С этим я не могу согласиться. Естественно, Негели, Де Фриз, Дриш и я предполагаем, что из многих зачатков, присутствующих в каждой клетке, только некоторые приходят в активность в каждом особом случае, и что выбор тех, которые становятся активными, обусловлен причинами, возникающими в ходе развития. Наша концепция природы этих причин и места их происхождения диаметрально противоположна вейсмановской.
Вейсман хотел бы, чтобы причины этого упорядоченного развития зачатков находились в самой зародышевой плазме; ибо он считает ее не только материалом, но и движущей силой процесса развития. Согласно ему, каждая клетка должна была стать тем, чем она является, потому что она была обеспечена только определенными зачатками, назначенными ей заранее, согласно плану развития зародышевой плазмы.
С другой стороны, мы рассматриваем развитие зачатков как зависящее от движущих сил или причин, которые являются внешними по отношению к зародышевой плазме яйцеклетки, но которые тем не менее возникают в упорядоченной последовательности на протяжении всего хода развития. Причины, которые мы признаем, — это, во-первых, постоянные изменения во взаимных отношениях, которые претерпевают клетки по мере увеличения их числа путем деления, и, во-вторых, влияние окружающих вещей на организм.
Можно сгруппировать как центробежные причины процесса развития признаки оплодотворенных клеток и взаимосвязи между продуктами их делений и отличить их от центростремительных причин, или движущих сил, которые обеспечиваются действием окружающих вещей. Тем не менее, следует иметь в виду, что нет резкого различия между центробежными и центростремительными силами. На странице 86 я показал, как то, что является внешним на одной стадии процесса, становится внутренним на следующей стадии. Внешнее постоянно становится внутренним, и сумма внутренних факторов увеличивается только за счет внешних факторов.
С физиологической точки зрения я рассматриваю дивергентную дифференциацию клеток как реакцию органического материала на непохожие побуждающие силы — то есть на факторы, которые, как показывает экспериментальная физиология, действительно присутствуют и управляют построением организма. «Было бы излишним детализировать, — как говорит Негели, — как постоянно другие силы, внешние по отношению к идиоплазме, но принадлежащие индивиду, влияют на идиоплазму; каждая клетка, действительно, по мере того как она растет и делится, занимает определенное место в растущем целом и оказывается в своеобразной комбинации условий организации». «Не только влияния внутри индивида воздействуют на идиоплазму, так как она может быть изменена внешними влияниями и, таким образом, может быть вынуждена расти в новом направлении». «Влияние окружающей среды в определении того, какие из зачатков, содержащихся в идиоплазме, достигнут развития, показано на следующем примере: от их питания зависит, будут ли определенные деревья приносить листву или цветы; в то время как в неблагоприятном климате многие растения вообще отказываются приносить цветы, а довольствуются вегетативным размножением».
Этот принцип указывает путь, по которому следует искать объяснение дифференциации клеток. Хотя ни в одном случае еще невозможно отнести известное действие к его соответствующей причине — другими словами, показать определенный стимул, вызывающий определенную реакцию на зачаток, — эта неудача не должна быть приписана ошибке в принципе. Это естественный результат огромных трудностей, сопровождающих попытку понять в высшей степени запутанные события развития. Мы можем только спросить, гармонирует ли наш общий принцип с фактами, проявляющимися в природе.
На следующих страницах я попытаюсь развить этот взгляд, взяв, как и прежде, несколько примеров. Теперь я продолжу далее с предложениями, которые я сделал в своем трактате «Старые и новые теории развития». Я исхожу из концепции, что яйцеклетка — это организм, который размножается путем деления на многочисленные организмы, подобные ему самому. Я объясню постепенную, прогрессивную организацию всего организма как обусловленную влияниями друг на друга этих многочисленных элементарных организмов на каждой стадии развития. Я не могу рассматривать развитие любого существа как мозаичную работу. Я придерживаюсь мнения, что все части развиваются в связи друг с другом, причем развитие каждой части всегда зависит от развития целого.
Способность яйца размножаться путем деления является главным и наиболее важным фактором в производстве сложности в ходе развития. Только потому, что ядерный материал путем серии сложных химических изменений ассимилирует резервный материал из яйца и кислород из атмосферы, он может дать начало постоянно возрастающей сложности внутри себя. Увеличение объема приводит к распаду на две, четыре, восемь и шестнадцать частей и так далее. Дробление производит постоянно меняющееся распределение в пространстве ядерного материала. Два, четыре, восемь и шестнадцать ядер, которые возникают путем деления, расходятся друг от друга и занимают новые положения внутри яйца, в определенных отношениях друг к другу. Сначала частицы яйца были расположены вокруг оплодотворенного ядра, которое было единым центром силы; они становятся сгруппированными вокруг стольких центров сил, сколько существует ядер, и таким образом становятся сегрегированными в такое же количество клеток. Достаточно ясно, что яйцо в своем одноклеточном состоянии меняет свое качество в заметной степени, когда становится многоклеточным, даже если изменение произошло путем удвоения.
Это явление, столь отчетливо проявляющееся на ранних стадиях развития, продолжает наблюдаться и на более поздних этапах роста. Непрерывное деление клеток вызывает не только изменение объема, но и периодические качественные изменения, поскольку каждая форма неразрывно связана с определенными условиями. Когда условия меняются, органический материал благодаря своей способности к реакции соответствующим образом меняет свою форму.
Подобно тому как характер архитектурных планов зависит от свойств дерева, камня или железа и должен соответствовать используемому материалу (например, пролет крыши или конструкция моста зависят от формы и веса материала), природа органического материала в значительной степени определяет формы, принимаемые в процессе роста.
Во многих отношениях форма представляется функцией роста органического материала.
Несколько примеров прояснят это важное соотношение. Предел увеличения размеров бластулы задается природой материала ее стенок. Стенка представляет собой мембрану, состоящую из одного или нескольких слоев клеток; чтобы она могла сохранять свою кривизну, необходимо поддерживать определенное внутреннее давление, соразмерное силе сцепления клеток; в то же время стенка сферы должна быть способна противостоять напряжению и давлению, оказываемым внешними силами. Все эти и многие другие факторы, которые труднее представить, должны быть тонко согласованы друг с другом. Если в каком-либо направлении определенный предел превышен, то структура либо разрушится из-за распада составляющих ее частей, либо примет новую форму. Последнее происходит в случае с живой субстанцией, способной к реакции. Бластула, вырастая за пределы своих границ, впячивается, превращаясь в чашеобразный организм. Если бы мы знали все влияния, воздействующие на стенку бластулы, мы бы поняли причины, по которым рост за определенный предел должен приводить к инвагинации. Исходя из появления гаструлы во всех типах животного царства, мы можем заключить, что это временная фаза, неизбежная в процессе роста животных.
Здесь можно заметить вторую связь между формой и органическим ростом, чрезвычайно простую по своей природе, но имеющую фундаментальное значение по своим последствиям. Ее можно сформулировать так: рост всегда должен быть таким, чтобы обеспечивать максимально возможное увеличение поверхности. Причина этого проста и зависит от различий в природе неорганического и живого органического материала.
Кристалл в маточном растворе растет, притягивая новые частицы и откладывая их на своей внешней поверхности в соответствии с типом кристаллизации, свойственным материалу, из которого он состоит. Эти частицы, однажды кристаллизовавшись, сохраняют свое положение даже тогда, когда на их внешних поверхностях откладываются новые слои, и остаются неизменными, возможно, подобно горному хрусталю, в течение тысяч лет, пока измененные внешние силы не ослабят связывающие их узы.
Организованный материал не может расти таким образом; он поглощает материал извне, не располагая его на внешней поверхности, как кристалл, а усваивая его. Протоплазма не может зафиксироваться в каком-либо состоянии, не будучи разрушенной; она демонстрирует постоянный обмен с внешним миром; непрерывный приток и отток является необходимым сопровождением ее жизни. «Рост идиоплазмы», — как метко говорит Негели, — «предполагает постоянство непрерывного изменения».
Таким образом, растущая протоплазма может принимать только такие формы, которые позволяют ей оставаться в постоянном контакте с внешним миром. Кубическая или сферическая масса клеток не могла бы расти путем образования новых слоев клеток снаружи, так как эти слои лишили бы центрально расположенные массы клеток условий существования. Точно так же протяженная мембрана из клеток или эпителиальный слой не могут бесконечно увеличивать свою толщину, иначе клетки, наиболее удаленные от внешней среды, пострадали бы в своих отношениях с окружающими объектами. Чтобы удовлетворить свои существенные условия, протоплазма может расти только при соразмерном увеличении своих внешних поверхностей. Это обеспечивается тем, что клетки располагаются в виде нитей и мембран, и результатом этого является то, что нити путем ветвления, а мембраны путем складывания образуют структуры, сложность которых возрастает с ростом.
Эта концепция, согласно которой форма растущих организмов во многих отношениях является необходимым следствием специфических свойств, которыми наделена протоплазма, объясняет большой контраст между животными и растениями в их общей организации. Контраст является результатом различий в метаболизме животных и растений, а также в способах получения ими пищи. Растительные клетки вырабатывают протоплазму из углекислого газа воздуха, воды и легко диффундирующих растворов солей, получаемых из моря или почвы. Для химической работы по их соединению им требуется активная энергия солнечного света. Теперь мы можем видеть основные требования, к которым должно быть адаптировано строение и расположение клеток в многоклеточном растении. Растительные клетки могут быть покрыты толстой мембраной, так как это не будет препятствием для прохождения газов и легко диффундирующих солей; но они должны быть расположены так, чтобы представлять максимально возможную поверхность окружающим средам (т. е. почве, воде, воздуху и солнечному свету), откуда они черпают запас вещества и энергии. Клетки должны быть обращены широкой стороной наружу; это достигается тем, что они располагаются в виде ветвящихся рядов или листовидных сплющенных органов. Чтобы всасывать воду и соли из почвы, клетки организованы как сильно разветвленная система корней, покрытых нежными волосками и проникающих в почву во всех направлениях. Чтобы вдыхать углекислый газ из воздуха и подвергаться влиянию солнечного света, надземная часть растения вытягивает свои ветви к свету и складывается в плоские листья, структура которых обнаруживает приспособленность к ассимиляции. Таким образом, вся архитектура растения поверхностна и видима; внутренняя дифференциация на органы и ткани либо отсутствует, либо, по сравнению с животными, очень скудна. Только у высших растений появляются внутренние фиброзно-сосудистые ткани; они служат двойной цели: действуют как каналы, по которым проходит сок, объединяя различные материалы, поглощенные корнями и листьями, и выполняют механическую функцию укрепления стебля и ветвей. Иной способ питания животных приводит к совершенно другому структурному плану. Животные клетки поглощают уже организованный материал, и чтобы они могли это делать, их клетки либо совершенно голые, что обеспечивает легкий проход для твердых частиц, либо покрыты лишь тонкой мембраной, через которую могут проходить растворы слабо диффундирующих органических коллоидов. Поэтому, в отличие от растений, многоклеточные животные демонстрируют компактную структуру с внутренними органами, адаптированными к различным условиям, которые вытекают из способа питания, свойственного животным. Одноклеточное животное целиком поглощает органические частицы в свою протоплазму и, образуя вокруг них временные полости, известные как пищеварительные вакуоли, подвергает их химической обработке. Многоклеточное животное сформировалось так, чтобы заключать внутри своего тела пространство, в которое попадают и перевариваются твердые органические пищевые частицы, после чего в растворенном состоянии они распределяются между отдельными клетками, выстилающими полость. Таким образом, животному организму не требуется столь тесная связь с окружающей его средой; его пища, первое требование организма, распределяется по нему изнутри наружу. В своем дальнейшем усложнении организация животных развивается по тем же линиям. Система внутренних полостей становится более сложной за счет специализации секретирующих поверхностей, формирования пищеварительного канала и полости тела, отдельной от пищеварительного канала.
У растений максимально увеличивается внешняя поверхность. У животных, в соответствии с их иными потребностями, увеличение происходит за счет внутренней поверхности. Специализация растений проявляется в органах, видимых снаружи — в листьях, веточках, цветах и усиках. Специализация животных скрыта внутри тела, ибо внутренняя поверхность является отправной точкой для формирования органов и тканей.
Сравнительная эмбриология показывает, что, как бы ни были разнообразны формы и функции многочисленных органов животных, метод их развития удивительно схож. Требуются лишь малейшие вариации нескольких простых общих законов. За ними я могу отослать читателей к серии специальных исследований («Исследования по теории зародышевых листков», Оскар и Рихард Гертвиг) и к четвертой главе моей «Эмбриологии» — «Общее обсуждение принципов развития».
В этих работах и на предыдущих страницах я пытался показать, что умножение яйцеклетки путем деления само по себе является источником возрастающей сложности и активным принципом в определении формы, поскольку продукты деления объединяются, образуя высшее единство. Но умножение клеток ведет и к другому виду дифференциации среди клеток, возникающих из яйца. Хотя каждая из них напоминает родительское яйцо, из которого они возникли путем удваивающего деления, все же они отличаются от него в одном пункте: они больше не являются целым, а стали подчиненными частями высшего единства, то есть высшего организма. Клетка, которая больше не является целым, а частью целого, вступила во взаимные отношения с другими клетками и в своих жизненных функциях ограничена этими другими клетками и целым. Чем дальше это заходит, тем меньше клетка сохраняет свою независимость как элементарный организм и выступает лишь как часть, функции которой подчинены целому и зависят от него.
Хотя с точки зрения морфологии становится все более необходимым рассматривать клетку как единицу высшего организма, все же с физиологической точки зрения высшие организмы должны рассматриваться как массы материала, действующие как целое и состоящие из нескольких уровней структурных частей, подчиненных по функции целому и проявляющих лишь ограниченное разделение способностей. И поэтому клеточная теория, согласно которой клетка неоправданно превозносилась как единица жизни, центр жизни, элементарный организм, должна быть ограничена и скорректирована этими более широкими взглядами. На этом уже настаивали многие проницательные физиологи — например, Негели (см. стр. 30), Сакс и Фёхтинг.
«Клетообразование», — заявляет Сакс («Физиология растений», стр. 73), — «это явление, правда, очень общее в органической жизни, но все же имеющее лишь второстепенное значение; во всяком случае, это лишь одно из многочисленных проявлений формообразующих сил, которые присущи всей материи, в высшей степени, однако, органической субстанции». «По существу, каждое растение, как бы высоко оно ни было организовано, представляет собой непрерывную массу протоплазмы, окруженную снаружи клеточной стенкой и пронизанную изнутри многочисленными поперечными и продольными перегородками».
Моя концепция получает сильную поддержку в том, как Фёхтинг изложил отношения клетки к целому:
«Является ли обстоятельство, что клетка, отделенная от организма, способна выжить и построить целое заново, доказательством независимой жизни клеток, пока они находятся в организме? Я считаю, что это лишь доказательство того, что жизнь организма всегда зависит от клетки, что жизнь присуща клетке и что жизнь сложного организма является лишь результатом жизненных явлений его отдельных клеток; но отнюдь не того, что клетка в изолированном состоянии проявляет те же функции, что и будучи частью организма. Клетка, находящаяся в организме, и клетка, отделенная от организма и самодостаточная, — это совершенно разные вещи. Мы должны рассматривать функции клетки, являющейся частью организма, не учитывая внешние влияния, как определяемые всем организмом, а не только самой клеткой, поскольку она составляет большую или меньшую часть целого организма. Когда клетка не является частью организма, она независима и полностью определяет свою собственную функцию. Нигде нет ничего проще, чем в этом случае перепутать возможности с фактами, и нигде эта путаница не бывает более фатальной. С морфологической точки зрения можно уверенно рассматривать клетку как индивид; но следует помнить, что при этом была сделана абстракция. С физиологической точки зрения клетка является индивидом только тогда, когда она изолирована от комплекса и независима; в этом случае никакой абстракции сделать нельзя».
Согласно концепции, которую я объяснял, клетки растворяют свою независимую индивидуальность в индивидуальности целого, и поэтому сила, направляющая их конечное развитие и ведущая к их соответствующей проработке, не может находиться внутри них, не может находиться в особых группах детерминант в смысле Вейсмана. Она задается отношениями, в которые клетки вступают с целым организмом и с различными частями организма, а с другой стороны — с окружающими вещами. Естественно, такие отношения различаются в зависимости от места или положения, занимаемого клетками в целом организме, и таким образом возникает бесчисленное множество условий, способствующих расходящимся направлениям развития, разделению труда и несходной гистологической дифференциации. Роль, которую играет клетка, как выражается Фёхтинг, будет зависеть от положения, которое она занимает в целом живом единстве. Используя выражение Дриша, несходная дифференциация клеток есть «функция положения». Такую концепцию мы с братом в наших «Исследованиях по теории зародышевых листков» стремились ясно обосновать на многих примерах из гистологии кишечнополостных и высших животных; такая концепция давно и ясно выражена в физиологической ботанике.