Текст книги "Краткая история биологии"

Автор книги: Айзек Азимов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 13 страниц)

Глава II
Биология в средние века

Мрачное время

Господствующей религией в последние годы существования Римской империи было христианство. Когда западные провинции империи пали под нашествием германских племен, германцы также были обращены в христианство.

Но не христианство окончательно подавило греческую культуру: когда христианская религия набрала силу, античная наука уже влачила жалкое существование. И все же на протяжении многих веков христианство препятствовало возрождению науки. Эта религия в корне расходилась со взглядами ионийских философов. По представлению христиан, для человека важен не мир, воспринимаемый органами чувств, а «царство божие», достичь которого можно только путем откровения; единственным надежным путеводителем служит Библия, писания отцов церкви и духовное влияние самой церкви.

Приняв как аксиому веру в незыблемость законов природы, люди, естественно, считали, что все предметы в мире неизменны и подчинены богу, а его деяния осуществляются святыми. Многие верующие даже полагали, что изучение мира не что иное, как дьявольское наваждение, предназначенное для того, чтобы отвлечь от веры истинных христиан. Удивительно ли, что в глазах этих ортодоксальных приверженцев святой церкви наука становилась порождением зла.

К счастью, подобную точку зрения разделяли не все. Среди средневековых ученых находились люди, которые стремились сохранить научное наследие древних. К этой категории следует отнести англичанина Бида (673–735), которому удалось сберечь научные трактаты античных ученых. К сожалению, это были в основном отрывки из произведений Плиния, не имевших большой ценности.

Вполне вероятно, что свет науки погас бы окончательно, если бы не арабы, принявшие ислам – религию, основанную в VII в. пророком Магометом. Арабы, жители бесплодного Аравийского полуострова, устремились на юго-запад Азии и в Северную Африку. Уже к 730 г., через сто лет после смерти Магомета, мусульманство проникло на восток до Константинополя, а на запад – до границ Франции.

Нашествие мусульман наводило ужас на европейцев и было страшным бедствием для христиан, но в научном отношении оно оказалось поистине благотворным. Подобно римлянам, сами арабы не были оригинальными исследователями. Однако они не только перевели на арабский язык труды Аристотеля и Галена, но изучали их и комментировали. Крупнейшим восточным биологом был выдающийся таджикский ученый Абу-Али ибн-Сина, которого все мы знаем по его латинизированному имени как Авиценну (около 980–1037 гг.). Авиценне принадлежат трактаты, основанные на медицинских теориях Гиппократа и материале книг Цельса.

К тому времени, когда жил Авиценна, события стали принимать иной оборот, по крайней мере в Западной Европе. Отвоевав Сицилию, в течение двух столетий занятую мусульманами, армии христиан вновь захватили Испанию. К концу XI в. крестоносцы начали завоевание Ближнего Востока.

Вынужденное общение с мусульманами позволило европейцам осознать, что культура врага в некоторых отношениях не только превосходит их собственную культуру, но и является более изысканной. Европейские ученые заинтересовались мусульманской наукой и стали переводить арабские научные книги. В Испании работал выдающийся итальянский ученый Жерар Кремонский (1114–1187), который перевел на латинский язык труды Гиппократа и Галена, а также некоторые работы Аристотеля.

Немецкий ученый Альберт фон Больштедт, прозванный католическими богословами Великим (1193 или 1207–1280), был одним из ревностных поклонников вновь открытого для европейцев Аристотеля. Хотя его собственные труды были не чем иным, как простым подражанием Аристотелю, они (в который раз!) послужили как бы фундаментом для возрождения греческой науки, которое позволило возводить новые этажи огромного здания европейской науки.

Одним из учеников Больштедта был итальянец Фома Аквинский (1225–1274). Фома Аквинский известен тем, что он пытался, и небезуспешно, поставить философию Аристотеля на службу христианской религии. Как рационалист, он считал, что разум, как и вся Вселенная, является созданием бога, следовательно, ни один здравомыслящий человек не может прийти к выводам, противоречащим христианскому учению. Значит, разумное мышление не является ни злом, ни вредом.

Так подготавливалась почва для возрождения рационализма.

Эпоха Возрождения

К практике вскрытия трупов в Италии вернулись в конце средних веков. Хотя она продолжала пользоваться дурной славой, к ней вынуждены были прибегать, в частности в Болонье, где находилась довольно известная юридическая школа и для разрешения судебных дел нередко требовалась посмертная экспертиза тела. Под этим предлогом ученые старались использовать вскрытия и в целях обучения медицине. (Университеты в Болонье и Салерно были в те времена широко известны своими медицинскими факультетами.)

Восстановление права производить вскрытия далеко не сразу привело к новому толчку в развитии биологии. Прежде всего потребовалось наглядно проиллюстрировать труды Галена и Авиценны. Как правило, сам преподаватель, знакомый с материалом только по книгам, считал вскрытие трупа унизительным для себя занятием и предоставлял эту возможность ассистентам. Он читал лекции, не заботясь, соответствует ли их содержание тому, что студенты видят собственными глазами. В итоге лекции изобиловали грубейшими ошибками. Например, особенности строения животных, которые в свое время наблюдал Гален и распространял (ошибочно) на человека, по словам преподавателей, «наблюдались» многократно, хотя на самом деле у человека их нет и в помине.

Исключение из этой печальной, но весьма характерной для того времени картины составлял итальянский анатом Мондино де Люцци (1275–1326), который собственноручно производил вскрытия (на медицинском факультете университета в Болонье). В 1316 г. де Люцци выпустил книгу, впервые в истории медицины полностью посвященную анатомии. Эта книга принесла ему славу ученого, возродившего анатомию. Следует, однако, отметить, что он не смог полностью избежать ошибок прошлого: некоторые приводимые им описания в большей степени основаны на свидетельствах авторов старых книг, нежели на том, чтó он видел в действительности. После смерти Мондино де Люцци практика вскрытия трупов ассистентами была восстановлена.

Тем временем возникли новые стимулы для изучения биологии, и появились они, казалось бы, за пределами формальной сферы науки. Период возрождения науки, вызванный, с одной стороны, новым прочтением трудов античных ученых, а с другой – естественным пробуждением и тягой к знаниям внутри самой европейской культуры, получил название Ренессанса, или Возрождения.

Эпоха Возрождения характерна широким интересом людей к реалистическим элементам античной культуры. Так, художники, заинтересовавшись объемным изображением, начали изучать законы перспективы, а когда им удалось постичь их, стали стремиться к наиболее правдивому отображению природы. Чтобы точнее изобразить человеческое тело, художник должен был хорошо знать не только структуру самой кожи, но и очертания мышц под ней, расположение суставов и сухожилий и даже костей, то есть основы анатомии. Нет ничего удивительного, что художникам приходилось самостоятельно изучать анатомию. Одним из величайших художников-анатомов был итальянец Леонардо да Винчи (1452–1519). Его неоспоримое преимущество перед учеными-анатомами заключалось в том, что он имел возможность подкреплять свои наблюдения великолепными рисунками. Леонардо не только изучал, но и изображал на бумаге место и способ соединения костей и суставов. Ему первому удалось установить безошибочное сходство в строении костей ноги человека и лошади, несмотря на их внешнее различие. Таким образом он открыл явление гомологии, которое в дальнейшем объединило многих внешне различных животных и тем самым помогло заложить прочную основу теории эволюции.

Леонардо да Винчи изучал и дал графическое изображение работы глаза и сердца; ему принадлежат также описания растительного мира. Интересуясь возможностями изобретения летательного аппарата, ученый внимательно изучал и делал зарисовки птиц в полете. Однако все свои наблюдения он тщательно зашифровывал, и его современники даже не подозревали об этой огромной работе, которая стала известна лишь в наше время.

Наряду с медленным возрождением анатомии шло возрождение и естественной истории. XV в. принято считать эпохой великих географических открытий; европейские корабли, обогнув берега Африки, достигли Индии и близлежащих островов, открыли Америку. Как и во времена завоеваний Александра Македонского и римлян, ученые получили возможность познакомиться с невиданными растениями и животными.

Итальянский ботаник Просперо Альпини (1533–1617), врач венецианского консульства в Каире, открыл существование мужских и женских особей финиковой пальмы. Правда, впервые это открытие было сделано Теофрастом, почти два тысячелетия назад, но оно было полностью забыто и ученые полагали, что растения не имеют пола. Кроме того, Альпини первым из европейцев описал кофейное дерево.

Своего расцвета естественная история эпохи Возрождения достигла в трудах швейцарского естествоиспытателя Конрада Геснера (1516–1565). Широтой интересов и любознательностью Геснер очень напоминал Плиния. Он, подобно римлянину, тоже был глубоко убежден, что, чем больше выдержек из книг древних ученых накоплено человеком, тем большими знаниями он обладает. За все это Геснера даже прозвали «немецким Плинием».

Переходный период

Уже в первые десятилетия XVI в. европейцы, вырвавшись из тенет мрачного Средневековья, достигли уровня античной науки. Однако для дальнейшего прогресса этого было недостаточно; понадобилось время, чтобы европейские ученые поняли, что труды древних греков – лишь начало, от них нужно отойти, дать простор разуму человека. Но не так легко было освободиться из-под влияния античной науки – ярким примером тому служит деятельность Мондино де Люцци.

Благородную задачу критически переосмыслить наследие прошлого, с тем чтобы двигаться вперед, поставил перед собой немецкий врач и естествоиспытатель Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, известный под именем Парацельса (1493–1541). Он учился медицине у своего отца. Благодаря восприимчивому уму и любви к странствиям ему удалось собрать множество лекарств, неизвестных современникам домоседам, и тем самым снискать себе славу исключительно образованного врача.

Гогенгейм увлекался алхимией, которую европейцы позаимствовали у арабов (а те в свою очередь получили ее «в наследство» от александрийцев). Надо сказать, что главным объектом алхимии было нечто совершенно неуловимое, практически заранее обреченное на неудачу. Во-первых, алхимики пытались найти способы превращения неблагородных металлов (например, свинца) в золото. Во-вторых, они искали так называемый философский камень, который, по их мнению, являлся либо промежуточной стадией превращения металлов в золото, либо универсальным лечебным средством, эликсиром жизни – ключом к бессмертию.

Гогенгейм не видел смысла в попытках «делать» золото. Он считал, что истинная задача алхимии – помогать врачам в лечении болезней. Поэтому он сосредоточил все свое внимание на якобы открытом им философском камне. (Он даже заявил, что благодаря философскому камню будет жить вечно, но, увы, не дожил и до пятидесяти лет!) Увлечение алхимией способствовало тому, что он стал смотреть на минералы как на источники исцеления (вспомним, что минералы были основным сырьем в кухне алхимика) и пренебрегал лекарствами растительного происхождения, к которым столь благоволили древние. Он яростно обрушился на труды античных ученых. Как раз в то время европейцы получили возможность ознакомиться с работами Цельса, ставшими настольными книгами для европейских медиков. Гогенгейм в пику им назвал себя Парацельсом (что значит «лучше Цельса»); под этим именем он и вошел в историю науки.

Будучи городским врачом в Базеле и стремясь открыто высказать свои взгляды, Парацельс публично сжег на городской площади труды Галена и Авиценны. Дело кончилось тем, что консервативно настроенные врачи изгнали его из Базеля (1528), но и эта крайняя мера не повлияла на его воззрения. Разумеется, Парацельсу не удалось ниспровергнуть ни греческой науки, ни даже греческой биологии, но его нападки на культуру древних привлекли внимание других ученых. Собственные теории немецкого врача были немногим лучше теорий греков, с которыми он столь яростно сражался, но в то время борьба с предрассудками была необходима. Неприкрытая непочтительность Парацельса к древним не привела к желаемым результатам, и греческая наука продолжала сковывать европейский дух. Но ее влияние было заметно ослаблено, а устои правоверного мышления поколеблены.

Глава III
Рождение современной биологии

Новая анатомия

Год 1543-й… Этот год обычно связывают с началом так называемой научной революции. Именно в 1543 г. польский астроном Николай Коперник (1473–1543) опубликовал книгу «Об обращениях небесных сфер», в которой впервые излагалось новое представление о солнечной системе (так называемая гелиоцентрическая система мира). Коперник утверждал, что Солнце является центром, а Земля – планетой, которая движется по орбите вокруг Солнца, как и любая другая планета. Эта гипотеза послужила началом конца античных представлений о Вселенной, о неподвижной Земле в центре солнечной системы. Однако понадобилось почти сто лет ожесточенной борьбы, чтобы новая точка зрения восторжествовала.

В 1543 г. появилась еще одна книга, столь же революционная по своему значению для биологии, как и книга Коперника для физики. Она называлась «О строении человеческого тела»; ее автором был крупнейший анатом эпохи Возрождения Андреас Везалий (1514–1564).

Везалий получил образование в Нидерландах, в строгих традициях школы Галена, к которому всегда питал чувство глубокого уважения. Закончив обучение, он отправился в Италию, где научная атмосфера была более свободна от предрассудков. Там Везалий возродил традиции Мондино де Люцци и собственноручно анатомировал трупы. В тех случаях, когда при вскрытии он обнаруживал расхождения с описаниями древнегреческих ученых, Везалий осмеливался выступать с критикой древних.

Книга, которая явилась плодом его наблюдений, была первой наиболее точной работой по анатомии человека. По сравнению с более ранними трудами у нее было два существенных преимущества: во-первых, ее выход совпал с расцветом книгопечатания и она очень быстро разошлась по всей Европе; во-вторых, она была снабжена великолепными иллюстрациями – многие из них делал ученик Тициана. Человеческое тело изображалось в естественных положениях; особенно удачными были рисунки мышц.

Жизнь Везалия после опубликования книги сложилась крайне несчастливо. Его взгляды были признаны еретическими, анатомирование, за которое он так ратовал, продолжало оставаться незаконным актом. Везалий вынужден был предпринять паломничество в Палестину и на обратном пути стал жертвой кораблекрушения.

Следует признать, что революционное воздействие гипотез Везалия в биологии было более эффективным, нежели переворот, совершенный Коперником в астрономии. Утверждения Везалия не казались столь маловероятными, по крайней мере на первый взгляд, как движение огромной Земли в пространстве. Ученый в спокойной, обстоятельной манере описывал формы и расположение органов человеческого тела; каждый при желании мог удостовериться в его правоте.

Греческую анатомию предали забвению. Новая итальянская анатомия вступила в период расцвета. Габриель Фаллопий (1523–1562), один из учеников Везалия, изучал органы размножения. Ему принадлежит описание труб, идущих от яичников к матке, которые до сих пор известны в медицине под названием фаллопиевых труб.

Другой итальянский анатом, Бартоломео Эустахио (1510–1574.), будучи на словах противником Везалия и сторонником Галена, на практике изучал человеческое тело и предпочитал описывать только то, что видел собственными глазами. Он заново, впервые после Алкмеона, открыл трубу, соединяющую ухо с горлом, которая известна ныне под названием евстахиевой трубы.

Новые веяния в анатомии распространились и на другие области биологии. Как мы помним, Гиппократ был сторонником гуманного метода лечения; увы, в более поздние времена врачи пользовались, в сущности, варварскими методами. Лечение велось из рук вон плохо: так, например, хирургические операции делал не врач, а цирюльник, который, следовательно, не только занимался своим непосредственным делом – стриг и брил, – но и резал человеческое тело. Цирюльники-хирурги были малосведущи в теории; возможно, именно поэтому они охотно прибегали к решительным мерам: дезинфицировали огнестрельные раны кипящим маслом, останавливали сосудистое кровотечение, прижигая края раны раскаленным докрасна железом, и т. д.

Французский хирург Амбруаз Паре (1517–1590) немало потрудился, пытаясь изменить подобные варварские методы лечения. Он начал свою карьеру учеником цирюльника, позже служил в армии в качестве цирюльника-хирурга. Именно там он ввел в лечение поразительные новшества: накладывал мази на огнестрельные раны (при комнатной температуре) и, перевязывая артерии, останавливал кровотечение. Причиняя больному несравненно меньшие боли, чем другие хирурги, он чаще своих собратьев добивался успеха. Не удивительно, что именно его иногда называют отцом современной хирургии.

Кроме того, Паре принадлежит идея создания хитроумных протезов конечностей; он усовершенствовал родовспомогательные приемы и перевел на французский язык краткое изложение трудов Везалия, с тем чтобы цирюльники, не знающие латыни, могли почерпнуть кое-какие сведения о строении человеческого тела, прежде чем кромсать его наугад.

Вскоре врачи вслед за учеными-анатомами, не гнушавшимися собственноручно анатомировать трупы, позабыв об академической важности, снизошли до самостоятельных хирургических операций.

Кровообращение

Выяснение строения и расположения органов тела является основной задачей анатомии. Гораздо труднее изучать их нормальное функционирование – эти вопросы составляют предмет физиологии. Греки были плохими физиологами; их представления о функционировании сердца в большинстве своем ошибочны.

Что сердце – это насос, который перекачивает кровь, не вызывало сомнения. Но откуда поступает кровь и куда она исчезает? Основной ошибкой древнегреческих медиков было то, что они считали вены единственными кровеносными сосудами. Артерии, обычно пустые у трупов, рассматривались ими как воздушные сосуды. (Слово «артерия» в переводе с греческого – «воздушный тракт».)

Правда, Герофил показал, что кровь переносят как вены, так и артерии. По его мнению, оба вида кровеносных сосудов соединяются с сердцем, и вопрос решился бы очень просто, если бы на периферии, в местах, удаленных от сердца, удалось обнаружить связь между венами и артериями. Тщательные анатомические исследования позволили установить, что вены и артерии разветвляются на более мелкие сосуды, которые в конце концов становятся настолько тонкими, что их невозможно разглядеть. Никакой связи между ними обнаружить не удалось.

На этом основании Гален предположил, что кровь движется от одного типа сосудов к другому, переходя из правой половины сердца в левую. Чтобы кровь могла проходить через сердце, утверждал он, в толстой мускульной перегородке, которая делит сердце на правую и левую части, должны быть мельчайшие дырочки. Правда, их никому не удалось разглядеть, но на протяжении семнадцати веков врачи и анатомы вслед за Галеном допускали их существование.

Итальянские анатомы XVI–XVII веков, еще не осмеливаясь выступать открыто, стали подозревать, что дело обстоит не совсем так. Джероламо Фабриций д'Аквапенденте (1537–1619) обнаружил венозные клапаны и показал, как они действуют: беспрепятственно пропускают кровь по направлению к сердцу и задерживают ее при обратном движении.

Казалось, проще всего сделать вывод, что кровь движется по венам только в одном направлении – к сердцу. Однако такой вывод противоречил бы мнению Галена о двустороннем ее движении, поэтому Фабриций лишь осмелился предположить, что клапаны замедляют, а отнюдь не приостанавливают обратный ток крови.

У Фабриция был ученик, английский студент Уильям Гарвей (1578–1657), человек с весьма решительным характером. Вернувшись в Англию, Гарвей занялся изучением сердца и обратил внимание (как и некоторые анатомы до него) на существование в сердце односторонне действующих клапанов. Следовательно, заключил он, кровь притекает в сердце извне и клапаны не дают ей вернуться обратно в вены. Соответственно кровь вытекает из сердца по артериям, но не может вернуться в сердце через односторонне действующие клапаны. Когда Гарвей перевязывал артерию, кровью переполнялась ближняя к сердцу часть; когда он перевязывал вену, раздувалась удаленная от сердца часть. Все это показывало, что кровь не приливает и не отливает, а постоянно движется в одном направлении. Она течет по венам в сердце и затем поступает в артерии, а не наоборот.

Гарвей вычислил, что за один только час сердце перекачивает количество крови, втрое превышающее вес человека. Казалось невероятным, чтобы кровь могла с такой скоростью образовываться и распадаться. Ясно, что где-то за пределами сердца кровь из артерий должна возвращаться в вены через невидимые глазу соединительные сосуды. Предположив существование таких соединительных сосудов, не составляло труда понять, что сердце многократно перекачивает одно и то же количество крови: вены – сердце – артерии – вены – сердце – артерии – вены – сердце – артерии и т. д.

В 1628 г. вышла книга Гарвея «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных», в которой он опубликовал результаты своих наблюдений. Несмотря на небольшие размеры (всего 72 страницы) и скромный внешний вид, книга была под стать своей бурной эпохе – она вызвала полный переворот в истории биологии.

Именно в это время великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564–1642) ратовал за внедрение экспериментального метода в науке, тем самым полностью опровергая точку зрения Аристотеля. Исследование Гарвея было первым серьезным проявлением нового подхода к биологии. Гарвей опроверг учение Галена и заложил основы современной физиологии. (Отметим, что гарвеевское вычисление количества крови, проходящей через сердце, было первой серьезной попыткой применения математики в биологии.)

Само собой разумеется, что врачи – приверженцы старой школы яростно ополчились на Гарвея, но против фактов оказались бессильны. К тому времени, когда Гарвей состарился, его идея кровообращения получила всеобщее признание среди биологов, несмотря на то что сосуды, соединяющие артерии и вены, еще не были открыты. Так европейские ученые окончательно и бесповоротно перешагнули границы античной биологии.

Теория Гарвея положила начало борьбе между двумя антагонистическими концепциями по вопросу природы живого, борьбе, которая идет на протяжении всей истории современной биологии и продолжается до сих пор.

Как утверждают сторонники одной теории, живое существенно отличается от неживого, поэтому, изучая только неживые объекты, нельзя познать жизнь. Значит, имеется два вида законов природы: один для живой материи, другой – для неживой. Эта теория получила название виталистической.

С другой стороны, можно рассматривать жизнь как высокоспециализированную форму материи, которая, однако, существенно не отличается от менее сложно организованных систем неживой природы. Тщательное изучение неживой природы позволит лучше понять живой организм, который, по мнению приверженцев этой точки зрения, является лишь невероятно усложненной машиной. Подобного рода теория характеризует механистический материализм.

Открытие Гарвея, несомненно, послужило доводом в пользу механистического материализма. В самом деле, можно считать, что сердце – это насос, а движение крови подчиняется физическим законам движения жидкости. Если это так, то где же предел? Можно ли полагать, что все остальное в живом организме представляет собой всего-навсего набор сложных и взаимосвязанных механических систем?

Представление об организме как о механическом устройстве разделял крупнейший французский философ того времени Рене Декарт (1596–1650). Но такая точка зрения резко противоречила общепризнанным теориям, и Декарт предусмотрительно подчеркивал, что под «механизмом» он подразумевает тело человека, а не его разум и душу. Разум и душу он рассматривал с точки зрения витализма. Декарт предположил, что взаимосвязь между телом человека и его разумной душой осуществляется через придаток мозга – шишковидную железу, так как ошибочно считал, что шишковидная железа имеется только у человека. Вскоре, однако, выяснилось, что у некоторых примитивных рептилий эта железа развита еще лучше, чем у человека.

Теории Декарта оказали огромное влияние на дальнейшее развитие биологии. У него нашлось немало последователей среди физиологов, которые пытались развивать механико-материалистические взгляды. Так, итальянский физиолог Джованни Альфонсо Борелли (1608–1679) в книге, опубликованной в год его смерти, рассматривал мышцы и кости как систему рычагов. В данном случае такая точка зрения не расходится с истиной, ибо законы действия деревянных рычагов вполне применимы к рычагам из костей и мускулов. Борелли пытался применить принципы механики и к другим органам, например к легким и желудку, однако не столь успешно.