Текст книги "Взламывая биологию"

Информация истинная и ложная

В 37 томах «Естественной истории» Плиний исследовал многообразие тем: биологию растений и животных, физиологию человека и антропологию, географию и астрономию. Невзирая на то, что многие из его предположений и утверждений позже оказались неверными, книга остается ценным описанием истории и культуры Древнего Рима I в. н. э.

Зоология была затронута в книгах с VII по XI, а ботаника – с XII по XVII. Плиний подробно описал образ жизни и повадки гиппопотама, в частности утверждал, что когда животное становится слишком толстым, оно добровольно натыкается на острую палку, выпускает из себя нужное количество крови и выздоравливает. В работе также содержатся детальные описания единорогов и других мифических созданий. Например, объясняется, что василиск, чудовищный змей, убивает взглядом. Плиний считал мифы правдивыми рассказами и просто пришел к выводу, что свирепые и предположительно волшебные животные встречаются очень редко, или же их сложно поймать.

Животворная сила

Шесть книг эпической поэмы «О природе вещей» (De Rerum Natura) объясняют, ни больше ни меньше, природу, устройство и судьбу Вселенной, происхождение и эволюцию живого.

О Тите Лукреции Каре, авторе поэмы, мы знаем очень немного, только что он жил около I в. до н. э. и следовал учениям философа Эпикура (утверждавшего, что секрет хорошей жизни – в поисках наслаждений).

По книге «О природе вещей» мы можем судить, что Лукреций серьезно занимался философией и наукой, был увлечен наблюдениями за окружающим миром, хорошо разбирался в сельскохозяйственных культурах и садоводстве, а также в рельефе и смене времен года.

Вера Лукреция в ествественные науки очевидна. В своей книге он постоянно отвергает сверхъестественные объяснения природных явлений. Мир, согласно Лукрецию, был создан не божественным образом, а в результате совершенно естественных, произвольно текущих процессов. Но он также писал, что движение жизни контролирует богиня Венера. Это идет вразрез с другими его натуралистическими идеями о живых существах. Но все же концепция животворных сил приобрела поддержку среди более поздних мыслителей, особенно врачей. Жизнь, как говорили, обусловлена наличием пневмы, сверхъестественной животворной силы. Это слово можно перевести как «дыхание», но оно также означало «дух». Пневма отличает живое от неживого, и в течение последующих 1800 лет считалось, что жизненные процессы, текущие благодаря пневме, выходят за рамки массы прочих природных явлений.

Экземпляр «О природе вещей» 1483 г., созданный для папы Сикста IV.

ГАЛЕН

Клавдий Гален (130–210) родился в городе Пергамоне, на территории современной Турции. Он изучал медицину и стал главным врачом в школе гладиаторов, где приобрел опыт в обработке ранений. В начале 160-х гг. он перебрался в Рим, лечил императора Марка Аврелия и его преемников, императоров Коммода (отрицательный персонаж в фильме «Гладиатор») и Септимия Севера. Гален первым начал применять в медицине эксперименты и пытался расширить диапазон знаний, вскрывая животных (вскрытие людей запрещалось законом). По убеждению Галена, пневма, или дыхание жизни, входит в тело через легкие и затем распространяется по крови.

Травники

Многочисленные растения использовались в медицине, не говоря уже об их применении в кулинарии, поэтому неудивительно, что большинство ранних работ о них – это травники, или руководства по определению растений с полезными свойствами.

Диоскорид, врач древнеримской армии, в I в. н. э. описал почти 600 растений в труде «О лекарственных веществах» (Materia Medica). На протяжении 1500 лет он был основным справочником: только перечисленные в нем растения считались по-настоящему ценными. В Средневековье растения изучали мало, люди были склонны полагаться на более ранние работы таких ученых, как Теофраст и Диоскорид. Самым известным натуралистом того периода был Альберт Великий, работавший в XII в. Современники звали его Doctor universalis (Доктор всеобъемлющий) из-за широкой сферы его интересов. Книга Альберта Великого «О растениях» (De Vegetabilis) описывала его личные наблюдения о разнообразии растений и их применении. Ученый стал первым известным нам человеком, выделившим ряд признаков растений. Например, он различал однодольные растения (травы) и двудольные (бобовые), основываясь на структуре стебля. Изобретение печатного станка в середине XV в. привело к волне публикаций книг о растениях. Травники стали все меньше и меньше полагаться на традиционные учения и все больше – на наблюдения растений самих по себе, не как материала для лекарств.

Анатомический рисунок из английского травника XIII в. показывает форму листа и цветка.

«Китаб-и хашиш» («Книга трав») – это арабский перевод XI в. книги «О лекарственных веществах».

Бестиарий

В Средневековье бытовало поверье, особенно в христианской Европе, что природа завещана нам Богом и служит источником инструкций о том, как следует жить людям. Это проповедовали бестиарии – сборники нравоучительных зоологических историй.

Первый известный нам текст бестиария, отражавший подобные учения, – «Физиолог», написанный по-гречески в Александрии около II или III в. н. э. неизвестным автором. Этот свод знаний о животных, явно основанный на христианской традиции, сначала описывает тот или иной аспект поведения животного, а затем объясняет читателю, как следует его интерпретировать с точки зрения христианских верований и практик через наблюдение за миром природы. «Физиолог» был невероятно популярен и переведен на большинство распространенных языков Европы и Передней Азии. Это основной источник средневековых бестиариев.

Единственный способ поймать единорога – приманить его парочкой прекрасных дев.

Виверна, двуногий дракон, знакомится с изумленным слоном.

Как видно, иллюстрации льва, волка и коровы не были анатомически верными.

«Этимологии»

Около VII в. Исидор Сивильский написал энциклопедию «Этимологии», в которой попытался изложить весь имеющийся на тот момент – огромный – спектр знаний, в том числе из области военной науки, астрономии, теологии, земледелия и зоологии. В «Этимологиях» мало что добавлено им самим, многое взято из книг более ранних авторов, таких как Аристотель и Плиний Старший. Как следует из названия книги, Исидор постарался соединить названия предметов (этимологию) с их природой и характерными чертами. Некоторые связи оказались скорее вымышленными, а не научными, например предположение о том, что садовые сони называются по-латыни glis, так как прежде чем впасть в спячку зимой, они толстеют – «пухнут» (лат. gliscere).

Рождение бестиария

Разновидность книги, известная как бестиарий, появилась, когда тексты, подобные «Этимологиям», объединили с «Физиологом». Исидор просто записал то, что почерпнул у более ранних писателей о повадках животных, реальных и выдуманных, но без каких-либо дополнительных нравоучений. Составители бестиариев цитировали Исидора и добавляли подходящий урок, который надлежало усвоить.

Драконы постоянно встречались в народных сказках, часто как олицетворение дурных желаний людей.

Белые птицы, как говорили, лечат больных – забирают с собой болезнь и улетают.

Считалось, что василиски убивают зловонным дыханием.

Сатиры, проказливые духи из древнегреческих мифов, стали прообразом дьявола, каким его принято изображать в Европе.

Бестиарий, или книга зверей, имел много общего с «Физиологом». В нем сохранялся традиционный подход к природе как к инструменту обучения, но был сделан шаг и к описанию разнообразия живого мира самого по себе.

Рукописи бестиариев обычно сопровождались иллюстрациями, хотя эти средневековые изображения животных зачастую далеки от реальности: крайне маловероятно, что художники имели возможность непосредственно познакомиться с существами, которых рисовали. Они полагались на рассказы путешественников и слухи. Например, крокодилы в средневековых бестиариях часто похожи на собак. Иллюстрации в действительности должны были служить «языком визуального общения» для в основном неграмотного населения. Многие из рассказов были уже хорошо известны, а изображение описываемого существа просто напоминало о них.

ЧЕТЫРЕ СУЩЕСТВА

Парацельс, родившийся в Швейцарии в 1493 г., был наиболее влиятельным мыслителем своего времени. Он считал, что мир состоит из четырех элементов: земли, воды, огня и воздуха. Он также предположил, что каждому элементу соответствуют существа, равные людям, но отличные от них, которые время от времени забредают в наш мир. Гномы живут под землей и иногда нападают на горняков. Нимфы обитают в воде и появляются обнаженными на берегу. Саламандры – это гибкие люди огня, они живут в вулканах, но не обжигаются. Наконец, сильфы – великаны, плавающие в воздухе между лесными деревьями. Когда они спускаются, земля вздрагивает, и происходят землетрясения.

Мифические создания

Кроме нереалистично описанных настоящих животных, бестиарии населяли существа, которые не имели к реальности никакого отношения. Единорог, грифон и василиск изображались рядом со страусом (которому пририсовывали копыта) и китом (большой, покрытой чешуей рыбой). Мы не знаем, действительно ли люди того времени верили в существование подобных созданий, хотя, конечно, этого нельзя исключать. Сомневающиеся же, вероятно, не верили и в гиппопотама.

К XIII и XIV вв. появились энциклопедии, которые, хотя и содержали материалы из бестиариев, были снабжены аллегориями.

Благодаря влиянию таких людей, как Альберт Великий и святой Франциск Ассизский, интерес к изучению природы возрастал. Кроме того, путешественники, например Марко Поло, посещали места, где предположительно водятся экзотические создания, и не находили их. С началом эпохи Возрождения европейцы вернулись к более научному подходу к природе и стали искать факты, а не тешить себя фантазиями.

Самозарождение

В древности люди верили, что живые существа возникают из неживого материала. Самозарождение, как считалось, происходит в основном в «угасающей» материи: так личинки появляются в гниющей пище.

Аристотель объяснял самозарождение «жизненным жаром», который присутствует во всем. Эта теория, как и многие другие его идеи, получила широкую поддержку и считалась достоверной следующие 2000 лет. Средневековая церковь поправила понятие жизненного жара Аристотеля, заявив, что за самозарождение ответственны ангелы, которые действуют посредством солнечного света.

Ян Баптист ван Гельмонт (1580–1644), талантливый химик, одним из первых выделил газы из воздуха. Он был убежден, что природу лучше всего познавать через эксперимент. Однако он же опубликовал рецепт получения мышей! Нужно поместить ветошь и несколько семян пшеницы в открытый горшок и подождать 21 день. По истечении этого срока появятся мыши. Там будут, убеждал ван Гельмонт своих читателей, взрослые самки и самцы, способные размножаться и производить еще больше мышей. Идея о самозарождении была на удивление стойкой; даже такие выдающиеся мыслители, как Рене Декарт и Исаак Ньютон, придерживались этой теории. В 1688 г. итальянский натуралист Франческо Реди показал, что личинки выходят из яиц. Если мух держать подальше от мяса, личинки не появятся. Ничего самопроизвольного.

Ян Баптист ван Гельмонт был основоположником пневматической химии. Он показал, что при горении дерева выделяется отравляющий газ, который он назвал «лесным хаосом». Сегодня он известен как углекислый газ.

Хотите познакомиться с предками? Сторонники самозарождения считали, что простые животные появляются из гниющей материи, а затем постепенно развиваются в более сложные организмы, подобные вам.

ГУСИ И МОРСКИЕ УТОЧКИ

В эпоху Средневековья людей поражал один из видов гусей. Птицы появлялись ранней зимой в Ирландии и Шотландии. Но где они гнездились? Цвет оперения гусей был похож на окрас морских уточек – ракообразных, водившихся у побережья. Наверное в этом все дело: у гусей нет гнезд – они произошли от морских уточек. Это была странная точка зрения – Альберт Великий отмахнулся от нее как от «совершенного абсурда», – но убеждение ходило достаточно долго, и странные названия закрепились за обоими видами. Если вам интересно, гуси-казарки мигрируют весной, а гнезда вьют в Арктике.

Семейное торжество. Гуси и раки – сородичи?

Поиск гомологов

О гомологии сначала заговорили математики, и в рамках этой науки термин обозначал эквивалентность между рядами чисел. Использование его в биологии для описания схожих признаков у живых созданий началось с работы Пьера Белона. Гомологичные черты у животных означают, что виды разделяют общее прошлое.

Пьер Белон (1517–1564) одним из первых натуралистов сравнил анатомию разных форм жизни. Ученый родился в Ле-Мане во Франции и изучал медицину в Париже. Белон, одна из значимых фигур в деле возобновления естественноисторических исследований в XVI в., главным образом известен благодаря своему труду «Естественная история птиц» (L’Histoire de la Nature des Oyseaux). Книга опубликована в 1555 г., описывает 200 видов и указывает на схожесть форм и функций скелетов птиц и людей. Таким образом, труд стал первым шагом к созданию сравнительной анатомии. Белон выдвинул идею, что разные животные и растения развиваются по-разному, используя одни и те же анатомические структуры. Позднее биологи, такие как Чарлз Дарвин, предположили, что организмы, у которых в анатомическом строении имеется множество схожих элементов, близко связаны.

В начале XIX в. Жорж Кювье высказал мысль, что набор гомологичных структур, наблюдаемый у родственных животных, имеет причиной их взаимодействия с окружающей средой. Этьен Жоффруа Сент-Илер выступил с альтернативной точкой зрения: все тела животных видоизменяются в соответствии с единым общим планом. Предваряя теорию эволюции Дарвина, британский анатом Ричард Оуэн предположил в 1849 г., что гомологичные особенности скелета свидетельствуют о том, что четвероногие наземные животные произошли от рыб.

Пьер Белон обнаружил, что скелеты людей и скелеты птиц состоят из одного набора костей, который модифицируется для обеспечения разных функций.

Зоология

«История животных» (Historia Animalium) Конрада Геснера, опубликованная в 1558 г., стала первой попыткой собрать всю информацию, известную тогда о животном мире. Это важный труд, обозначивший очертания современной зоологии.

Геснер родился в Цюрихе в Швейцарии. В 1541 г. он получил степень доктора медицины и до конца жизни практиковал в родном городе. Свободное время он посвящал своему хобби – наблюдал за дикой природой и исследовал анатомию животных. Опираясь на классификацию видов Аристотеля, Геснер разделил царство зверей на четыре категории: четвероногие, земноводные, птицы и рыбы (и другие водные животные), и каждой посвятил один из томов своей «Истории». Пятый том, о змеях и скорпионах (включавший также пауков и насекомых), был опубликован в 1587 г., после смерти Геснера.

Конрад Геснер был настоящим эрудитом и славился не только как натуралист, но и как специалист по классическим языкам, ботаник и врач.

От древности к современности

Не полагаясь на слухи и сомнительные факты из работ более ранних авторов, таких как Плиний и Аристотель, Геснер избрал эмпирический подход. Он построил свое исследование на предельно точных описаниях собственных наблюдений и вскрытий. «Исследователь, – говорил Геснер, – должен <…> наблюдать, буквально разбирать на части, затем описывать животных, делая при этом иллюстрации». Это не означает, что ученый полностью игнорировал старые источники. Он признавал вклад Аристотеля и других и приводил множество цитат из Ветхого Завета и средневековых бестиариев, даже включил в книги мифических существ, таких как единорог, феникс и морской змей. Дополнив имеющиеся знания результатами собственного труда, Геснер сумел объединить хроники древности, средневековый мир и более современный подход к науке.

Иллюстрации деталей

«История» изобиловала иллюстрациями – около 1000 раскрашенных от руки гравюр, (многие были выполнены самим Геснером). Но «История животных» – это не просто описание зверей в их природных условиях. Автор затронул современное ему понимание среды обитания, поведения и физиологии, занялся ролью животных в литературе и искусстве. Он даже нашел место, чтобы обсудить кулинарные рецепты и использование животных в медицине.

Геснер был не только одаренным ученым, но и талантливым художником. Гравюра из «Истории животных» изображает лысого ибиса.

Вода и жизнь

Вода – обязательное условие жизни, и это было абсолютно ясно еще тогда, когда человек начал мыслить. Философы, в том числе древние греки, считали воду одной из четырех стихий, формировавших мир. Остальные три – это огонь, земля и воздух. Простой опыт, проведенный в XVII в., дал этой идее научное обоснование. Но является ли вода источником всей жизни?

Аристотель придерживался той точки зрения, что растения получают пищу из почвы. С этой идеей не пытались спорить до XVII в. Фламандский исследователь и врач Ян Баптист ван Гельмонт учился у Парацельса и разделял мнение алхимика о том, что только воздух и вода являются фундаментальными элементами, а огонь и земля – нет. Ван Гельмонт решил опровергнуть утверждение Аристотеля и провел один из самых известных опытов в ранней биологии.

МОНИЗМ

Монизм – это убеждение в том, что в конечном итоге все во Вселенной происходит из одного фундаментального материала. Такого взгляда в основном придерживались древнегреческие философы. Фалес, основатель западной философии, фундаментальным элементом считал воду. Возможно, его выводу не стоит удивляться, учитывая, что вода – единственная субстанция, которую можно наблюдать в твердом, жидком и газообразном состоянии и которая, очевидно, жизненно необходима.

Корни науки

Ван Гельмонт посадил иву весом 2,27 кг в глиняный горшок, где было 90,7 кг почвы. В течение пяти лет он ухаживал за ивой, поливая ее только дождевой или пресной водой. В конце этого периода ученый еще раз взвесил дерево и выяснил, что теперь в нем около 77 кг; он также взвесил почву, обнаружив, что ее масса уменьшилась всего на 56,7 г.

Из этого наблюдения ван Гельмонт заключил, что 74 кг «дерева, коры и корней», даже не считая листьев, которые растение сбрасывало каждую осень, «произошли только от воды». Он списал отрицательную разницу в массе почвы на погрешность эксперимента.

Очевидно, ван Гельмонт не мог знать, что из почвы поступают минеральные вещества для производства растительных белков и других биомолекул. И он ничего не знал о фотосинтезе – процессе, в ходе которого растение накапливает энергию солнечного света, чтобы генерировать новые ткани из углекислого газа и воды, которую берет из почвы. Но он нашел один из фрагментов мозаики. Потребовалось еще 200 лет, чтобы собрать ее целиком.

Ян ван Гельмонт доказал значение воды для жизненных процессов, а кроме того, будучи алхимиком, нашел первое свидетельство существования углекислого газа. Он выделил его из дыма, идущего от горящего дерева, и назвал «лесным хаосом». Но ученый не увидел взаимосвязи между углекислым газом и жизнью.

Кровоснабжение

В 1628 г. Уильям Гарвей опубликовал одну из наиболее важных работ в истории науки. В ней описывалась циркуляция крови по организму и была исправлена ошибка древности.

Гален, влиятельный древнеримский врач, живший во II в., был убежден, что кровь образуется в печени из пищи. Затем кровь поступает в вены, распространяется по всем частям тела и трансформируется в новые ткани или обеспечивает питанием уже существующие. Врач полагал, что запас крови постоянно восполняется, так как тело потребляет ее. Такое ви́дение сохранялось в течение последующих 1500 лет. Гарвей нашел подобный подход несостоятельным, особенно когда подсчитал, что в этом случае человек должен был бы производить 250 литров крови в час! В 1628 г. он опубликовал «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных», описывавшее циркуляцию крови по организму.

У млекопитающих и людей сложная система кровообращения. Первый круг кровообращения несет кровь от сердца по артериям (обозначены серым) и затем обратно по венам (показаны черным). По второму, малому кругу кровь проходит через легкие. Так происходит обмен газами – кислород поступает в кровь, а углекислый газ покидает ее.

ДЫХАНИЕ ЖИЗНИ

Гален учил о пневме как о фундаментальном элементе жизни. «Физическая пневма» располагается в мозге и связана с чувствами и движениями; «жизненная пневма» содержится в сердце, регулируя температуру тела; еще одна «физическая пневма» находится в печени и контролирует питание и обмен веществ.

Согласно ранним представлениям о неврологии, дух течет через пустоты в мозге.