественно было предположить, что соответствующие вещества могут растворять­ся, если будут найдены какие-то связи между венами и артериями в окончаниях, уходящих от сердца. Но более тщательное исследование показало, что как вены, так и артерии развет­вляются на все более и более тонкие сосуды, которые, в конечном счете, станут такими, что теряются из виду. Между ними не было най­дено никакой связи. Гален предположил, что кровь движется от одной сети сосудов к дру­гой, проходя от правой стороны к левой. Для того чтобы допустить прохождение крови че­рез сердце, он предположил, что здесь долж­ны быть крохотные отверстия в толстой мяси­стой перегородке, которая разделяет сердце на правую и левую части. Этих отверстий никто никогда не наблюдал, но через семнадцать столетий после Галена врачи и анатомы пред­положили, что они существуют. Итальянские анатомы новой эры стали подозревать, что это, возможно, не так, не набравшись отваги выйти на открытое отрицание. Например, Джероламо Фабриций (1533—1619) открыл, что большие вены имеют клапаны. Он описал их и показал, как они работают. Они устрое­ны так, что кровь может течь через них по направлению к сердцу без проблем, но не спо­собна пройти назад от сердца без того, чтобы быть пойманной в ловушку клапаном. Таким образом, кровь может двигаться только в од­ном направлении — к сердцу. Это, однако, противоречило замечанию Галена о движении назад. Фабриций дерзнул пойти лишь на­столько далеко, чтобы допустить, что клапаны задерживают (скорее, чем останавливают) обратный ток крови. Но у Фабриция был сту­дент, англичанин по имени Уильям Гарвей, за­численный при строгом подборе кадров. Воз­вратившись в Англию, он изучил сердце и заметил, как заметили многие анатомы до него, что в нем есть клапаны одностороннего движения. Кровь может поступать в сердце из вен, но клапаны препятствуют ее обратному Движению. Кровь может покидать сердце че­рез артерии, но не может возвращаться из-за того, что имеется другая сеть клапанов одно­стороннего движения. Когда Гарвей перевязы­вал артерии, сторона, направленная к сердцу, выпячивалась от переполнения кровью. Когда же он перевязывал вену, выпячивалась сторо­на, направленная от сердца. Все сходилось на том, что кровоток не ослабевает и движется в одном направлении. Кровь попадает из вен в сердце, а из сердца — в артерии. Она никогда не возвращается. Гарвей рассчитал, что в течение трех часов сердце прогоняет через организм количество крови, равное троекрат­ной массе человеческого тела. Кажется немыс­лимым, что кровь может быть сформирована и вытолкнута назад в таком темпе, поэтому кровь из артерий должна быть возвращена в вены где-нибудь вне сердца, через соедини­тельные сосуды, слишком тонкие, чтобы их увидеть (такие невидимые сосуды были не больше, чем невидимые поры Галена в сердеч­ной мышце). Предположив существование та­ких сосудов, было легко увидеть, что сердце перекачивает одну и ту же кровь, но многу раз: вены — сердце — артерии — вены — серд­це — артерии... Следовательно, нет ничего неожиданного в том, что насос может в тече­ние часа три раза перекачать через себя массу тела человека. В 1628 г. Гарвей опубликовал это заключение и свидетельства, доказываю­щие его, в маленькой книге, всего из 72 стра­ниц. Она была напечатана в Голландии под названием «О движениях сердца и крови» и полна типографских ошибок. Несмотря на не­приглядный размер и невзрачный вид, эта книга была революционной; она полностью удовлетворяла требованиям времени. Это были годы, когда итальянский ученый Гали-лео Галилей (1564 — 1642) популяризировал экспериментальный метод в науке и, делая это, комплексно разбил Аристотелеву систему физики. Работа Гарвея представляла первое большое приложение новой экспериментальной системы к биологии. Его он разрушил Га­ленову систему физиологии и основал совре­менную физиологию (Гарвеево вычисление количества крови, перекачиваемой сердцем, представляет собой первое важное приложе­ние математики к биологии). Врачи старой школы всячески поносили Гарвея, но ничего не могли поделать против фактов. Со време­нем, когда Гарвей состарился, факт циркуля­ции крови был принят биологами Европы, хотя соединительные сосуды между артерия­ми и венами и остались неоткрытыми. Европа, таким образом, определенно и окончательно выступила за пределы греческой биологии. Новая теория Гарвея открыла сражение меж­ду двумя противоположными точками зрения, начала битву, которая заполнила историю со­временной биологии, и победа в ней полнос­тью не предрешена до сих пор. В соответствии с прежней точкой зрения на жизнь одушевлен­ные предметы рассматривались, по существу, отдельно от неодушевленных, так что человек не мог ожидать, что изучит природу неоду­шевленных объектов. Кратко можно сказать, что существует точка зрения, в соответствии с которой имеется две отдельные сети законов: одна — для одушевленных и одна — для не­одушевленных предметов. Это точка зрения виталистов. Но может существовать точка зрения, в соответствии с которой имеется высоко­специализированная, но не фундаментальная Разница между менее запутанной, более орга­низованной системой неодушевленной Вселенной. При достаточном времени и усилиях изу­чение неодушевленной Вселенной может обес­печить достаточно знаний, чтобы привести к пониманию живого организма, который сам невероятно сложная машина. Это точка зре­ния «механистов». Открытие Гарвея было, ра­зумеется, прорывом в пользу точки зрения ме­ханистов. Сердце могло рассматриваться как насос, а движение жидкости осуществлялось как движение неодушевленной жидкости. Если предположение верно, то где это движе­ние может остановиться? Не может ли остаток живого организма быть просто сетью сложных и переплетенных механических систем? Наи­более важный философ века француз Рене Декарт (1596—1650) был привлечен мнением о теле как о механическом устройстве. Каса­тельно человека, по крайней мере, такая точ­ка зрения была опасно направлена против принятых верований, и Декарт позаботился о том, чтобы уточнить: человек — машина не в отношении разума и души, но только в от­ношении физической структуры, подобной животной. В отношении разума и души он ос­тавался виталистом. Декарт сделал предполо­жение, что взаимодействие между телом и ра­зумом-душой осуществляется через маленький обрывок ткани, дополняющий мозг, — шиш­ковидную железу. Он был соблазнен верова­нием, будто чувствует только человек, облада­ющий шишковидной железой. Вскоре было доказано, что дело обстоит не так. Действительно, у некоторых примитивных рептилий шишковидная железа развита намного лучше, чем у человека. Теории Декарта, хотя, воз­можно, и неправильны в деталях, все же были очень влиятельны, и отсутствовали физиоло­ги, которые пытались разбить механистичес­кую точку зрения на маленькие разработан­ные детали. Поэтому итальянский физиолог Джованни Альфонсо Борелли (1608—1679) в книге, появившейся после его смерти, рас­сматривает мускульное действие из комбина­ции мускулов и костей как систему рычагов. Это доказало свою пользу, и закон рычага вы­полняется для рычагов, сделанных из кости и мускулов. Борелли старался применять по­добные механические принципы для других органов, таких, как легкие и желудок, но здесь успех ему изменил.

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.

Микроскоп

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.

Подобное возникновение жизни из нежи­вого называлось спонтанным размножением. Классический пример очевидности существо­вания спонтанных генераций — возникнове­ние личинок из разлагающегося мяса.

Очевидно, что эти червеобразные организ­мы формируются из «ничего». Одно из исключений — наблюдения Харви, который утверждал в своей книге, что такие организ­мы возникают из яиц («семян»), которые слишком малы, чтобы их увидеть.

Итальянский врач Франсиско Реди (1626—1697) был впечатлен работами Хар­ви и решил проверить эти предположения. В 1668 г. он приготовил восемь колб с раз­личными видами мяса внутри. Четыре из них запечатал, а четыре оставил на возду­хе. Мухи могли лететь только на открытые колбы. Мясо внутри закрытых колб разло­жилось, но личинки мух не развились. Реди повторил эксперимент, накрыв некоторые из колб газовой тканью. В таком случае в кол­бы был доступ воздуха. И вновь в этих кол­бах не развивались личинки.

Итак, личинки возникали не из мяса, а из яиц, отложенных мухами. Концепция спонтанного размножения была поколебле­на. Однако наблюдения ван Левенгука над простейшими опять-таки отвергли экспери­мент Реди. И мухи, и личинки были доста­точно сложными организмами, хотя и более простыми, чем человек. Простейшие, реши­ли современники, могли развиться спонтан­но. В экспериментах из питательной среды, поставленной в отстой, вскоре в больших количествах возникали простейшие. Спон­танное размножение стало предметом дис­куссии, которая достигла наибольшей остро­ты в XVIII и XIX вв. То была битва веков: виталисты — против механистов.

Философия витализма началась с немец­кого врача Георга Эрнста Сталя (1660 — 1734). Он прославился своей теорией «фло­гистона», вещества, которое могло гореть, как дерево, и ржаветь, как железо. Сталь полагал, что при горении и ржавении фло­гистон высвобождается, улетая в атмосферу. Тот факт, что ржавчина прибавляла метал­лу вес, некоторые объясняли отрицательным весом флогистона. Когда он терялся, металл вырастал в весе. Теория казалась химикам весьма привлекательной и была принята большинством из них.

Однако в 1707 г. Сталь опубликовал кни­гу, посвященную медицине. Он утверждал, что живые организмы подчинены не физи­ческим законам, а законам совсем иного толка. Оппонировал ему голландский врач Герман Буерхаав (1668 — 1738), наиболее из­вестный в медицинских кругах человек сво­его времени. В своем анатомическом по теме труде он утверждает, что тело человека под­чиняется законам физики и химии.

Для механистов, к которым он принадле­жал, законы природы были одинаковы при­менительно как к живой, так и к неживой природе, служили мостиком между ними. Если бы удалось показать, что микроорга­низмы возникают из неживой материи, то эта небольшая пропасть была бы преодолена и мост завершен в своем строительстве.

Виталистическая точка зрения утверждала, что, какими бы простыми ни были формы жизни, между ними и неживой природой — непреодолимая преграда. Спонтанные генера­ции невозможны.

В XVIII в. сыграли свою роль и религи­озные взгляды. Библия описывала спонтан­ное происхождение видов в нескольких своих пассажах, поэтому многие виталисты (обычно консервативные в религии) сочли необходимым согласиться с возможностью спонтанного воспроизведения жизни.

В 1748 г. английский натуралист Джон Нидхэм (1713—1781), католический свя­щенник, опять-таки в опыте с прокипячен­ным мясом, сделал вывод, что личинки и микроорганизмы возникли из мертвой мате­рии, раз мясо кипяченое (стерилизованное). Он решил, что факт спонтанных генераций доказан.

Скептический взгляд на этот вопрос испо­ведовал итальянский биолог Ладзаро Спалланцани (1729—1799). Он поместил стери­лизованное мясо в колбу и запечатал ее. Микроорганизмы не появлялись. Вопрос ка­зался исчерпанным, однако сторонники спон­танного размножения и здесь нашли лазейку. Они заявили, что в воздухе носится «жизнен­ный принцип», который рождает жизнь в не­живом. Он непостижим. Кипячение по Спалланцани убило этот жизненный принцип, заявили они.

Вплоть до окончания следующего века во­прос оставался открытым.

Классификация организмов

Основным аргументом в пользу спонтан­ных генераций был вопрос классификации; то есть, возможно было либо поместить жи­вое отдельно от неживого, либо оформить классификацию как серию градаций. XVII и XVIII вв. стали свидетелями классификации различных форм, существующих в жизни, и на грани их высветились противоречия еще более сложные, нежели по спонтанным гене­рациям; противоречия, пик которых пришел­ся на XIX в.

Для начала формы жизни могут быть раз­делены на отдельные виды; но сложность со­стоит в определении термина «вид». В общем, и целом вид — это группа особей, свободно скрещивающихся между собою, ко­торые могут приносить здоровое потомство, в свою очередь способное скрещиваться. Та­ким образом, все человечество, сколь бы ни были велики различия между отдельными группами, способно свободно скрещиваться и производить относительно здоровые поко­ления. С другой стороны, слон индийский и слон африканский, сколь бы схожими они ни были, — это отдельные виды, поскольку самец одной группы не может быть скрещен с самкой другой группы.

Аристотель когда-то перечислил пятьсот видов животных, а Теофраст — столько же видов растений. С тех пор в течение двух тысяч лет было открыто бесчисленное множество видов. К 1700 г. были описаны де­сятки тысяч видов.

Но сколь много ни было бы открыто ви­дов, всегда существовало искушение сгруп­пировать их в подобные.

Первым сделал попытку в данном на­правлении английский натуралист Джон Рэй (1628-1705).

В период 1686—1704 гг. он опубликовал трехтомную энциклопедию жизни растений, в которой описал 18 600 видов. В 1693 г. подготовил энциклопедию жизни животных, в которой, однако, было рассмотрено уже меньше видов, но предпринята попытка группировки видов — на основе общности копыт (пальцев) конечностей и зубов.

К примеру, он разделил млекопитающих на две большие группы: с пальцами на конечностях и с копытами. Копытных он подразделил на непарнокопытных (лоша­дей), парнокопытных (крупный рогатый скот) и трехчленнокопытных (носороги). Парнокопытные, в свою очередь, подраз­делялись на: жвачных, имеющих постоян­ные рога (козы); жвачных, с периодически сбрасываемыми рогами (олени); нежвачных (свиньи).

Система классификации Рэя не прижилась, но была взята на вооружение шведским нату­ралистом Карлом фон Линнеем (1707— 1778), Известным иод латинизированным именем Каролус Линиеус. К тому времени число из­вестных видов живых организмов достигло 70 тысяч; в 1732 г. Линней, пропутешествовав 4600 миль по Северной Скандинавии, обна­ружил в этом не самом плодородном регионе 100 новых видов.

В колледже Линней исследовал органы размножения растений, отметил, чем они от­личаются от вида к виду, и попытался осно­вать свою систему классификации. В 1735 г. он опубликовал «Систему природы», в ко­торой описывал систему классификации ви­дов — прямую предшественницу системы, принятой сегодня.

Таким образом, была основана наука так­сономия, изучение классификации видов жи­вых существ.

Линней систематически сгруппировал по­добные виды в роды (от латинского «раса»), порядки, классы. Все известные виды живот­ных были сгруппированы в шесть классов: млекопитающие, птицы, рептилии, рыбы, насекомые и червеобразные. Эти подразделе­ния не столь хороши, как у Аристотеля, но недостатки их легко восполнимы.

Каждому виду, по Линнею, давалось двойное латинское имя; оно состоит: 1) из рода, к которому вид принадлежит; 2) из собственного имени. С тех пор такая биноми­альная номенклатура закрепилась; она дала в руки биологам международный язык, пре­дотвращающий недоразумения. Вид челове­ка, живущий ныне на Земле, Линней назвал именем, закрепившимся с тех пор, — Homo sapiens.

Приближение к теории эволюции

По классификации Линнея, группы, ши­рокие и узкие, выглядят как дерево жизни. Случайно ли закрепилась такая классифика­ция?

Могли ли два тесно связанных вида раз­виться от общего предка и могли ли два тес­но связанных предка видов развиться от еди­ного примитивного предка?

Для самого Линнея, религиозно настроен­ного человека, верящего а слово Библии, само такое предположение было святотат­ством. Он настаивал на том, что каждый отдельно созданный Божественным Провидением, им же и поддерживался. Его система классификации подтверждала это ве­рование, ибо была основана на внешнем сходстве и не предполагала возможных вза­имосвязей.

Однако это не отвратило других ученых от попыток предположить некую эволюцию (это слово стало популярным только в сере­дине XIX в.). По этой теории, один вид раз­вивался от другого; сама классификация отражала естественные взаимосвязи между видами. (В конце жизни и сам Линней стал предполагать, что новые виды могут возни­кать в результате гибридизации.)

Даже французский натуралист Жорж Луи Леклерк (1707 — 1788), большой консерватор, не мог не дать хода такому предположению.

Леклерку принадлежит сорокатомная эн­циклопедия по естественной истории, попу­лярная в его время, но разнородная по составу. В ней он указывает, что у многих видов имеются части тела, не используемые ими (рудименты), например два рудиментар­ных пальца по бокам копыта у свиней. Раз­ве нельзя допустить, что когда-то эти пальцы функционировали? Может быть, человекооб­разная обезьяна развилась в человека, а осел дегенерировал из лошади?

Английский врач Эразм Дарвин (1731" 1802) писал длинные поэмы на темы ботани­ки и зоологии. Он принимал как систему Линнея, так и эволюционные изменения. Однако эти взгляды были бы забыты сегодня, если бы не тот факт, что Эразм Дарвин был дедом Чарлза Дарвина, доработавшего эволюционную теорию.

Приход Французской революции год спус­тя после смерти Леклерка потряс Европу. Ста­рые ценности пошатнулись; стало возможным принятие новых невероятных теорий, эволю­ционных доктрин. Несколько десятилетий спустя французский натуралист Жан Батист де Мане шевалье де Ламарк (1744 — 1829) вновь занялся теорией эволюции.

Ламарк сгруппировал первые классы Линнея (млекопитающие, птицы, рептилии, рыбы) в большую группу позвоночных, а другие два класса — насекомые и черви — беспозвоночных. Ламарк трудился над тем, чтобы наилучшим образом упорядочить классы и группы. Он, в частности, разделил восьминогих паукообразных и шестиногих насекомых; ракообразных и морских звезд.

В период между 1815-м и 1822 гг. Ламарк опубликовал гигантский семитомный труд «Естественная история беспозвоночных», ко­торый лег в основу современной зоологии беспозвоночных. Эта работа заставила его прийти к мысли о возможности эволюции; он опубликовал свои соображения по этому поводу в 1801 г., а затем более детально их проработал в 1809 г. в книге «Зоологическая философия». Ламарк предположил, что используемые органы растут в течение всей жизни, повышая свою эффективность; и дегенерируют, соответственно, если не используются. Эта особенность их развития либо дегенерации, передаваемая потомству, теперь именуется наследственно приобретенными характеристиками.

На примере жирафа он вывел возмож­ность приобретенных, ранее неизвестных ха­рактеристик. Постепенно, по мере использо­вания шеи, ног, языка, антилопа все более наращивала их и передавала потомству. В конечном счете антилопа превратилась в жирафа.

Однако в истории существовало одно сла­бое звено: не только не было очевидным на­следование этих характеристик, но все фак­ты говорили против этого.

Как быть с пятнистой шкурой жирафа, которая служит естественным камуфляжем? Как она появилась из однородной шкуры антилопы?