Краткая история науки - Уильям Байнум

Исследования более раннего времени уже показали, что клетка не просто мешок, наполненный однородным веществом. В 1830-х британский ботаник Роберт Браун (1773–1858) доказал, что в каждой клетке имеется некий центральный компонент, ядро, и он выглядит темнее, чем окружающая субстанция.

Браун изучил большое число клеток под микроскопом и убедился, что ядро есть у всех. Вскоре все ученые приняли идею ядра, и остальная материя, находящаяся внутри клетки, получила название «протоплазма».

Это слово обозначает буквально «первоформа», нечто, оформившееся первым, и его использовали, поскольку в то время протоплазму воспринимали как живое вещество внутри клетки, чья функция – дать жизнь разным существам. Со временем в клетке были обнаружены другие структуры, помимо ядра, и все они получили свои имена.

Ученые быстро приняли открытие ядра и прочих частей клетки, но совсем другая история оказалась с очень старым спором вокруг гипотезы «самопроизвольного возникновения». Ее сторонники утверждали, что гниющее мясо и застойная вода порождают множество разновидностей крошечных, но живых существ. Люди издавна знали, что если оставить кусок мяса на столе, то через пару дней в нем появятся личинки. Они не знали, что мухи откладывают яйца и личинки выводятся уже из тех, и поэтому не могли придумать никакого другого объяснения, кроме самопроизвольного возникновения.

Рассмотрите каплю воды из пруда под микроскопом, и вы увидите, что в ней просто кишит всякая мелочь.

Откуда она там взялась?

Ученые девятнадцатого века чаще всего отвечали, что все эти существа возникли или были рождены вскормившей их окружающей средой с помощью некоего химического процесса. Это был общий подход к проблеме, и на первый взгляд в нем содержалось рациональное зерно.

Поскольку личинок не было в мясе, когда его оставляли на столе, как еще объяснить их появление, если не принять, что разлагающаяся плоть породила этих отвратительных маленьких существ? При этом мало кто думал, что более сложные организмы – такие как слоны или дубовые деревья – возникают самопроизвольно, но самые простые формы жизни, по всей видимости, зарождались сами по себе исключительно потому, что изменялась окружавшая их среда.

Даже гипотеза Шванна о клетках, кристаллизующихся из жидкости, была частью идеи о самопроизвольном возникновении, в ней живые клетки появлялись из неживого материала.

Натуралисты семнадцатого и восемнадцатого веков думали, что доказали – такой процесс невозможен, но проблема не исчезла. Самопроизвольное возникновение стало темой горячего спора, разгоревшегося в середине девятнадцатого века между двумя французскими учеными. Триумфатор в конечном счете убедил научное сообщество, что такого феномена не существует, но не все так просто, дело в том, что победитель (он оказался прав) играл не совсем честно.

Первым из этих двух ученых был химик Луи Пастер (1822–1895), и в 1850-х он начал подозревать, что живые клетки способны на удивительные вещи. Он занимался изучением химических свойств различных соединений, но работал и с ферментацией, процессом, с помощью которого виноград превращается в вино, а мука становится готовым для выпечки тестом, но в том и другом случае требуется добавить дрожжи.

До Пастера думали, что ферментация – один из видов химических реакций, где дрожжи выступают в качестве катализатора, ускоряя процесс, но сами при этом не меняясь. Пастер показал, что ферментация – биологический процесс, причиной которого являются дрожжи как живые организмы, их жизненный цикл, основанный на сахарах винограда или муки.

Клетки дрожжей делились, чтобы произвести новые клетки, и в процессе своей активности либо производили алкоголь в вине, либо делали тесто пышным и легким. Конечно, эти процессы нужно было прервать вовремя посредством нагревания материала. Если позволить дрожжам размножаться дальше, то вино превратится в уксус, а тесто потеряет вкусовые качества.

И Пастер задумался – если так все обстоит при ферментации, то почему бы микроорганизмам вроде дрожжей не быть вовлеченным в реакции, которые считаются химическими, вроде самопроизвольного возникновения? И он вступил в публичный спор со своим соратником, который был сторонником древней гипотезы, с Феликсом Пуше (1800–1872).

В серии экспериментов Пастер кипятил смесь воды и соломы, чтобы сделать их стерильными. Затем он оставлял этот «суп» на открытом воздухе, чтобы в него могли осаждаться частички пыли. Обычно, если исследовать оставленную в таких условиях жидкость через несколько дней, то будет видно, что она кишит микроорганизмами. Пастер же продемонстрировал, что если не дать частичкам пыли попадать в раствор, тот так и останется стерильным.

Чтобы показать, что микроорганизмы приносятся пылью извне, а не воздухом самим по себе, он спроектировал особый сосуд с изогнутым горлышком – как шея лебедя, – через которое проходил воздух, но не проходила пыль.

Когда Пуше провел тот же самый опыт, то в его сосуде через несколько дней обнаружились микроорганизмы. Он воспринял это как доказательство гипотезы самопроизвольного возникновения, ну а Пастер заявил, что его конкурент недостаточно тщательно проводил стерилизацию перед экспериментом, и вообще всегда отличался ленью.

Пастер тогда победил, пусть он даже замалчивал результаты собственных экспериментов, если они не показывали то, что он хотел, а демонстрировали правоту Пуше. Триумфа он добился частью потому, что был упорным, решительным ученым, верившим в свою правоту, но частью и потому, что утверждение Вирхова «все клетки порождаются клетками» в то время набирало популярность.

Люди хотели верить Пастеру потому, что его теории были большим шагом вперед по сравнению со всем остальным, и это иногда тоже очень важно в науке.

Использование микроскопов позволило биологической и врачебной науке очень сильно продвинуться вперед. Совершеннее стали как сами приборы, так и инструменты для подготовки образцов. Большое значение приобрели химикалии, дававшие красящий эффект, поскольку они помогали окрашивать и выделять те части клеточной структуры, которые в противном случае ускользнули бы от рассмотрения.

После «окрашивания» ядра, например, стало ясно, что внутри него расположены нитеподобные объекты, позже названные «хромосомами» («хромо» по-гречески означает «цвет»). Когда клетка делится, то хромосомы выглядят так, словно они распухают.

Значение этого открытия и функции других частей клетки, открытых в то время учеными, были осознаны только в двадцатом веке, но врачи и биологи века девятнадцатого начали их изучение. Сверх всего они показали, что, если ты хочешь понять, как функционирует организм животного или растения в здоровом или больном состоянии, ты должен начать с клеток, из которых этот организм состоит.

Один вид клеток – одноклеточный организм, именуемый «бактерией» – оказался исключительно важным в нашем понимании болезней.

На этом мы не расстаемся с Луи Пастером, поскольку он сыграл центральную роль в установлении связи между микробами и болезнями и благодаря ему мы узнали гораздо больше о том, какое значение имеют микроорганизмы во многих аспектах повседневной жизни.