Краткая история биологии. От алхимии до генетики

Абсурдность френологии затмила некоторые сильные стороны теории Галля: у мозга в самом деле имеются специализированные области. Эту идею подхватил французский хирург Поль Брока. В результате выяснилось, что у пациентов, страдающих потерей речи, повреждена специфическая область верхней части мозга — церебрум.

К 1870 г. два немецких невролога, Густав Теодор Фритц (1838 — 1891) и Эдуард Гитциг (1838 — 1907), пошли в своих исследованиях дальше. Они открыли черепную коробку у живой собаки и стимулировали разные области мозга электрической иглой. Обнаружилось, что стимуляция определенной области вызывает четко связанное с нею мускульное сокращение. Таким образом, можно было составить атлас тела по отвечающим за него областям мозга. Они также выяснили, что левое церебральное полушарие контролирует правую часть тела, а правое — левую.

Таким образом, не осталось сомнений, что мозг не просто контролирует тело, но это происходит строго специфическим образом и все душевные движения тоже связаны с физиологией мозга. Это делало мозг продолжением тела — и тем самым угрожало теории наивысшего, божественного потенциала человека.

Наконец к деятельности нервной системы была притянута клеточная теория. Биологи середины XIX в. определили нервные клетки в головном и спинном мозге, но природу нервных волокон выявить не смогли. Только немецкий анатом Вильгельм фон Валдеер (1836 — 1921) приоткрыл завесу тайны. В 1891 г. он декларировал, что нервные волокна представляют собой тонкие, вытянутые отростки нервных клеток и являются их частью. Так было установлено, что нервная система в целом представляет собой систему нейронов и их отростков. Далее Валдеер утверждал, что выросты различных клеток могут приблизиться Друг к другу, но не сливаются. Пустоты между нейронами он назвал синапсами.

Теория нейронов была поставлена на твердую основу в работах итальянского цитолога Камилло Гольджи (1844 — 1926), а также испанца Сантьяго Рамон-и-Кахаля (1852 — 1934). В 1873 г. Гольджи разработал клеточную метку из солей серебра. Пометив нейроны, он обнаружил некие тельца внутри клетки (их называют сейчас тела Гольджи), функции которых до сих пор неизвестны науке.

Гольджи применил свой метод к нервной ткани и выяснил, что он хорошо подходит для этой цели. Ему удалось разглядеть невидимые ранее детали, наблюдать тонкие процессы в нервных клетках в беспрецедентном масштабе и ясно убедиться в наличии синапсов. Тем не менее, узнав о нейронной теории Валдеера, он противостоял ей.

Рамон-и-Кахаль придерживался строго нейронной теории. Усовершенствовав методику серебряно-солевых меток, он продемонстрировал детали, которые обосновали нейронную теорию, и разработал клеточную версию структуры мозга, как головного, так и спинного, а также сетчатки глаза.

С позиций нейронной теории можно подходить к проблеме поведения животных. Еще в 1730 г. Стивен Хейлз обнаружил, что обезглавленная лягушка дрыгает лапками, если раздражать ее кожу. Значит, тело механически отзывается на раздражители, без помощи головного мозга. Этот вывод положил начало изучению более или менее автоматических рефлекторных движений, при которых вслед за стимулом следует отклик, причем без волевого вмешательства.

Даже человек подчинен рефлекторным движениям. Удар, нанесенный ниже коленной чашечки, вызывает рефлекторное движение мышц. Если рука касается чего-либо горячего, человек ее моментально отдергивает, даже не успев сообразить, что произошло.

Английский физиолог Чарлз Скотт Шеррингтон (1861 — 1952) изучил рефлекторные движения и основал науку нейрофизиологию, подобно тому, как Гольджи основал нейроанатомию. Шеррингтон продемонстрировал рефлекторную арку, комплекс двух и более нейронов. Некое чувственное восприятие посылает нервный импульс вдоль одного из нейронов, а затем — вдоль синапса; затем, через возвратный нейрон, импульс посылается к другому месту, где стимулирует мускульное движение или, возможно, секрецию железы.

Все это позволило предположить, что один «проводниковый путь» синапса открывает другой; иными словами, одно рефлекторное движение может действовать как стимул для второго, которое производит новое ответное движение, оно становится стимулом для последующего и т. д. Таким образом, задействованной оказывается целая «батарея» рефлексов, которая формирует определенное поведение. Это поведение мы и называем инстинктом.

Относительно малый и простой организм, например насекомое, всецело подчинен инстинктам. Инстинкты наследуются и присутствуют с рождения. Так, паук инстинктивно умеет плести паутину, даже если он никогда не видел, как это делается, причем каждый вид пауков будет плести свой собственный вид паутины.

Млекопитающие (и в особенности, человек) бедны врожденными инстинктами, однако способны к обучению; на основе опыта они усваивают новые особенности поведения. Даже если систематическое изучение такого поведения в терминах нейронной теории затруднено, можно анализировать поведение эмпирически. В человеческой истории всегда изучалась и просчитывалась реакция других людей на определенные обстоятельства; эта способность делала изучавших и просчитывавших лидерами.

Применение количественных измерений к деятельности мозга началось с немецкого физиолога Эрнста Генриха Вебера (1795 — 1878). В 1830-х годах он обнаружил, что разница между двумя ощущениями одного и того же вида зависит от логарифма интенсивности ощущений.

Как и в вопросе освещенности помещения, когда мы освещаем комнату одной лишь свечой, вторая равная свеча ощущается так, как если бы мы подсветили помещение количеством света, равным X. Дальнейшее освещение этой степени достигается не просто дополнительными свечами, но все большими их партиями. Первая дополнительная свеча осветит помещение ярче в X раз, две другие свечи — также в X раз; затем для дополнительной яркости в X раз нужно четыре, затем восемь свечей и т. д. Это правило установил в I860 г. немецкий физик Густав Теодор Фехнер (1801 — 1887), и иногда его называют законом Вебера —Фехнера. Это положило начало науке психофизике.

Изучение поведения в целом (или наука психология) менее подчиняется математическому обсчету, однако его можно проделать экспериментально. Основателем этого подхода был немецкий физиолог Вильгельм Вундт (1832 — 1920), который в 1879 г. впервые основал психологическую лабораторию. Экспериментальная психология оценивает умственное развитие, ставя вопросы и предлагая интеллектуальные задачи. Французский психолог Альфред Бине (1857 —1911) опубликовал свой первый тест на интеллект в 1905 г.

Более фундаментальные исследования, которые более прямо связывают поведение с нервной системой, были выполнены русским психологом Иваном Павловым (1849 — 1936). Павлов начал с неврологического контроля секреции пищеварительных соков, затем перешел к изучению рефлексов.

На примере с собакой Павлов обосновал свой термин «условный рефлекс».

Школа психологов, исповедовавших так называемый бихевиоризм, утверждала, что весь процесс обучения — это развитие условных рефлексов и новых навыков, так сказать нервная сеть. Любой человек, видевший когда-либо стул, как только слышит это слово, сразу представляет данный предмет. Выдающимися деятелями этой школы были американские психологи Джон Бродес Уотсоп (1878—1958) и Беррес Фредерик Скиннер (1904-1990).

Бихевиоризм — крайне механистический взгляд на психологию поведения, эта точка зрения сводит на нет все фазы работы сознания и видит в поведении только физику. Но если к мышлению и подходить механистически, то следует применять более тонкие методы.

Рассматривая нервную инфраструктуру, легко представить себе импульсы, путешествующие по разным путям, — однако из чего состоят эти импульсы в точности? Давнюю доктрину духовной субстанции, идущей по нервным путям, наголову разбили Халлер и Галль, однако после работ итальянского анатома Луиджи Гальвани (1737-1798) она возродилась вновь, хотя и в совершенно новой форме. В 1791 г. Гальвани обнаружил, что мускулы анатомированной лягушки производили механическую работу под электротоком. Он сообщил, что открыл животное электричество, производимое мускулатурой.