Но это лишь непосредственная причина явления; и если мы хотим знать, почему растворимость уменьшилась на поврежденной поверхности, Оствальд объясняет нам это, показывая, что кристаллизация стремится сформировать многогранник, в котором поверхностная энергия является относительным минимумом.
ГЛАВА VI. ПИТАНИЕ У ЖИВОГО СУЩЕСТВА И У КРИСТАЛЛА.
Ассимиляция и рост в кристалле. — Методы роста в кристалле и в живом существе; интуссусцепция; аппозиция. — Вторичный и неважный характер процесса интуссусцепции.
Я уже заявлял (гл. VI, стр. 209), что питание может рассматриваться как наиболее характерное и существенное свойство живых существ. Такие существа находятся в состоянии постоянного обмена с окружающей средой. Они ассимилируют и диссимилируют. Путем ассимиляции вещество их существа увеличивается за счет окружающего алиментарного материала, который становится подобным веществу самого существа.
Ассимиляция и рост в кристалле. — В кристалле существует свойство, аналогичное питанию, своего рода нутритивность, которая является рудиментом этого фундаментального свойства живых существ. Развитие кристалла начинается с примитивного ядра, зародыша кристаллического индивида, который мы вскоре сравним с яйцеклеткой или эмбрионом растения или животного. Помещенный в подходящую питательную среду — то есть в раствор вещества — этот зародыш развивается. Он ассимилирует вещество в растворе, включает его частицы и увеличивается, сохраняя при этом свою форму, воспроизводя свой специфический тип или его разновидность. Его рост продолжается без перерыва. Кристаллический индивид может достичь довольно большого размера, если мы знаем, как правильно его питать — мы могли бы сказать, откармливать. Очень часто в определенное время новая частица кристалла служит в свою очередь примитивным ядром и становится отправной точкой для нового кристалла, привитого к первому.
Взятый из своего маточного раствора, помещенный туда, где он не может питаться, кристалл, остановленный в своем росте, впадает в состояние покоя, не лишенное аналогии с состоянием семени или оживающего животного. Его эволюция возобновляется с возвращением благоприятных условий — ванны из растворимого вещества.
Кристалл находится в отношении постоянного обмена с окружающей средой, которая его питает. Эти обмены регулируются состоянием этой среды, или, точнее, состоянием жидкого слоя, который находится в непосредственном контакте с кристаллами. Он теряет или приобретает вещество, если, например, этот слой нагревается или охлаждается быстрее, чем кристалл. В общем смысле он ассимилирует или диссимилирует в зависимости от того, насыщена или разбавлена его непосредственная среда. Здесь, следовательно, мы имеем своего рода подвижное равновесие, сравнимое в некоторой мере с равновесием живого существа.
Методы роста кристалла и живого существа. Интуссусцепция. Аппозиция. — По правде говоря, кажется, существует полное противопоставление между кристаллом и живым существом в отношении их способа питания и роста. В одном случае метод — интуссусцепция; в другом — аппозиция. Кристаллический индивид — это сплошная поверхность. Его масса непроницаема для питательных материалов. Поскольку доступна только поверхность, включение подобных частиц возможно только путем внешнего сопоставления, и здание увеличивается только потому, что новый слой камней был добавлен к тем, что были там раньше. Напротив, тело животного — это масса, по существу проницаемая. Клеточные элементы, которые его составляют, имеют более или менее округлые и гибкие формы. Их контакт отнюдь не идеален. Они не обладают ни жесткостью, ни точностью подгонки, которые имеют кристаллические частицы. Жидкости и газы могут проникать извне и циркулировать внутри ячеек этой рыхлой конструкции. Ассимиляция может поэтому происходить по всей его глубине, и здание увеличивается, потому что каждый камень сам увеличивается.
Вторичный и обыденный характер процесса интуссусцепции. — Кажущееся противопоставление этих двух процессов, несомненно, уменьшается, если мы сравним простого минерального индивида с элементарной живой единицей, кристаллическую частицу с протоплазматической массой клетки. Не доводя анализ до такой степени, все же легко увидеть, что аппозиция и интуссусцепция — это механические средства, которые живые существа используют одновременно и комбинируют в соответствии со своими потребностями. Твердые части внутреннего и внешнего скелета увеличиваются одновременно путем интерпозиции и суперпозиции. Именно последним методом кости увеличиваются в диаметре, и формируются раковины моллюсков, чешуя рептилий и рыб, а также панцири многих лучистых животных. В этих органах, как и в кристаллах, жизнь и питание происходят на поверхности.
Аппозиция и интуссусцепция — это, следовательно, вторичные, механические устройства, имеющие отношение к физическим характеристикам тела — твердости в кристалле, полужидкости в клеточной протоплазме. Если мы сравним неорганическую жидкую материю с полужидкой организованной материей, мы признаем, что добавление вещества происходит одинаковым образом в каждой — то есть путем интерпозиции. Если мы добавим растворимую соль в жидкость, молекулы соли отделяются и вклиниваются между молекулами жидкости. Поэтому в процессе интуссусцепции нет ничего особенно таинственного или особенно жизненного. Примененная к жидкой протоплазме, это просто диффузия, которая обычно происходит в смешанных жидкостях.
ГЛАВА VII. РАЗМНОЖЕНИЕ В НЕЖИВЫХ ТЕЛАХ И ЖИВЫХ ТЕЛАХ. САМОЗАРОЖДЕНИЕ.
Протоплазма — вещество, которое продолжается — Случай кристалла — Характеристики размножения в живом существе — Свойство роста — Предполагается, что оно ограничено живым существом — Оплодотворение микроорганизмов — Оплодотворение кристаллов — Стерилизация кристаллических и живых сред — Самозарождение кристаллов — Метастабильные и лабильные зоны — Кристаллы глицерина — Возможная гибель кристаллического вида — Заключение.
Мы еще не исчерпали аналогии между кристаллом и живым существом. Обладание специфической формой, тенденция восстанавливать ее путем реинтеграции и существование своего рода питания недостаточны для установления полного сходства. Ему все еще не хватает фундаментальной характеристики — размножения. Шофар некоторое время назад, в атаке, которую он предпринял на физиологические идеи своего времени, метко продемонстрировал это слабое место. «Давайте не будем обращать внимания, — сказал он, — на те интересные факты, касающиеся приобретения типичной формы — факты, которые общи как для минерального мира, так и для живых существ. Тем не менее остается верным, что кристаллический тип никоим образом не происходит от других ранее существовавших типов и что ничто в кристаллизации не напоминает действия предков и законы наследственности».
Этот пробел с тех пор был заполнен. Работа Жерне, Виолетта, Лекока де Буабодрана, эксперименты Оствальда и Таммана, наблюдения Крукса и Армстронга — вся эта серия исследований, так ясно обобщенная М. Лео Эррерой в его эссе по ботанической философии, имела своим результатом установление неожиданной связи между процессами кристаллизации и процессами размножения у животных и растений.
Протоплазма — это вещество, которое продолжается. Случай кристалла. — При нынешних условиях живое существо любого рода происходит от другого живого существа, подобного ему самому.
Его протоплазма всегда является продолжением протоплазмы предка. Это атавистическое вещество, начала которого мы не видим; мы видим только, как оно продолжается. Анатомический элемент происходит от предшествующего анатомического элемента, а высшее животное само происходит от ранее существовавшей клетки материального организма, яйцеклетки. Лестница филиации уходит бесконечно в прошлое.
Мы увидим, что есть нечто аналогичное этому в некоторых кристаллах. Они рождаются от предшествующего индивида; их можно рассматривать как потомство предшествующего кристалла. Если мы говорим о веществе кристалла так, как говорят о веществе живого существа, в случаях такого рода мы сказали бы, что кристаллическое вещество — это атавистическое вещество, продолжение которого мы видим, как в случае с протоплазмой.
Характеристики размножения в живом существе. — Рост живого вещества, и, следовательно, самого существа, является фундаментальным законом жизненности. Размножение — необходимое следствие роста (стр. 210).
Живые элементы или клетки не могут существовать бесконечно, не увеличиваясь и не размножаясь. Должно наступить время, когда клетка делится, прямо или косвенно; и тогда вместо одной клетки их становится две. Это метод размножения для анатомического элемента. В сложном индивиде именно более или менее ограниченная часть организма, обычно простая половая клетка, берет на себя формирование нового существа и обеспечивает вечность протоплазмы, а следовательно, и вида.
Свойство роста. Его предполагаемое ограничение живыми существами. — Поначалу казалось бы, что ничего подобного не происходит в неживой природе. Физическая машина, если мы снабдим ее материей и энергией, могла бы продолжать работать бесконечно, не будучи вынужденной увеличиваться и воспроизводиться. Здесь, следовательно, есть совершенно новое условие, свойственное организованному существу, свойство, хорошо приспособленное, казалось бы — и на этот раз без всякого сомнения — для отделения живой материи от неживой. Это не так.
Было бы нетрудно представить систему химических тел, организованных подобно животной или растительной экономике, так что разрушение компенсировалось бы ростом. Единственное, что невозможно, — это предположить, вместе с М. ле Дантеком, разрушение, которое в то же время было бы анализом. И дополнительное недоумение возникает, когда он предполагает, что в последовательных актах могут происходить обмены материалом.
Нет необходимости делать эту невозможную химию характеристикой живого существа. Химия живого существа — это общая химия. Лавуазье и Бертло настаивали на этом взгляде. Мы не должны упускать из виду учения мастеров.
Вернемся к размножению, собственно так называемому, и найдем в нем характеристики неживых тел и кристаллов.
Посев микроорганизмов. — Когда микробиолог хочет размножить вид микроорганизмов, он помещает в питательную среду несколько индивидов (одного на самом деле достаточно) и вскоре наблюдает их быстрое размножение. Обычно, если нужны только обычные микробы из атмосферной пыли, оператору не нужно беспокоиться о зарядке культуры; если культуральная пробирка остается открытой и среда подобрана подходящим образом, какой-нибудь зародыш обычного вида попадет внутрь, и жидкость будет колонизирована. Это имеет вид самозарождения.
Посев кристаллов. — Концентрированные растворы различных веществ, пересыщенные растворы сульфата натрия-магния и хлората натрия также являются замечательными питательными средами для некоторых минеральных органических единиц — некоторых кристаллических зародышей. Ш. Дюфур, экспериментируя с водой, охлажденной ниже 0° C, ее точки затвердевания; Оствальд с салолом, выдержанным ниже 39,5°, его точки плавления; Тамман с бетолом, который плавится при 96°; и до них Жерне с расплавленным фосфором и серой — все эти физики показали, что жидкости в состоянии переохлаждения также являются средами, специально подходящими для культуры и размножения некоторых видов кристаллических индивидов.
Некоторые из этих фактов стали классическими. Ловиц показал в 1785 году, что раствор сульфата натрия может быть сконцентрирован путем испарения так, чтобы содержать больше соли, чем это соответствовало температуре, без выпадения избытка. Но если твердый фрагмент, кристалл соли, бросить в раствор, весь избыток немедленно переходит в состояние кристаллизованной массы. Первый кристалл породил второй, подобный себе; последний породил третий и так далее, от одного к другому. Если сравнить это явление с явлением быстрого размножения вида микробов в подходящей питательной среде, никакой разницы не будет замечено. Или, возможно, мы можем отметить одну неважную разницу — быстроту распространения кристаллических зародышей в противоположность относительной медленности размножения микроорганизмов.
Опять же, распространение кристаллизации в пересыщенной или переохлажденной жидкости может быть задержано соответствующими устройствами. Кристаллический индивид дает рождение, таким образом, другому индивиду, который соответствует его собственному типу, или даже разновидностям этого типа, когда таковые существуют. В правую ветвь U-образной трубки, наполненной серой в состоянии переохлаждения, Жерне опустил октаэдрические кристаллы серы, а в левую ветвь — призматические кристаллы. С обеих сторон были произведены новые кристаллы, соответствующие типу, который был посеян.
Стерилизация кристаллических сред и живых сред. — Оствальд варьировал эти эксперименты, используя салол. Он расплавил вещество, нагрев его выше 39,5° C; затем, защитив его от кристаллов любого рода, он оставил раствор стоять в закрытой пробирке. Салол оставался жидким бесконечно — пока его не коснулись платиновой проволокой, которая была в контакте с твердым салолом — то есть пока не был введен кристаллический зародыш. Но если платиновая проволока была предварительно стерилизована путем прокаливания ее, как это делают бактериологи, в пламени, ее можно затем вводить в раствор безнаказанно.
Размеры кристаллических зародышей, сравнимые с размерами микробов. — Мы можем разбавить твердый салол инертным порошком — лактозой, например — разбавить первую смесь второй, вторую третьей и так далее; затем, бросив в раствор переохлажденного салола десятую долю миллиграмма из одной из этих различных смесей, мы обнаружим, что образование кристаллов не произойдет, если брошенный фрагмент весит менее миллионной доли миллиграмма или имеет длину менее десяти тысячных долей миллиметра. Казалось бы, это размеры кристаллической частицы или кристаллографической молекулы салола. Точно так же Оствальд убедился, что кристаллический зародыш гипосульфита натрия весит около миллиардной доли миллиграмма и имеет размер в тысячную долю миллиметра; зародыш хлората натрия весит десятимиллионную долю миллиграмма. Эти размеры вполне сравнимы с размерами микробов.
Все эти явления были изучены с детализацией, в которую здесь невозможно вдаваться, и которая ясно показывает все более и более тесные аналогии между образованием кристаллов и размножением микроорганизмов.
Расширение и распространение кристаллизации. Оптимальная температура инкубации. — Кристаллизация, которая началась вокруг зародыша, распространяется более или менее быстро и заканчивается тем, что охватывает весь раствор.
Быстрота этого движения расширения зависит от условий среды, особенно от ее температуры. Это очень хорошо показывают эксперименты Таммана с бетолом. Это тело, салициловый эфир нафтола, плавится при 96° C. Если его расплавить в запаянных трубках при температуре 100° C, его можно охлаждать до все более низких температур — до +70°, до +25°, до +10°, до -5° без затвердевания. Предположим, что в результате некоторого сочетания обстоятельств в растворе появилось несколько центров кристаллизации — то есть кристаллических зародышей. Затвердевание будет распространяться медленно при обычной температуре, при 20°–25° и около того. С другой стороны, оно будет распространяться с большой быстротой, если раствор поддерживать при температуре около 70°. Эта точка — 70° — является термическим оптимумом для распространения зародышей. Это наиболее благоприятная температура для того, что можно назвать их инкубацией. Как только зародыши оказываются в растворе при 70°, они увеличиваются, размножаются и показывают, что находятся в наилучших условиях для роста.
Самозарождение кристаллов. Оптимальная температура для появления зародышей. — Если мы рассмотрим различные пересыщенные растворы или жидкости в состоянии переохлаждения, мы вскоре обнаружим, что их можно разделить на две категории. Некоторые остаются бесконечно жидкими при данных условиях, если в них не введен кристаллический зародыш. Другие затвердевают спонтанно без искусственного вмешательства, и такая кристаллизация может даже распространяться очень быстро при определенных условиях. Это подразумевает, что существуют условия, благоприятствующие спонтанному появлению зародышей.
Это различие между веществами кристаллического размножения путем филиации и веществами спонтанного кристаллического размножения не является специфическим. Одно и то же вещество может представлять два метода размножения в зависимости от условий, в которые оно помещено. Бетол дает хороший пример этого. Разжижьте его при 100° в запаянной трубке и держите с помощью печи выше 30°, и он будет оставаться жидким почти бесконечно. С другой стороны, понизьте его температуру и оставьте на одну или две минуты при 10°, и в растворе появятся зародыши; продлите воздействие этой степени тепла, и количество этих спонтанно появляющихся зародышей, появляющихся в изоляции, быстро увеличится. С другой стороны, вы заметите, что распространение путем филиации — то есть путем расширения от одного к другому — почти отсутствует. Температура 10° не благоприятна для этого метода размножения; и мы только что видели, на самом деле, что именно при температуре около 70° расширение кристаллизации от одного к другому осуществляется лучше всего. Температура 70° была оптимумом для распространения путем филиации. Наоборот, температура 10° является оптимумом для самозарождения. Выше и ниже этого оптимума действие медленнее. Мы можем подсчитать центры кристаллизации, которые медленно расширяются все дальше и дальше, как в микробной культуре подсчитывают колонии, соответствующие примитивно сформированным зародышам. Подводя итог, если существует оптимум для формирования кристаллов, существует другой оптимум для их быстрого расширения.
Метастабильные и лабильные зоны. — Это явление общее. Для каждого вещества существует набор условий (температура, степень концентрации, объем раствора), при которых кристаллические индивиды могут быть произведены только зародышами или путем филиации. Это то, что происходит для бетола выше температуры 30°. Тело находится тогда в том, что Оствальд назвал метастабильной зоной. Существует, однако, для того же тела другой набор обстоятельств, более или менее полных, при которых его зародыши появляются одновременно. Это то, что происходит для бетола при температуре около 10°. Эти обстоятельства являются обстоятельствами лабильной зоны или зоны самозарождения.