Краткая история науки - Уильям Байнум

Существуют вещи, которые мы просто не в состоянии увидеть или услышать. Многие звезды находятся за пределами нашего взгляда, нам недоступны атомы или даже крошечные создания, кишащие в лужицах дождевой воды. Мы не различаем звуки, которые способны уловить многие птицы или обыкновенные мыши.

Но мы можем исследовать эти явления тоже, задавать вопросы и использовать инструменты, которые позволяют нам увидеть или услышать то, что недоступно невооруженному глазу или уху. И точно так же как телескопы дают возможность изучать бездны космоса, микроскопы становятся для нас окошками в микромир, населенный крошечными строительными блоками, из которых состоят живые существа.

В семнадцатом веке пионер микробиологии Антони ван Левенгук использовал небольшой микроскоп, чтобы взглянуть на клетки крови или на волоски, украшающие ногу мухи. Столетием позже более совершенные приборы позволяли натуралистам изучать эти анатомические детали в подробностях и взяться за множество крошечных живых существ.

«Составной» микроскоп позволил добиться еще большего увеличения: он представляет собой трубу с двумя линзами, вторая увеличивает изображение, созданное первой, так что вы получаете дважды увеличенный образ.

Многие мыслители прошлого не доверяли микроскопам всецело, ранние образцы составных микроскопов создавали искажения или даже иллюзии разных видов – например, странные цвета или линии там, где ничего не было. Но в то время имелись только грубые методы подготовки образцов для изучения – отделения их и закрепления на предметном стекле (тонкой стеклянной пластине). Вследствие этого отдельные ученые считали, что возня с подобными приборами не стоит усилий.

Но все же врачи и биологи хотели понять, как функционируют наши тела, причем со всей возможной точностью. Во Франции Ксавье Биша (1771–1802) начал исследовать разные субстанции – то, что мы называем «тканями», – твердые наподобие костей, мягкие, как жир, или жидкие вроде крови, все, из которых состоит человеческое тело.

Биша понял, что некоторые разновидности тканей ведут себя сходным образом вне зависимости от того, в какой части организма находятся. Таким образом, все мускулы состоят из похожей ткани, и не важно, что их сокращения приводят в движение руки, ноги или голову. Все сухожилия (то, что соединяет мускулы и кости) или тонкая прослойка, именуемая серозной тканью (она, например, окружает сердце) – одинаковы по всему телу.

Изучение клеток и тканей получило имя «гистология», и Биша назвали «отцом гистологии». Но при этом французский ученый с подозрением относился к микроскопам, он использовал простое увеличительное стекло.

Работы Биша вдохновили других ученых заняться растениями и животными и теми крохотными «строительными блоками», из которых состоят эти существа. В самом начале девятнадцатого века существовало несколько конкурирующих гипотез по поводу того, какими являются эти самые блоки. Затем технические проблемы, имевшиеся у составных микроскопов, были разрешены во Франции и Британии (в 20-х годах), и с этого времени ученые, использующие эти инструменты, могли быть уверены, что они видят то, что есть на самом деле.

В 1830-х новые микроскопы помогли двум немецким исследователям доказать, что «кирпичики жизни» на самом деле клетки и что все растения и животные состоят из клеток. Одним из этой пары был ботаник Маттиас Шлейден, другим – врач Теодор Шванн (1810–1872). Шванн изучал то, как функционируют клетки и как они появляются.

В клетках растений и животных имеет место активность, делающая возможными такие феномены, как движение, переваривание пищи, дыхание и восприятие окружающего мира. Клетки действуют вместе, и понимание того, как это происходит, является ключевым, если вы хотите понять, как функционируют живые существа всех видов.

Когда вы наносите себе повреждение – скажем, порезали палец, – вырастает новая кожа, чтобы исцелить рану. Но если ткани состоят из клеток (а кожа тоже вид ткани), то откуда берутся новые клетки?

Шванн интересовался химией, и он предположил, что новые клетки кристаллизуются из особой жидкости, точно так же как в лаборатории кристаллы выращивают из определенных растворов. Он хотел выяснить, как формируется зародыш в яйце или в утробе животного, и также размышлял о том, откуда возникают клетки, когда вы зарабатываете царапину или синяк.

Как врач Шванн видел, что область вокруг повреждения становится красной и может раздуваться от клеток гноя. Эти клетки, считал он, кристаллизуются из жидкости, которая появляется при возникновении опухоли. Это интересная гипотеза, в которой сочетаются достижения химии и биологии, но быстро стало ясно, что она слишком проста.

По мере того как улучшались микроскопы, больше и больше ученых начинало наблюдать за жизнью клеток. Одним из наиболее известных исследователей в этой области стал Рудольф Вирхов (1821–1902). Человек широких интересов, большей частью патолог, он также активно занимался общественным здоровьем, политикой, антропологией и археологией (он помогал на раскопках древней Трои, о которой Гомер написал за восемь веков до н. э.).

В пятидесятых годах девятнадцатого века Вирхов начал размышлять, что клеточная теория может значить для медицины и для науки о болезнях, именуемой патологией. Подобно Шванну он считал клетки основой любого живого существа, и человека тоже. Понимание их функций и при здоровом, и при больном состоянии помогло бы создать новый вид медицины, научной в полном смысле слова.

Свои идеи Вирхов изложил в очень важной книге, названной «Целлюлярная патология» (1858). Он показал, что болезни, от которых доктора лечат пациентов и последствия которых могут позже наблюдать во время аутопсии (изучая тела после смерти), всегда являются последствием того, что происходит в мире клеток. Например, рост раковых опухолей (которыми Вирхов интересовался в особенности), воспаление, когда возникают гной и опухоль, и даже сердечные хвори.

«Учись смотреть микроскопически», – всегда учил он своих студентов во время занятий по патологии: обязательно заглядывай на клеточный уровень.

Вирхов комбинировал результаты великолепных собственных наблюдений с глубокими размышлениями в области биологии. Он считал, что «все клетки происходят от других клеток», и именно в этом пошел дальше Шванна.

Вирхов имел в виду, что гнойные клетки в воспаленной опухоли – после занозы или царапины, например – на самом деле порождаются другими клетками, а не кристаллизуются из некоей жидкости. Он также сделал заключение, что клетки рака вырастают из других клеток, которые по каким-то причинам стали вести себя неправильно и продолжили делиться, когда настало время остановить этот процесс.

Каждая клетка, которую мы можем рассмотреть под микроскопом, произведена уже существующей клеткой (известной как «материнская клетка»), разделившейся на две «дочерние» клетки. И в самом деле, по мере того как биологи продолжали наблюдения, они чаще и чаще видели процесс деления. Еще они заметили, что внутренности клеток, по всей видимости, изменялись; когда клетка делилась на две, происходило нечто особенное.