Наука о живом. Современные концепции в биологии

На одном из самых первых занятий по сравнительной анатомии начинающий узнает, что животные, в свое время довольно произвольно объединенные в группу копытных (Ungulata), в частности лошади, коровы, овцы, свиньи, жирафы и олени, ходят на кончиках пальцев, поскольку их копыта гомологичны ногтям (ungulae) и когтям млекопитающих других групп и имеют тот же химический состав. Привычка ходить на цыпочках сопровождается изменением костной {25} структуры конечности — «руки» или «ноги» соответственно. У копытных сустав, который профаны именуют «коленом», на передней ноге гомологичен запястью, а на задней — голеностопному суставу. Пальцы передней и задней конечностей редуцировались, что увеличило механическую эффективность этих конечностей. Главный палец передней ноги непарнокопытных (лошади, например) соответствует среднему пальцу, а второй и четвертый превратились в рудименты, не достающие до земли; на передних же ногах парнокопытных оставшиеся пальцы соответствуют нашим среднему и безымянному. Как легко заметить, изучение гомологии вносит порядок и смысл в то, что иначе выглядело бы огромной беспорядочной грудой зоологической информации.

Гомология конечностей копытных очень проста, и более продвинувшийся в своих занятиях студент-биолог — во всяком случае, обучающийся там, где сравнительной анатомии отводится надлежащее место, — может заняться, скажем, такой проблемой, как топография передней части головы позвоночных; кстати, эта проблема принадлежит к числу тех, которые профану кажутся смешными, хотя на самом деле открывают возможность для исследований и рассуждений, не лишенных определенной элегантности. Передний конец головы анатомически определяется передней частью сегментированных мышечных блоков, которые заполняют тело позвоночного от одного конца до другого, передними окончаниями двигательных нервов, иннервирующих эти мышцы, и самой передней точкой таких продольно вытянутых структур, как хорда и нервный тяж, или же органами, которые являются форпостом этих структур, такими, например, как задняя доля гипофиза. Анатомическая идентификация передней части головы позволяет лучше понять поразительную эволюцию высших нервных центров высокоразвитых позвоночных, приведшую к колоссальной гипертрофии, которая выплеснула элементы мозга за пределы анатомической передней части головы. Ценность сравнительной анатомии заключается в том, что она помогает лучше понять систему живой природы: глуп тот, кто смеется над ней, и сам себе вредит тот, кто ее недооценивает. {26}

Сравнительная анатомия утратила ту важность, которой она обладала прежде, главным образом потому, что основная часть исследований в этой области уже была выполнена крупнейшими немецкими зоологами конца прошлого века, в особенности Гегенбауэром и Вийхе, и их весьма почтительными и трудолюбивыми британскими учениками, такими, как зоолог Эдвин Гудрич и член Лондонского королевского общества профессор Эдвин Рей Ланкестер, которые, по слухам, послужили А. Конан-Дойлю прототипами доктора Саммерли и профессора Челленджера в романе «Затерянный мир». Современное нетерпеливое отношение к столь неторопливым исследованиям, каких требует сравнительная анатомия, не должно затушевывать того факта, что сравнительная анатомия — это трудоемкая и по-своему очень красивая дисциплина. Можно даже сказать, что крупнейшие специалисты превращали ее в настоящее биологическое искусство: биолог, который не оценит книги Эдвина Гудрича «Исследование строения и развития позвоночных»* и не придет от нее в восхищение, заслуживает только сожаления.

Несколько слов о микроскопах. Хотя микроскоп открыл целый мир мельчайших организмов, не следует преувеличивать важности обычной оптической микроскопии и вообще возможности смотреть на предметы, вместо того чтобы изучать их другими способами. Как мы узнаем ниже, открытие хромосом и генов зависело от возможности видеть их не более, чем открытие атомов и молекул; существование генов было известно задолго до того, как были обнаружены видимые особенности хромосом, которые можно было бы ассоциировать с генами. Обычный оптический микроскоп имеет тот недостаток, что с его помощью нельзя увидеть предмет, размеры которого меньше длины волны видимого света. Используя излучение с более короткой длиной волны, например ультрафиолетовое, и специальные пропускающие его линзы, мы можем увидеть более мелкие объекты; однако действительный переворот в микроскопии произошел с созданием электронного микроскопа, который {27} с помощью магнитных полей фокусирует и направляет обладающие большой проникающей способностью пучки электронов точно так же, как видимый свет направляется, рассеивается или собирается в одну течку с помощью линз. Но и у электронной микроскопии есть свои минусы: главный из них заключается в том, что исследуемый материал должен быть абсолютно высушенным и находиться в полном вакууме, а срезы исследуемых тканей приходится делать настолько тонкими, что их изготовление требует исключительного мастерства. И тем не менее, несмотря на эти неудобства, электронная микроскопия раскрыла перед нами новый мир кристаллических систем внутри живой клетки. Для целей микроанатомии самый мощный электронный микроскоп с самой высокой разрешающей способностью* не обязательно окажется самым лучшим. Электронного микроскопа со средней разрешающей способностью вполне достаточно для самой детальной микроанатомии (ее не следует путать с молекулярной анатомией), тогда как микроскоп с очень большим увеличением может в этих случаях ничего не дать: так, наблюдатель гораздо больше узнает о форме и снаряжении приближающегося корабля, глядя в обычный бинокль, чем употребив подзорную трубу такой мощности, что в нее будут видны щетинки на подбородке капитана. За последние годы при умелом использовании электронного микроскопа неожиданно легко удалось увидеть крупнейшие биологические молекулы, такие, как молекулы антител, а с использованием микроскопа высокой разрешающей способности была почти полностью изучена структура одного из вирусов — аденовируса 12.

Глава 2 Биогенез и эволюция

Среди принципов биологии наиболее безоговорочно установлен, и вряд ли когда-нибудь подвергнется пересмотру, принцип биогенеза — утверждение, что все живое происходит от живого. За каждым живым организмом наших дней лежит длинная цепь предков, тянущаяся непрерывно до самого начала биологического времени. В своей отрицательной форме этот принцип означает, что не существует никакого самопроизвольного зарождения, например самозарождения бактерий из разлагающихся органических веществ или простейших из сенного настоя. Как известно, Луи Пастер, величайший из биологов-экспериментаторов, провел ряд блестящих опытов, которые опровергли теорию самопроизвольного зарождения бактерий и легли в основу другой, гораздо более привлекательной гипотезы, утверждавшей, что бактерии, столь бурно размножающиеся, например, в теплом мясном бульоне, происходят от организмов, попадающих туда из воздуха. Это открытие, медицинское значение которого сразу понял английский хирург Джозеф Листер, лежит в основе всех антисептических и асептических методов современной хирургии.

Принцип биогенеза приложим не только к организму в целом, но и к некоторым из составляющих его частей. Так, клеточные органоиды, которые называются митохондриями, не возникают заново благодаря какому-то протекающему в клетке синтезу, но всегда происходят от ранее существовавших митохондрий. Биогенез не подразумевает эволюции, но эволюционные связи, естественно, подразумевают биогенез. В обычное понятие биогенеза нередко вкладывается еще дополняющее его понятие гомогенеза — т. е. идеи, что подобное порождается подобным. {29} В широком смысле слова такое уточнение оправданно, хотя теория эволюции и вынуждает, нас вносить в него некоторые частные поправки. Так, потомком мыши будет мышь, а потомком человека — человек. Никаких причудливых гетерогенезов никогда не случается — вопреки всевозможным экстравагантным представлениям, бытовавшим в те дни, когда эмпирическая точность еще не считалась необходимым или хотя бы желательным качеством претендующего на достоверность изложения фактов; самым знаменитым было поверье, будто утки могут рождаться из таких симпатичных представителей класса ракообразных, как морские уточки (Lepas anatifera). Подобные представления относятся к области «поэтизма» — способа мышления, который вызывает у ученых такое же негодование, какое наиболее нелепые сумасбродства компьютеризованной литературной критики вызывают у любителей литературы.