Обычный человек, не знакомый с результатами физиологического анализа и знающий только общие способы функционирования человеческого организма, вероятно, нисколько не сомневается в том, что он «одушевлен» принципом или агентом, который не имеет аналога в неорганическом мире. Это «естественный» вывод, а другой, что жизнь — это лишь дело физики и химии, должен казаться совершенно фантастическим любому, кто знает не больше того, что сердце проталкивает кровь, что последняя «очищается» в легких, что желудок и печень секретируют вещества, которые переваривают пищу, и так далее. Современному студенту биологии, насыщенному представлениями о биохимической активности, гелях и золях, коллоидах, обратимых ферментах, киназах и тому подобном, трудно осознать, что вера в жизненный агент является интуитивной и что механистическая концепция жизни — это лишь результат распространения на биологию методов исследования, а не законный вывод из их результатов.
Для анатома, эмбриолога и натуралиста, так же как и для физика, не знакомого с деталями физиологии, не меньше, чем для обычного человека, это, возможно, самое общее отношение ума. Вероятно, было бы невозможно для кого-либо изучать только органическую форму и привычки и прийти к какому-либо иному выводу, кроме того, что в организме есть нечто имманентное, совершенно отличное от агентов, которые, например, формируют континенты, или дельты, или речные долины. И этот вывод, вероятно, пришел бы с еще большей силой к эмбриологу, даже если бы он все еще обладал общими знаниями физиологической науки.
Механистическая концепция жизни, без сомнения, была результатом успеха метода анализа. Ясно видно, что в той же мере, в какой физические и химические науки были наиболее плодовиты на открытия, физиология, опираясь на них и заимствуя их методы, была наиболее прогрессивной и механистичной.
Механистические гипотезы об организме могут быть прослежены до Декарта, который строил на работе Галилея и Гарвея. Анатомия Везалия и его преемников не привела бы к таким представлениям, если бы открытия Коперника, Тихо и Кеплера не показали людям вселенную, приводимую в действие механическим законом. Для мыслителя вроде Декарта, одновременно самого типа философа и человека науки, открытие Гарвеем кровообращения должно было неотразимо подсказать распространение механического закона на функционирование человеческого организма, и знаменательно, что он сделал это распространение, не включив ни одной химической идеи, и все же создал логическую гипотезу жизни, столь же удовлетворительную и полную в свое время, как, например, вейсмановская гипотеза наследственности была в нашей.
Его гипотеза об организме была чисто механической. Было сказано, что его организм был автоматом, подобно механической Диане из дворцовых садов, которая пряталась среди розовых кустов, когда нога любопытного незнакомца нажимала на пружины, скрытые в земле. Его функции были вопросами гидравлики: тепла, жидкостей и клапанов. Его физиология была галеновой, помимо открытия Гарвеем движения крови по кругу, ибо он не принял понятие сердца как пропульсивного аппарата. Пища из кишечника поглощалась как хилюс кровью и переносилась в печень, где она наделялась «естественными духами», а затем, переходя к сердцу, она заряжалась «жизненными духами» в силу пламени, или врожденного тепла, сердца и действия легких. Это пламя сердца, питаемое естественными духами, расширяло и разрежало кровь, и расширение жидкости производило движение, которое, направляемое клапанами сердца и крупных сосудов, становилось кровообращением. Более разреженные части крови поднимались к мозгу и там, в желудочках, становились «животными духами».
Тонкие и разреженные, какими они были, эти животные духи были жидкостью, подчиняющейся всем законам гидродинамики. Это содержалось в мозговых желудочках, и их поток регулировался точно так же, как вода в трубах и фонтанах садовых механизмов. Из мозга они текли через нервы, которые были тонкими трубками, сообщающимися с желудочками и снабженными клапанами; и этот исходящий поток соответствует нашему современному эфферентному нервному импульсу. Афферентный импульс был представлен действием осевых нитей, содержащихся в нервных трубочках. Когда сенсорная поверхность раздражалась, эти нити натягивались, и натяжение, воздействуя на стенку мозгового желудочка, заставляло клапан открыться и позволяло животным духам течь вдоль нерва ко всем частям тела, снабжаемым последним. В эффекторных органах, мышцах или железах, этот приток животных духов производил движение или другие эффекты. Такова, вкратце, была физиология Декарта.
Он испортил ее, говорит Гексли, своей концепцией «разумной души». Опасаясь участи Галилея, он ввел душу в свою философию организма как подачку Церкви. Это было недостойно: жертва истиной, которую он ясно видел. Вероятно ли, что Декарт намеренно сделал часть своей философии антагонистичной остальной с целью предотвращения осуждения Церкви? Он не был человеком, склонным бросаться навстречу катастрофе, но убеждение, что то, что он написал, содержит в себе нечто великое и долговечное, должно было сделать почти невозможным для него торговать тем, что он считал истиной.
Разумная душа была чем-то добавленным к телесному механизму. Она не была частью тела, хотя она была помещена в шишковидную железу; часть мозга, которая своим уединенным положением и богатым кровоснабжением предлагала себя как местонахождение какой-то важной и таинственной функции. Ее существование было связано с целостностью тела, и со смертью последнего душа уходила. Но тело не умирало потому, что душа покидала его, оно скорее становилось непригодным жилищем для души. Без последней функции здорового тела могли все еще протекать автоматически, и если душа влияла на действие, она приводила в действие существующий механизм, и без этого механизма она не могла действовать, хотя механизм мог действовать без души. Мысль, понимание, чувство, воля, воображение, память — это были прерогативы души, а не автоматического тела. Но движения последнего, даже произвольные движения, зависели от правильного расположения органов, и без этого они отсутствовали или были несовершенны.
Таким образом, к последовательному механицизму Декарт присоединил спиритуалистическую и бессмертную сущность; и это, для материализма середины девятнадцатого века, было пятном на его философии. Теперь из всех людей, когда-либо живших, он, вероятно, тот, кто наиболее глубоко повлиял на современную мысль и исследование: для нас то, что он написал, кажется странно современным, и эта, по-видимому, произвольная ассоциация спиритуалистических и материалистических элементов в жизни кажется почти самой современной вещью в его трудах. Бытие, сказал он, было действительно мыслью, но как он мог вывести мысль из своего часового тела с его клапанами, каналами и проводами? Не более можем мы вывести сознание из волны молекулярного возмущения, проходящей через афферентный нерв и мозговые тракты. Мы должны объяснить всю энергию этого возмущения, от его происхождения в рецепторном органе до его преобразования в волну химической реакции в мышце, и мы должны рассматривать его передачу как консервативный процесс. Но как возникает состояние сознания, сопровождающее прохождение через кору этого молекулярного возмущения? Никакая энергия нервного возмущения не была преобразована в сознание: последнее не является энергией или чем-либо физическим. Это нечто сопутствующее физико-химическим событиям, вовлеченным в нервный процесс, «эпифеномен». Мы должны представить себе «параллелизм» между механистическим телом и разумом. Но если мы признаем, что сознание может быть эффективным агентом в нашем поведении, в чем разница между современными теориями физико-психического параллелизма и картезианской теорией разумной души в ассоциации с автоматическим телом? Декарт отрицал существование у животных, отличных от человека, разумной души; последняя не была необходима. Но он, как и мы, должен был быть знаком с рефлекторными действиями и должен был видеть, что сознание не всегда было связано, даже в нем самом, с телесной активностью. И он должен был признать большое различие между разумным действием человека и инстинктивным поведением низших животных. Было что-то в человеке, чего не было в животном.
Таким образом, первая физиология, заимствуя свои идеи и методы из первой физики, была, подобно последней, механической наукой. После Галилея и Торричелли пришел Борелли с его чисто механическими концепциями движения животных и кровообращения, вводя даже тогда математику в биологию. В этих спекуляциях не было химии, хотя Базиль Валентин, Парацельс и Ван Гельмонт предшествовали Декарту и Борелли. Эта химия была мистической, и хотя химические реакции изучались в организме, предполагалось, что они контролируются духовными агентами, «археями» первых биохимиков. Но это понятие должно было исчезнуть, и с Сильвием возникла концепция животного тела как химического механизма. Все, что было ценного в химии Ван Гельмонта, было взято Сильвием, но в его уме ферментации старых химиков были достаточны сами по себе без мистической «чувствительной души» и «археев». С Сильвием и Мэйо физиология стала основываться на химических открытиях и снова стала механистической, и оставалась таковой до времени Шталя, когда химическое открытие достигло на время своего величайшего развития.
Семнадцатый век закончился работой Шталя. Студентам науки хорошо известно, как взгляды этого великого химика стерилизовали химическое исследование почти до времени Лавуазье. Понятие флогистона как активного компонента материальных тел, входящего и выходящего из них в их реакциях друг с другом, было ясным и простым, и оно служило рабочей гипотезой для химиков, которые непосредственно следовали за Шталем. Это была, конечно, ложная гипотеза, и она задерживала открытие до такой степени, что большая часть восемнадцатого века является пробелом для химии, если сравнивать с семнадцатым и девятнадцатым веками. Лишенная, следовательно, стимула, предоставляемого новыми физико-химическими методами исследования, физиология перестала поддерживать прогресс, который она сделала в течение предыдущего века, и единственным великим именем этого периода является имя фон Галлера. Сравнительная анатомия и зоологические исследования, с другой стороны, сделали огромные успехи, и для этих отраслей биологии восемнадцатый век был великим периодом. Это был период исторических виталистических взглядов — жизненных принципов, жизненных и формирующих сил. Учение Шталя доминировало в физиологии точно так же, как оно доминировало в химии. Химические и физические реакции происходили в живом теле точно так же, как они происходили в неживой материи, но они контролировались и модифицировались душой или жизненным принципом. Было сказано, что виталистическое учение Шталя задерживало прогресс физиологии, но не кажется ясным, что это было так. Что действительно задерживало физиологическое открытие, так это отсутствие прогресса, достигнутого химией и физикой, и это, возможно, было результатом шталевской флогистической гипотезы.
Как бы то ни было, кажется ясным, что именно открытия великих химиков конца восемнадцатого века снова ввели механистические взгляды в физиологию. С открытиями Лавуазье и его преемников последняя наука приобрела новые методы исследования, и старые рабочие гипотезы были вновь введены. В течение девятнадцатого века не было отступления от этой позиции. Механистическая биология достигла кульминации в трудах Гексли и Макса Ферворна и получила новый приток силы почти в наши дни в современных открытиях физической химии; и когда физиология стала поистине сравнительной наукой и охватила низших беспозвоночных, она стала, возможно, наиболее механистичной — свидетельствуют труды Жака Лёба.
Гораздо большее философское значение, чем физико-химическое исследование функционирования отдельных организмов, имело по существу современное экспериментальное изучение эмбриологических процессов. Первое по существу имеет дело со средствами роста, размножения и так далее. Мы больше не можем сомневаться в том, что изменения, которые мы можем наблюдать происходящими в организме, будь то развивающийся эмбрион или полностью сформированное животное, являются, в конечном счете, физико-химическими изменениями; и в конечном анализе мы не можем ожидать найти ничего иного, кроме процессов этой природы.
Но физиологическое исследование не смогло предоставить ничего большего, чем этот анализ. Если мы наблюдаем развитие яйца животного в личиночную форму и продолжаем прослеживать метаморфоз личинки в совершенное животное, мы не можем не прийти к выводу, что, помимо отдельных физико-химических реакций, которые происходят, существует также организация. Элементарные процессы должны быть интегрированы. В них должен быть должный порядок и последовательность. Изучая процессы развития, рассматривая развивающийся организм как целое, мы поражены прежде всего тем представлением, что не только происходят физико-химические реакции, но что они выстроены по порядку, так сказать. Когда мы пытаемся сделать описание этой интеграции тех конечных процессов, которые мы можем описать в терминах физической химии, физиология подводит нас. «В настоящее время, — говорит Морган, — мы не можем видеть, как какие-либо известные принципы химии или физики могут объяснить развитие определенной формы организмом или частью организма». Правда, мы можем попытаться представить себе физико-химический механизм, который является организацией развивающегося эмбриона; но это должен быть логически сконструированный механизм, не только неспособный к экспериментальной проверке, но который может быть также продемонстрирован, чисто физическими аргументами, как ложный. Этот вывод можно, без преувеличения, назвать выводом современной экспериментальной эмбриологии.
В новое время всегда существовало два взгляда на природу эмбриологического процесса: (1) что яйцо содержит полностью сформированный организм в своего рода свернутом состоянии и что процесс развития состоит лишь в развертывании (эволюции) этого эмбрионального организма и в увеличении объема его частей. Это была гипотеза преформизма, которой придерживались на заре эмбриологической науки. Она влекла за собой различные следствия: например, ограничение продолжительности существования вида, поскольку каждое поколение женских организмов содержало в своих яичниках все будущие поколения; были и другие следствия, которые преформисты без колебаний принимали. (2) Другим взглядом был более поздний взгляд эпигенеза: яйцо было поистине гомогенным, и эмбрион вырастал из него. Очевидно, что принятие этой гипотезы вело к витализму, и мы видим, что от нее отказались, как только эмбриологи признали, что физика предоставляет корпускулярную теорию материи, когда был совершен возврат к преформистским взглядам более ранних времен; взглядам, которые поддавались построению механистической гипотезы развития.
Мы можем очень кратко изложить основные факты развития типичного животного яйца, такого как яйцо морского ежа.
Fig. 12.
Оплодотворенное яйцо делится на две (2) части, а затем каждая из этих бластомеров делится снова в плоскости, перпендикулярной первой плоскости деления (3). Третья плоскость деления находится под прямым углом к первым двум и отсекает слой меньших бластомеров от вершин первых четырех. Теперь существует (4) два слоя бластомеров: нижний слой крупных бластомеров и верхний слой меньших. Это стадия 8 клеток. Затем каждый из этих бластомеров делится надвое одновременно, так что эмбрион теперь состоит из шестнадцати клеток. После этого деления протекают с меньшей регулярностью, но примерно после десяти делений эмбрион состоит из около 1000 клеток (2^10), и они располагаются так, что образуют полую сферу, состоящую из одного слоя клеток. Последние снабжены ресничками, и весь эмбрион, известный теперь как бластула, может плавать благодаря движениям этих ресничек. Дальнейшее развитие приводит к другой личиночной форме — гаструле, а затем к еще одной — личинке плутеус. После этого происходит превращение в полностью сформированного морского ежа.
С различными модификациями эта схема представляет раннее развитие очень большого числа животных, принадлежащих к большинству групп.
Если мы изучим процесс деления клеток, то обнаружим, что он очень сложен. Яйцо сразу после оплодотворения состоит из двух основных частей: ядра и цитоплазмы.
Fig. 13.
Внутри ядра находится вещество, отличимое от остального; оно распределено в виде гранул и называется хроматином (1). Когда клетка готова к делению, этот хроматин располагается в виде длинной свернутой нити (2), а затем (3) эта хроматиновая нить распадается на короткие палочки, называемые хромосомами. Теперь появляются две маленькие гранулы, по одной на каждом конце ядра, и очень тонкие нити, астеры, по-видимому, проходят от каждого из этих тел к хромосомам (4). Каждая из последних затем расщепляется вдоль на две части, и половина хромосомы, по-видимому, притягивается астерами к полюсам ядра. Затем последнее делится (5), а после этого делится вся клетка. Таким образом, по сути, при ядерных делениях происходит то, что хроматин ядра более или менее точно делится пополам. По-видимому, это вещество состоит из очень мелких гранул, и весь процесс направлен на расщепление каждой из этих гранул на две. Полугранула затем переходит в каждое из дочерних ядер. Каждый раз, когда эмбрион делится, этот процесс повторяется. Таким образом, каждая из (теоретически) 1028 клеток бластулы содержит 1/1028 часть вещества каждой хроматиновой гранулы оплодотворенного яйца.
Пфлюгер и Ру (в 1883 и 1888 годах соответственно) были пионерами в экспериментальном изучении развития яйца, и результаты их работы, а также работы их преемников, более чем что-либо другое в биологии, изменили и сформировали наши представления о деятельности организма. Ру обнаружил, или, по крайней мере, полагал так, что первое деление яйца лягушки намечает правую и левую половины тела, причем один бластомер дает начало правой половине, а другой — левой. Следующее деление, которое разделяет каждый из этих бластомеров, намечает переднюю и заднюю части эмбриона. Таким образом:—