Текст книги "Франкенштейн. Запретные знания эпохи готического романа"

Искра сознания: гальванизм и секрет жизни

Что приводит в движение конечности? Что за энергия заставляет биться сердце? Что за материя передает волю разума рукам или ногам? Действует ли в организме какая-то жизненная сила, или даже дух, и можно ли этот дух выделить, чтобы изучить… а может быть, даже воспроизвести? Подобные вопросы волновали натурфилософов с древних времен вплоть до эпохи Просвещения, а XVIII век принес новые открытия, опровергнувшие прежние убеждения, и прогресс в электротехнике позволил задуматься о новых уникальных возможностях: создании и контролировании жизненной силы в живом существе.

Механизм запуска мышечных сокращений и управления ими – то, что сегодня мы называем нейромышечной деятельностью, – Гален, выдающийся исследователь в области физиологии, приписывал действию субстрата, который он называл «животным духом». Учение Галена оставалось актуальным в течение Средневековья, а в XVII веке его теорию доработал французский философ Рене Декарт (1596–1650). Он предложил гидравлическую теорию нейромышечной деятельности, в которой нервам отводилась роль проводников субстанций «животных духов» между мозгом и мышцами. В своем Traité de L’Homme («Трактате о человеке») он писал:

«…можно сравнить нервы описываемого мною механизма с трубками, мышцы и сухожилия – с разными другими устройствами и пружинами, которые приводят в движение этот механизм, животный дух – с водой, заставляющей их двигаться. При этом сердце является источником этой воды, а поры мозга – водопроводом».

Некоторые исследователи – современники Декарта соглашались с ним. Например, английский анатом XVII века Томас Уиллис полагал, что роль мозга состоит в том, чтобы служить для «превращения жизненных духов… в важнейших животных духов». Но в 1664 году эксперимент, проведенный нидерландским ученым Яном Сваммердамом, опроверг одно из основных утверждений Декарта. Поместив мышцу лягушки в стеклянный сосуд, из которого торчала тонкая трубка, он налил туда немного воды. Так Сваммердам смог проверить, менялся ли общий объем мышцы при сокращении. При стимуляции мышцы серебряной проволокой, присоединенной к медной петле, вода не двигалась, а значит, объем мышцы не менялся, что шло в разрез с гидравлической теорией Декарта.

Особый интерес в эксперименте Сваммердама – хотя суть его была в другом – представляло использование биметаллического инструмента для стимуляции мышцы. Возможно, это был первый пример наружной электрической стимуляции нейромышечной деятельности, впрочем, также возможно, что Сваммердам механически стимулировал мышцу. В любом случае это стало предпосылкой для последующих выдающихся исследований.

Несмотря на отказ от гидравлической теории Декарта, у ученых оставалась альтернативная теория. Изобретение электростатического генератора означало, что электрический заряд можно создавать по желанию, а разработка лейденской банки, устройства, способного сохранять заряд и выпускать его по требованию (см. страницу 37), предлагало исследователям новый мощный инструмент для исследования замечательных возможностей электричества.

Случаи возникновения биоэлектричества способствовали установлению прочной связи между электричеством и той таинственной энергией, что запускала и поддерживала нейромышечную деятельность. Сила удара, производимого лейденскими банками, была сопоставима с силой разряда, испускаемого электрическим угрем или скатом. Электричество воспринималось как разновидность бесплотной субстанции, жидкости, и это согласовывалось с убеждением, что нейромышечная деятельность возникает благодаря неким «животным духам», или «нервным флюидам». Альбрехт фон Галлер, преподаватель анатомии и медицины Гёттингенского университета в Германии, полагал, что сущность «нервных флюидов» может быть объяснена «электрической материей», присутствующей в «животных духах».

Для изучения этой предположительной связи Луиджи Гальвани (1737–1798), преподаватель анатомии Болонского университета, использовал лягушачьи лапки в качестве объекта исследования в программе испытаний, начатой в 1781 году. Он отсекал верхние половины туловища лягушек, оставляя задние конечности с остатками спинного мозга, и наблюдал за их реакцией при подвешивании к электростатическим генераторам и лейденским банкам с помощью различных приспособлений из проводов, подсоединенных к нервным окончаниям. И лишь когда его ассистентка (возможно, это была его жена Лючия) случайно прикоснулась к нерву лягушки скальпелем в тот момент, когда рядом проходил электрический разряд, Гальвани удалось наконец получить заметный результат: «Казалось, все мышцы лапки сокращались снова и снова, словно в них возникали мощные судороги». Гальвани пришел к выводу, что «электрическая атмосфера» (то, что сегодня называется электрическим полем), производимая разрядом, стимулировала движение электрического флюида в нервах лягушки.

В дальнейших испытаниях Гальвани экспериментировал с лягушачьими лапками, подвешенными к железной ограде в его саду. Опираясь на эксперименты Бенджамина Франклина, доказавшего, что молния является формой электричества, Гальвани захотел увидеть, повлияют ли на лягушачьи лапки удары молнии или другие электрические атмосферные явления. Он добился некоторых положительных результатов, но гораздо больше его впечатлило открытие, что лапки иногда дергались в отсутствие грозы и даже облаков: «Ну надо же! Лягушки иногда совершенно хаотично дергаются по несколько раз подряд».

Это навело Гальвани на мысль, что мышцы сами являлись источником оживляющих электрических флюидов. В частности, он установил, что сокращения могут быть вызваны прикосновением к лапкам биметаллической дуги – подобно тому, как действует лейденская банка. То есть мышцы в некотором роде являются этакой батареей лейденской банки, непрерывно возбуждаемой действием мозга, которое передается по нервам. Для Гальвани это стало весомым доказательством того факта, что мышца и нервные волокна функционируют как своеобразная биологическая лейденская банка: нервы проводят некий электрический флюид к наружной поверхности мышцы, так же как и проводник переносит заряд к наружной поверхности лейденской банки. Благодаря этому внутренняя поверхность приобретает противоположный заряд, и эта противоположность вызывает мышечные сокращения.

Вскоре Гальвани вступил в затяжной спор с Алессандро Вольтой (1745–1827), преподавателем соседнего университета Павии и ведущим авторитетом в учении об электричестве. Вольта, описывавший себя как человека с «талантом к электричеству», создал свой первый громоотвод в 27 лет, а позднее изобрел perpetual electrophosphorus – электростатический генератор, обеспечив себе должность на кафедре экспериментальной физики в Павии в возрасте всего 33 лет.

Несмотря на первоначальные сомнения по поводу открытий Гальвани, Вольта собственноручно повторил его эксперименты и в итоге поменял свое отношение, по его собственным словам, «с неверия на фанатизм». «Это открытие демонстрирует животное электричество, – восторгался он, – и позволяет отнести его к категории доказанных истин». Однако дальнейшие испытания показали, что мышцы могут начать сокращаться только при прикосновении биметаллических пластин к нервам, вообще без прикосновения к самим мышцам, и это, как казалось, подрывало аналогию Гальвани с лейденской банкой. Вольта начал подозревать, что более уместна была бы другая аналогия: между нейромышечным соединением и электроскопом – примитивным устройством для обнаружения электрического заряда. Вольта предположил, что мышца лягушки реагировала на внешний электрический потенциал, а не на электричество, находившееся, как утверждал Гальвани, в самой мышечной ткани.

Так как же именно возникал электрический заряд? Вольта обнаружил, что при использовании пластин из одного металла результатов не было: необходимы были именно биметаллические. Ученый предположил, что за электричество отвечает контактная разность потенциалов – явление, при котором электрический ток возникает при контакте между двумя металлами, открытое немецким математиком Иоанном Георгом Зульцером в 1752 году (см. страницу 46).

Критика Вольтой результатов исследований Гальвани разделила научное сообщество на «анималистов» – тех, кто поддерживал утверждение Гальвани о том, что электричество, вызывающее сокращения мышц, имеет биологическую природу, – и «металлистов» – тех, кто поддерживал Вольту. Опровержение убеждений «анималистов» и стремление создать полностью небиологическую модель производства электрического заряда привело Вольту к созданию источника тока, изобретения, которое впоследствии стало главной составляющей технологического наследия «Франкенштейна» (см. страницу 45).

Гальвани за работой в своей мрачной и довольно отвратительной лаборатории. Что же является источником электрической энергии – металлическая дуга или сама мышечная ткань?

На самом деле и «металлисты», и «анималисты» были правы. Вольта верно определил контактную разность потенциалов в биметаллической дуге как источник электричества в эксперименте Гальвани, но правильность взглядов Гальвани на животное электричество была доказана позднее. Мышечные сокращения действительно стимулируются электрическим зарядом, проходящим по нервам, а живые ткани способны генерировать электричество.

Несмотря на споры и сомнения вокруг гипотез Гальвани, его работа стала очень известной и получила широкий резонанс. Наукой была доказана прямая связь между электричеством и жизненной энергией, что, очевидно, даже говорило о возможности оживления омертвевших тканей. Можно сказать, что попытки применить гальванизм к трупам людей были в каком-то смысле неизбежными, а их результаты оказались поразительными и несколько пугающими (см. страницу 53). Исследования Гальвани и его лаборатория также производили шокирующее впечатление и внушали первобытный страх: в окружении расчлененных трупов, жутких нагромождений мышц и нервных волокон, орудуя странными инструментами, испускающими искры и треск, ученый посягал на раскрытие тайн жизни и смерти.

Мэри Уолстонкрафт Шелли была, несомненно, знакома с открытиями Гальвани и возможностями их применения. Позднее она вспоминала, как рассуждала в беседе с Байроном и Перси Шелли: «Наверняка тела можно будет реанимировать – гальванизм служит доказательством этому». Ключевой отрывок «Франкенштейна», в котором главный герой оживляет свое творение, эхом повторяет эксперименты Гальвани: «…я собрал все необходимое, чтобы зажечь жизнь в бесчувственном создании, лежавшем у моих ног… существо начало… судорожно подергиваться». Исследования Гальвани, по всей вероятности, стали источником вдохновения для Мэри при описании опытов Франкенштейна, и есть все основания полагать, что личность самого ученого Мэри использовала в качестве прототипа главного героя своего романа. Также с уверенностью можно сказать, что практически все последующие попытки осуществить мечту Франкенштейна в реальной жизни – создать человеческое существо или как минимум его подобие – основывались на революционном открытии Гальвани и на таком явлении, как нейромышечное электричество.

Ключ к тайнам природы: языки зомби, вольтов столб и император, испытывающий электролиз

Даже с изобретением электростатического генератора и лейденской банки (см. страницу 37) электричество оставалось чем-то вроде джокера в колоде – непредсказуемым и неконтролируемым явлением. Только с изобретением того, что сегодня мы называем батареей, наука об электричестве смогла сделать огромный шаг вперед: появился источник постоянного, контролируемого, доступного по первому требованию электрического тока. Это был, по словам Дэви, «ключ… к тайнам природы». История того, как появилось это изобретение, начинается с мрачной картины: вырванный язык, неестественно извивающийся под воздействием мистической энергии.

Спор с Гальвани по поводу источника электричества, вызывающего «гальваническую реакцию» (см. страницу 43), побудил Вольту детально исследовать явление, известное как контактная разность потенциалов. Немецкий математик Иоанн Георг Зульцер впервые открыл это состояние в 1752 году. Ученый обнаружил, что если соединить кусок свинца и кусок серебра и положить их на язык, то можно почувствовать характерный вкус, который он описал как похожий на «железный купорос» (сульфат железа). Очевидно, что при этом происходила какая-то химическая реакция, и Вольта решил сам повторить этот эксперимент.

Он начал с собственного языка: покрыл кончик оловянной фольгой, а затем поместил серебряную монету у корня. Когда Вольта протолкнул монету вперед, чтобы она соприкоснулась с фольгой, он ощутил хорошо различимый очень кислый вкус. При этом, однако, не было никаких признаков мышечных спазмов, поэтому Вольта пошел дальше в своем жутковатом эксперименте.

Отрезав язык недавно заколотой овцы под самый корень, Вольта обмотал его оловянной фольгой со стороны среза. Приложив серебряную ложку, ученый заметил, что язык дрогнул, а кончик, внезапно ожив, начал пугающе двигаться. Сначала он приподнялся и сложился, а затем начал дергаться из стороны в сторону.

Эти эксперименты доказали Вольте, что при контакте между двумя металлами на самом деле создавался электрический разряд, и, что имело огромное значение, ученый почувствовал, что кислый вкус, вызываемый контактной разностью потенциалов, ощущался в течение всего времени, пока металлы оставались у него на языке. Предыдущие методы генерации электрического тока, такие как электростатические устройства, могли производить только кратковременные, нерегулярные разряды.

Разобравшись с принципом, Вольта попытался узнать, какие комбинации металлов давали наибольший эффект. При присоединении пластин к ушам и лбу, у него получалось производить звуки и яркие вспышки. Используя электрометр – прибор для измерения электрического потенциала, Вольта обнаружил, что может расположить комбинации металлов в порядке возрастания их потенциалов относительно друг друга, при этом наиболее эффективными оказались медь/серебро и цинк. (Это связано с тем, что медь и серебро сильно притягивают электроны, а цинк отталкивает их). И, что особенно важно, Вольта пришел к выводу, что присутствие некоторых жидкостей, таких как, например, слюна на языке, способствовало переходу электронов между двумя металлами. Подобные жидкости известны под названием электролиты; они содержат заряженные частицы – ионы, которые постоянно двигаются и транспортируют электрический заряд.

Споры между «анималистами» и «металлистами» были в разгаре. Сторонники Гальвани провели больше экспериментов, подтверждавших правильность их доводов. В 1799 году Вольта ответил на это, создав полностью искусственную модель для демонстрации контактной разности потенциалов, в которой отсутствовали какие-либо органические компоненты. Вместо языка, который обеспечивал влажность, необходимую для того, чтобы ток перетекал между двумя металлами, ученый использовал суконные или картонные диски, смоченные соленой водой. Эти диски он поместил между серебряной (в более поздних версиях использовалась медь) и цинковой пластинами. Одно такое устройство, или элемент, генерировало довольно слабый заряд, но суммарное напряжение, производимое несколькими подобными элементами, могло быть вполне ощутимым. Соответственно, Вольта построил столб из таких пластин, удерживаемый на месте вертикально установленными стеклянными стержнями, – это был первый вольтов столб.

Использование предыдущих способов получения электричества позволяло производить прерывистые разряды, которые, как правило, характеризовались высоким напряжением, но маленькой силой тока, вольтов столб же производил постоянный ток с низким электрическим потенциалом, но большой силой тока. Вольта описал электрический потенциал как «электрическое напряжение», но позднее оно будет измеряться в единицах, названных в честь него вольтами, и иногда называться «вольтаж». Это можно сравнить с водой, текущей по трубе: напряжение, или потенциал, аналогично давлению воды, в то время как сила тока (измеряемая в амперах) аналогична расходу (объему, перетекающему за определенное время).

Картонные диски в столбе со временем высыхали, поэтому Вольта построил еще и альтернативную конструкцию, которую назвал couronne de tasses («корона из чашек»). В этой конструкции чашки с солевым раствором устанавливались по кругу и соединялись между собой пластинами из цинка и серебра попеременно. Соединение таких устройств, или, другими словами, батарея, могло производить мощный электрический заряд – достаточно мощный, чтобы запустить неизведанные химические реакции.

В состоящем из двух частей письме, написанном в марте 1800 года на адрес Лондонского королевского общества – одного из старейших научных обществ в мире, – Вольта представил устройство, которое описал как «искусственный электрический орган». Это был его аргумент в споре с «анималистами» Гальвани: Вольта предположил, что аналогичным «генерирующим электрический заряд прибором, который имеется у рыб», объясняется биоэлектричество ската, которое, настаивал он, является «простым физическим – а не физиологическим – явлением». «Но даже в этом случае, – заключил ученый, – неуместно говорить о животном электричестве в том смысле, что оно производится или приводится в движение каким-то физиологическим, органическим действием…»

Получается, Вольта заявил, что у животных, способных испускать электрические разряды, внутри имеются своего рода неорганические варианты батареи или вольтового столба. Однако это ложное предположение, так как электрический орган ската состоит из клеток, которые генерируют электрический потенциал, закачивая ионы сквозь мембраны, а это вполне себе «физиологическое явление». Тем не менее существует близкое сходство в структуре натурального электрического органа и искусственного, о котором говорил Вольта: оба они состоят из множества дископодобных электрических клеток (элементов), образующих единую цепь, и общий электрический заряд этой цепи многократно увеличивается благодаря каждому звену. В этом смысле Гальвани и «анималисты», с их электрофизиологической моделью, несомненно, были более точны в своих заключениях, и именно их точка зрения, скорее всего, в большей степени повлияла на концепцию созданной пером Шелли силы, оживившей монстра Франкенштейна. Однако критика, исходившая от Вольты, оказалась созвучной возникшим в то время новым идеям ученых-материалистов. Согласно этим идеям, природные тела рассматривались как наделенные внутренней активностью, движением, хотя само это движение трактовалось как механическое. Становилось все легче представить, что не существует абсолютного разграничения между органическим и неорганическим, одушевленным и неодушевленным, мертвой материей и живой тканью…

ВОЛЬТА И НАПОЛЕОН

Вольтов столб принес своему изобретателю богатство и славу. В 1801 году Вольта поехал в Париж, чтобы представить свое изобретение самому Наполеону, пригласив его поучаствовать в эксперименте. Император произвел электрический разряд, расплавил медную проволоку при помощи тока и даже осуществил электролиз воды.

С научной точки зрения, влияние изобретения вольтова столба на дебаты между «анималистами» и «металлистами» имело второстепенное значение. Гораздо важнее было то, что эта технология открывала абсолютно новую область знаний – электрохимию. Еще до того, как вторая часть письма Вольты достигла Королевского общества, британские ученые Энтони Карлайл и Уильям Николсон сконструировали собственный столб и использовали его для «разложения» воды: если пропустить электрический ток сквозь воду, она при контакте с электродами распадается на две составные части – водород и кислород. Для химии того времени важной задачей было определить элементы – вещества, которые невозможно разложить на составляющие части, в отличие от сложных веществ. Разложение с помощью электрического тока, то есть электролиз, обещало радикально ускорить решение этой задачи. И конечно, Мэри Шелли получила представление о мощи новой электрической технологии и ощутила энтузиазм и азарт, охвативший ученых по совершении этого важного открытия, – благодаря встречам с Уильямом Николсоном, посещавшим дом ее отца в Лондоне, и благодаря исследованиями и лекциям Гемфри Дэви.