Текст книги "100 великих научных открытий"

Автор книги: Дмитрий Самин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 33 (всего у книги 46 страниц)

Современники сочли доводы Ламарка противоречивыми и шаткими и не приняли его теорию. Однако некоторые идеи Ламарка до сих пор привлекают внимание леченых и в XX столетии дали начало нескольким неоламаркистским концепциям».

СРАВНИТЕЛЬНАЯ АНАТОМИЯ

Кювье справедливо считается основоположником сравнительной анатомии, или как, говорят сегодня – сравнительной морфологии. Но у Кювье на этом поприще были предшественники – в частности, Вик д'Азир. Заслуга Кювье – и притом никем не превзойденная – заключается в том, что он широко и щедро раздвинул базу аргументов в защиту учения об аналогах, гомологах и корреляции, углубил интерпретацию задач морфологии, великолепно формулировал ее первые «законы»…

Жорж Леопольд Христиан Дагобер Кювье (1769–1832) родился в небольшом эльзасском городке Монбельяре. Мальчик поражал ранним умственным развитием. В четыре года он уже читал. Чтение стало любимым занятием, а потом и страстью Кювье. Его любимой книгой была «Естественная история» Бюффона. Иллюстрации из нее Кювье постоянно перерисовывал и раскрашивал.

В школе он учился блестяще. Пятнадцати лет Кювье поступил в Каролинскую академию в Штутгарте, где избрал факультет камеральных наук. Здесь он изучил право, финансы, гигиену и сельское хозяйство. Но больше всего его влекло к изучению животных и растений. Почти все его товарищи бьши старше его. Среди них нашлось несколько молодых людей, интересующихся биологией. Кювье организовал кружок и назвал его «академией».

Через четыре года Кювье окончил университет и вернулся домой. Родители постарели, пенсии отца едва хватало, чтобы сводить концы с концами. Кювье узнал, что граф Эриси ищет для своего сына домашнего учителя. Кювье поехал в Нормандию в 1788 году, накануне французской революции. Там, в уединенном замке, провел он самые бурные в истории Франции годы.

Поместье графа Эриси находилось на берегу моря, и Кювье впервые увидел живьем морских животных, знакомых ему по рисункам. Он вскрывал этих животных и изучал внутреннее строение рыб, крабов, мягкотелых, морских звезд, червей. Он с изумлением нашел, что у так называемых низших форм, у которых ученые его времени предполагали простое строение тела, существует и кишечник с железами, и сердце с сосудами, и нервные узлы с отходящими от них нервными стволами. Кювье проник своим скальпелем в новый мир, в котором еще никто не делал точных и тщательных наблюдений. Результаты исследований он подробно описал в журнале «Зоологический вестник».

Когда в 1794 году сыну графа Эриси пошел двадцатый год, служба Кювье окончилась, и он опять оказался на распутье. Парижские ученые пригласили Кювье работать в только что организованный Музей естественной истории.

Весной 1795 года Кювье приехал в Париж. Он очень быстро выдвинулся и в том же году занял в парижском университете – Сорбонне – кафедру анатомии животных. В 1796 году Кювье был назначен членом национального института, в 1800 году занял кафедру естественной истории в College de France. В 1802 году занял кафедру сравнительной анатомии в Сорбонне.

Первые научные работы Кювье были посвящены энтомологии. В Париже, изучая богатые коллекции музеи, Кювье постепенно убедился, что принятая в науке система Линнея не вполне соответствует действительности. Линней разделял животный мир на 6 классов: млекопитающие, птицы, гады, рыбы, насекомые и черви. Кювье же предложил другую систему. Он считал, что в мире животных существует четыре типа строения тела, совсем несходных между собой.

Глубокие познания в анатомии животных позволили Кювье восстанавливать облик вымерших существ по их сохранившимся костям. Кювье убедился, что все органы животного тесно связаны друг с другом, что каждый орган нужен для жизни всего организма.

Каждое животное приспособлено к той среде, в которой оно живет, находит корм, укрывается от врагов, заботится о потомстве. Если это животное травоядное, его передние зубы приспособлены срывать траву, а коренные – растирать ее. Массивные зубы, растирающие траву, требуют крупных и мощных челюстей и соответствующей жевательной мускулатуры. Стало быть, у такого животного должна быть тяжелая, большая голова, а так как у него нет ни острых когтей, ни длинных клыков, чтобы отбиться от хищника, то оно отбивается рогами. Чтобы поддерживать тяжелую голову и рога, нужны сильная шея и большие шейные позвонки с длинными отростками, к которым прикреплены мышцы. Чтобы переваривать большое количество малопитательной травы, требуется объемистый желудок и длинный кишечник, а, следовательно, нужен большой живот, нужны широкие ребра. Так вырисовывается облик травоядного млекопитающего.

«Организм, – говорил Кювье, – есть связное целое. Отдельные части его нельзя изменить, не вызывая изменения других». Эту постоянную связь органов между собой Кювье назвал «соотношением частей организма».

Задача морфологии – вскрыть закономерности, которым подчинена структура организма, а методом, позволяющим установить каноны и нормы организации, служит систематически проведенное сравнение одного и того же органа (или одной и той же системы органов) через все разделы животного царства. Что же дает это сравнение? Оно точно устанавливает, во-первых, место, занимаемое определенным органом, в теле животного, во-вторых, все модификации, испытываемые этим органом на различных ступенях зоологической лестницы, и, в-третьих, взаимосвязь между отдельными органами, с одной стороны, а также ими и организмом в целом – с другой. Вот эту-то взаимосвязь Кювье квалифицировал термином «органические корреляции» и сформулировал так: «Каждый организм образует единое замкнутое целое, в котором ни одна из частей не может измениться, чтоб не изменились при этом и другие».

«Изменение одной части тела, – говорит он в другом своем произведении, – оказывает влияние на изменение всех других». Примеров, иллюстрирующих «закон корреляции», можно привести сколько угодно. И не удивительно, говорит Кювье: на нем ведь держится вся организация животных. Возьмите какого-нибудь крупного хищника: связь между отдельными частями тела его бьет в глаза своею очевидностью. Тонкий слух, острое зрение, хорошо развитое обоняние, крепкая мускулатура конечностей, позволяющая делать прыжки в сторону добычи, втяжные когти, ловкость и быстрота в движениях, сильные челюсти, острые зубы, простой пищеварительный тракт и т. д. – кому неизвестны эти «соотносительно развитые» особенности льва, тигра, леопарда или пантеры? А посмотрите на любую птицу: вся ее организация составляет «единое, замкнутое целое», и это единство в данном случае сказывается как своего рода приспособленность к жизни в воздухе, к полету. Крыло, мускулатура, приводящая его в движение, сильно развиты гребень на грудине, полости в костях, своеобразное строение легких, образующие воздушные мешки, высокий тонус сердечной деятельности, хорошо развитый мозжечок, регулирующий сложные движения птицы, и т. д. Попробуйте изменить что-нибудь в этом комплексе структурных и функциональных особенностей птицы: любая такая перемена, говорит Кювье, неминуемо скажется в той или иной степени, если не на всех, то на многих других особенностях птицы. Параллельно с корреляциями морфологического характера идут корреляции физиологические. Строение органа связано с его функциями. Морфология не оторвана от физиологии. Всюду в организме наряду с корреляцией наблюдается и иная закономерность. Ее Кювье квалифицирует как соподчинение органов и соподчинение функций.

Субординация органов связана с соподчинением функций, развиваемых этими органами. Однако и то, и другое в такой же мере связано с образом жизни животного. Тут все должно находиться в некотором гармоничном равновесии. Раз эта относительная гармония поколеблена, то немыслимым будет и дальнейшее существование животного, ставшего жертвой нарушенного равновесия между его организацией, отправлениями и условиями существования.

«При жизни органы не просто объединены, – пишет Кювье, – но и влияют друг на друга и конкурируют все вместе во имя общей цели.

Нет ни одной функции, которая не нуждалась бы в помощи и соучастии почти всех других отправлений и не чувствовала бы в большей или меньшей мере степень их энергии…

Очевидно, что надлежащая гармония между взаимно действующими органами является необходимым условием существования того животного, которому они принадлежат, и что если какая-либо из этих функций будет изменена вне соответствия с изменениями других отправлении организма, то он не сможет существовать».

Итак, знакомство со строением и отправлениями нескольких органов – а часто и всего лишь одного органа – позволяет судить не только о структуре, но и об образе жизни животного. И наоборот: зная условия существования того или иного животного, мы можем представить себе и его организацию. Впрочем, прибавляет Кювье, не всегда можно судить об организации животного на основании его образа жизни: как, в самом деле, связать жвачность животного с наличием у него двух копыт или рогов?

Насколько Кювье был проникнут сознанием постоянной связанности частей тела животного, видно из следующего анекдота. Один из его учеников захотел пошутить над ним. Он нарядился в шкуру дикого барана, ночью вошел в спальню Кювье и, став возле его кровати, диким голосом закричал: «Кювье, Кювье, я тебя съем!» Великий натуралист проснулся, протянул руку, нащупал рога и, рассмотрев в полутьме копыта, спокойно ответил: «Копыта, рога – травоядное; ты меня не можешь съесть!»

Создав новую область знания – сравнительную анатомию животных, – Кювье проложил в биологии новые пути исследования. Тем самым было подготовлено торжество эволюционного учения.

ОСНОВЫ ЭМБРИОЛОГИИ

«Ab ovo» – гласит древнелатинская поговорка. Это означает «от яйца», «начать с начала». Как зарождается жизнь человека и животных, с чего она начинается? Отрывочные эмбриологические наблюдения производились уже Аристотелем. Однако еще в XVII и XVIII веках господствовала так называемая теория преобразования, или эволюции. По этой теории будущий организм предсуществует в яйце готовый, со всеми своими частями. Этих частей в ранних стадиях не видно только потому, что они очень малы и прозрачны. Прямым следствием этой теории было допущение, что в микроскопическом зародыше предсуществуют уже и те зародыши, которых он впоследствии произведет на свет; в этих зародышах также вложены зародыши и так далее, – целые поколения будущих организмов предобразованы в каждом яйце. Так как в то время натуралисты, какие бы теории им в голову ни приходили, старались согласовать их со Священным Писанием, то некоторые досужие головы стали вычислять, сколько зародышей было вложено в яичниках праматери рода человеческого Евы, и определяли число их приблизительно в 200 000 миллионов.

Мало того, так как для развития яйца необходимо оплодотворение, то есть соединение яйца с живчиком, то возникал вопрос: в котором же из соединяющихся элементов вложены зародыши, в яйце или в живчике? Вопрос этот разделил ученых на две школы: овистов, утверждавших, что зародыши вложены в яйцо, а живчик служит лишь для возбуждения развития, – и сперматиков, которые были убеждены, что зародыши находятся в живчике, а яйцо доставляет лишь питательный материал для них.

Только во второй половине XVIII века появилась знаменитая «Theoria Generations» берлинского врача Каспара Фридриха Вольфа (1734–1794), положившая начало теории эпигенеза, то есть постепенного образования органов зародыша из первоначально простой (по Вольфу даже неорганизованной) основы. Сочинение это обозначает собою эпоху в эмбриологии, но мысли, проводимые в нем, не были при появлении диссертации Вольфа оценены. Сама диссертация, пройдя почти незаме-ченною, была так основательно забыта, что лишь в 1812 году, когда Меккель отыскал ее и перевел с латинского языка на немецкий, на теорию эпигенеза обратили надлежащее внимание. Тот же Вольф положил основание и теории зародышевых пластов, или листков, показав, что зародыш состоит из слоев, идущих каждый на развитие известных органов. Это открытие Вольфа также не было поначалу оценено по достоинству. Окен среди прочего, критикуя работу Вольфа, говорит: «Этого не может быть, так как организм возникает не из листков, а из пузырей».

В 1817 году Пандер, занимаясь развитием цыпленка, опубликовал свое исследование, содержавшее много ценных данных и подтвердившее теорию Вольфа об эпигенезе и о зародышевых пластах. Но работа Пандера, как и диссертация Вольфа, не была понята современниками. Не понял ее и тот, кто по праву считается основателем эмбриологии – Карл Бэр.

Карл Эрнст Бэр (1792–1876) родился в местечке Пип, в Гервенском округе Эстляндской губернии. Маленький Карл рано начал интересоваться разными предметами природы и нередко приносил домой разные окаменелости, улиток и тому подобные вещи. Семилетним мальчиком Бэр не только не умел еще читать, но и не знал ни одной буквы. Впоследствии он очень был доволен тем, что «не принадлежал к числу тех феноменальных детей, которые, из-за честолюбия родителей лишаются светлого детства».

Затем с Карлом занимались домашние учителя. Одиннадцатилетний Карл уже знаком с алгеброй, геометрией и тригонометрией. В августе 1807 года мальчика отвезли в дворянскую школу при городском соборе в Ревеле. В первой половине 1810 года Карл окончил курс школы. Он поступает в Дерптский университет. Здесь Бэр решает избрать медицинскую карьеру.

Когда в 1812 году последовало вторжение Наполеона в Россию и армия Макдональда угрожала Риге, многие из дерптских студентов, в том числе и Бэр, отправились, как истинные патриоты, на театр военных действий.

В 1814 году Бэр выдержал экзамен на степень доктора медицины. Им была представлена и защищена диссертация «Об эндемических болезнях в Эстляндии». Но все же осознавая недостаточность полученных знаний, он попросил отца отправить его для довершения медицинского образования за границу.

Бэр отправился за границу, избрав для продолжения своего медицинского образования Вену, где преподавали такие тогдашние знаменитости, как Гильдебранд, Руст, Беер и другие. Осенью 1815 года Бэр прибыл в Вюрцбург к другому известному ученому – Деллингеру. Всю свою жизнь Бэр хранил живейшую благодарность Деллингеру, который не жалел ни времени, ни труда для его обучения.

Затем он поступает прозектором к профессору Бурдаха, на кафедру физиологии в Кенигсбергском университете. В качестве прозектора Бэр тотчас же открыл курс сравнительной анатомии беспозвоночных животных, носивший прикладной характер, так как он состоял преимущественно из показывания и объяснения анатомических препаратов и рисунков.

С этих пор преподавательская и научная деятельность Бэра вошла в свою постоянную колею. Он руководил практическими занятиями студентов в анатомическом театре, читал курсы по анатомии человека и антропологии. Бэр находит также время подготавливать и публиковать специальные самостоятельные работы.

В 1819 году ему удалось получить повышение: его назначили экстраординарным профессором зоологии, с поручением приняться за устройство при университете зоологического музея.

В 1826 году Бэр был назначен ординарным профессором анатомии и директором анатомического института с освобождением от лежавших до сих пор на нем обязанностей прозектора.

То было время подъема научной деятельности ученого. Самый большой успех принесли Бэру эмбриологические исследования.

Когда Бэр работал у Деллингера, последний предложил ему заняться исследованиями развития цыпленка – классическим объектом эмбриологов благодаря доступности материала и величине яйца. Бэр в то время еще колебался в выборе карьеры, а работа требовала большой затраты времени и денег. Поэтому он уговорил взяться за эту работу своего приятеля Пандера.

Получив диссертацию Пандера, изданную без рисунков, он не смог ее понять. И лишь когда Пандер прислал ему более полное издание своей работы, снабженное рисунками, Бэр несколько уяснил себе ее содержание. Однако полного понимания ее он достиг только тогда, когда взялся за самостоятельное исследование истории развития цыпленка.

Эта непонятность работы Пандера зависела, во-первых, от неясного изложения, а во-вторых, по-видимому, от того, что автор, добросовестно наблюдая и описывая все, что он видел, не имел при этом никакой руководящей, обобщающей идеи.

Бэр, приступая к изучению эмбриологии цыпленка, находился благодаря своей широкой сравнительно-анатомической подготовке, совершенно в иных условиях, чем Пандер. Владея уже представлением о типе позвоночных, он был подготовлен к тому, чтобы уловить черты этого типа в эмбриональном развитии. И вот, наблюдая ту раннюю стадию развития, когда на зародышевой пластинке образуются два параллельных валика, впоследствии смыкающиеся и образующие мозговую трубку, Бэр делает вывод, что «тип руководит развитием, зародыш развивается, следуя тому основному плану, по которому устроено тело организмов данного класса». Он обратился к другим позвоночным животным и в развитии их нашел блестящее подтверждение своей мысли: как бы не были различны позвоночные животные – везде появляются спинные валики и образующаяся из них нервная трубка, везде пищеварительный канал образуется желобоватым загибом нижнего зародышевого листка, везде пупок образуется на брюшной стороне, обращенной к желтку. Обратившись к развитию животных иных типов, Бэр увидел, что и там в каждом типе есть свой рано выражающийся порядок и способ развития. Так, у членистых животных весьма рано замечается поперечное расчленение зародыша, образуется и обращается наружу прежде брюшная сторона, а не спинная, и если есть пупок, то он находится на спине.

Громадное значение «Истории развития животных», опубликованной Бэром в 1828 году, состоит не только в отчетливом выяснении основных эмбриологических процессов, но главным образом в гениальных выводах, собранных в конце первого тома этого сочинения под общим названием «Схолии и короллярии». Английский ученый Гексли, который в 1855 году перевел отрывок из этих «схолий» на английский язык, выражает в предисловии сожаление, что в его стране так долго было неизвестно сочинение, которое содержит самую глубокую и здравую философию зоологии и даже биологии вообще. Другой знаменитый зоолог, Бальфур, говорит, что все исследования по эмбриологии позвоночных, которые вышли после Бэра, могут быть рассматриваемы как дополнения и поправки к его труду, но не могут дать ничего столь нового и важного, как результаты, добытые Бэром. Укажем лишь на некоторые из этих результатов.

Задавая себе вопрос о сущности развития, Бэр отвечает на него: всякое развитие состоит в преобразовании чего-либо ранее существующего.

«Это положение так просто и безыскусно, – говорит Розенберг, автор прекрасной речи о заслугах Бэра, – что оно кажется почти бессодержательным. И однако оно имеет большое значение». Дело в том, что в процессе развития каждое новое образование возникает из более простой предсуществующей основы. Так, например, легкое возникает как выпячивание первоначально простой пищеварительной трубки; глаз – как вырост мозгового пузыря; слуховой лабиринт образуется как углубление кожи, отшнуровывающейся от нее в виде мешочка, и так далее. Таким образом, выясняется важный закон развития, что в зародыше появляются сперва общие основы, и из них обособляются все более и более специальные части. Этот процесс постепенного движения от общего к специальному известен в настоящее время под именем дифференциации.

Выяснив принцип дифференциации зародыша, Бэр тем самым положил раз и навсегда конец теории предобразования, или эволюции, и обеспечил окончательное торжество Вольфову принципу эпигенеза.

Другое общее положение Бэра, находящееся в тесной связи с только что рассмотренным, гласит: история развития индивида есть история растущей индивидуальности во всех отношениях. Опять-таки, на первый взгляд, очевидный вывод. На деле, однако, вывод этот получить было нелегко и содержание его далеко немаловажно. «Опыт показывает, – говорит Бэр, – что выводы бывают вернее, когда результаты их предварительно достигнуты наблюдением; если бы это было иначе, то человек должен был бы получать гораздо большее духовное наследство, чем это есть в действительности». Главное значение только что произведенного вывода Бэра тотчас выясняется, если его изложить несколько подробнее. Дело в том, что развивающееся существо, как подметил Бэр, первоначально обнаруживает лишь принадлежность к тому или другому типу. Затем выступают понемногу признаки класса, то есть если, например, мы наблюдаем развитие позвоночного, то выясняется, имеем ли дело с будущею птицею, млекопитающим и так далее. Еще позднее выясняются признаки отряда, семейства, рода, вида и, наконец, после всего выступают уже чисто индивидуальные признаки.

При этом зародыш не проходит через непрерывный ряд форм, соответствующих готовым существам разной степени совершенства, как представляли себе развитие животных натурфилософы, – но скорее отделяется, отграничивается все более и более от всех форм, кроме той, к которой стремится его развитие.

Бэр, устанавливая своими эмбриологическими исследованиями принцип постепенного расхождения признаков, подготовил возникновение идеи о родственной связи органов в виде сложного, обильно разветвленного генеалогического дерева:

«Чем более ранние стадии развития мы исследуем, тем более сходства находим мы между различными животными. Поэтому возникает вопрос: не одинаковы ли в существенных чертах все животные в самом начале своего развития и нет ли для них одной общей исходной формы?.. По выводу нашей второй схолии, зародыш может быть рассматриваем как пузырь, которым в яйце птиц обрастает желток постепенно… в яйце лягушки является еще ранее, чем обнаруживается тип позвоночного, а у млекопитающих уже с самого начала окружает незначительную массу желтка. Но так как зародыш есть не что иное, как целое животное, только недоразвитое, то не без основания можно утверждать, что простая форма пузыря есть общая основная форма, из которой развились все животные, и не только в идеальном смысле, но исторически».

Для всякого, кто мало-мальски знаком с эмбриологией, из этой выписки ясно, что Бэр совершенно правильно подметил и оценил весьма важную эмбриональную фазу, известную в настоящее время под именем бластулы.