Во второй половине XVII века английский ученый Роберт Гук и голландский торговец Антони ван Левенгук независимо друг от друга научились видеть микроскопические живые существа и структуры, недоступные для невооруженного глаза. Они известили мир о своих открытиях (Гук даже способствовал популяризации наблюдений Левенгука), но так и не поняли, в чем заключалась их суть. Между тем именно с этих первых шагов начала свой путь новая наука — клеточная биология.
Все мы начиная с 24 февраля 2022 года оказались перед лицом наступающего варварства, насилия и лжи. В этой ситуации чрезвычайно важно сохранить хотя бы остатки культуры и поддержать ценности гуманизма — в том числе ради будущего России. Поэтому редакция «Горького» продолжит говорить о книгах, напоминая нашим читателям, что в мире остается место мысли и вымыслу.
Сиддхартха Мукерджи. Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек. М.: Corpus: АСТ, 2025. Перевод с английского Татьяны Мосоловой. Содержание
Современная генетика родилась из сельскохозяйственной практики: моравский монах Грегор Мендель обнаружил гены, занимаясь перекрестным опылением растений гороха с помощью кисточки в монастырском саду в городе Брно. Русский генетик Николай Вавилов вдохновлялся селекцией зерновых культур. И даже английский натуралист Чарльз Дарвин обратил внимание на невероятные изменения форм животных в результате работы селекционеров. Развитию клеточной биологии тоже способствовала простая практическая технология. Интеллектуальная наука родилась из примитивного ремесла.
В случае клеточной биологии это было просто искусство наблюдения: ученые измеряли, наблюдали и анализировали мир глазом. В начале XVII века голландские мастера по изготовлению очков отец и сын Ганс и Захарий Янсен поместили два увеличительных стекла в верхнюю и нижнюю часть полой трубки и обнаружили, что могут видеть мир, невидимый невооруженным глазом . Такие микроскопы с двумя линзами стали называть «сложными», а микроскопы с единственной линзой — «простыми», но появление обоих типов микроскопов стало возможным благодаря древнейшему опыту стеклодувного ремесла, развивавшегося со времен арабского и греческого мира до эпохи итальянских и голландских стеклодувов. Во II веке до нашей эры Аристофан описывал «горящие шары»: стеклянные сферы для фокусировки и направления луча света, которые продавали на рынках в качестве безделушек. Если внимательно посмотреть через «горящий шар», в нем можно увидеть увеличение миниатюрной вселенной. Увеличьте его до линзы размером с глаз, и получится первый прототип монокля — вероятно, этот фокус в XII веке изобрел итальянский оптик Амати. Приделайте ручку — и получите увеличительное стекло.
Главное достижение Янсенов заключалось в том, что они соединили мастерство стеклодувов с инженерным решением, позволявшим двигать стекла на неподвижной подставке. Установив один или два куска идеально прозрачного стекла в форме линзы на металлической пластинке или трубке с помощью винтов и зажимов, позволяющих передвигать стекла, исследователи нашли путь в невидимый миниатюрный мир — в неизвестную ранее огромную вселенную, противоположную макроскопическому космосу, видимому с помощью телескопа.
***
Один нелюдимый голландский торговец самостоятельно научился разглядывать этот невидимый мир. В 1670-е годы торговцу тканями из Делфта Антони ван Левенгуку понадобился инструмент для изучения качества и целостности нитей. В XVII веке Голландия была активным центром торговли тканями: шелк, бархат, шерсть, лен и хлопок прибывали крупными рулонами и свертками из портов и колоний, а из Голландии расходились по всей континентальной Европе. Опираясь на работу Янсенов, Левенгук сконструировал простой микроскоп с единственной линзой, укрепленной на толстой латунной пластинке, и с тоненькой платформой для размещения образца. Поначалу он использовал инструмент, чтобы оценивать качество тканей. Но вскоре интерес к возможностям созданного им же инструмента полностью его захватил: он стал направлять линзы на любые предметы, которые попадались ему под руку.
Двадцать шестого мая 1675 года Делфт накрыла сильнейшая буря. Левенгук, которому в то время было сорок два года, набрал воды, протекавшей через крышу дома, оставил ее постоять сутки, а потом поместил каплю под стекло одного из микроскопов и поднес к свету. И тут же пришел в безумный восторг. Насколько ему было известно, еще никто прежде не видел ничего подобного. В воде кишели десятки крохотных организмов — «анималькулей», как он их назвал. Люди, смотревшие в телескопы, видели макроскопический мир — голубую Луну, газовую Венеру, кольца Сатурна, красноватый Марс. Но никто не рассказывал о чудесном живом космосе в капле дождевой воды. «Это было самое чудесное из всех чудес, которые я обнаружил в природе, — писал он в 1676 году . — Никогда мои глаза не испытывали большего удовольствия, чем при виде этого спектакля тысяч живых существ в капле воды».
Левенгук хотел увидеть больше, найти более точные инструменты для наблюдения за этой завораживающей новой вселенной живых существ. Он заказал шарики разных размеров из венецианского стекла самого высокого качества и принялся тщательно шлифовать и полировать их, придавая им идеальную двояковыпуклую форму. (Как мы теперь знаем, некоторые линзы он изготавливал, растягивая стеклянную палочку над открытым огнем до состояния тонкой нити и отламывая кончик, в результате чего на конце возникал «пузырек», превращавшийся в глобулу в форме линзы.) Он устанавливал эти линзы на тонких металлических пластинках из латуни, серебра или золота, снабженных сложной системой миниатюрных зажимов и винтов, позволявших двигать элементы инструмента вверх и вниз и добиваться идеальной фокусировки. Он изготовил около пяти сотен таких микроскопов, и каждый из них — чудо тончайшего ремесла.
А были ли подобные существа в другой воде? Левенгук упросил человека, ездившего к морю, привезти ему океанской воды «в чистой стеклянной бутыли». И вновь обнаружил плавающих в воде крохотных одноклеточных существ «с телами мышиного цвета и более светлым овальным окончанием». Наконец в 1676 году он записал свои наблюдения и отослал записи в самое именитое научное общество своей эпохи.
«В 1675 году, — писал он в письме Лондонскому королевскому обществу, — я обнаружил живых существ в дождевой воде, которая простояла несколько дней в новом глиняном горшке... Когда эти анималькули, или живые атомы, двигались, они выставляли вперед два усика и беспрерывно себя подталкивали... Остальное тело было округлым, слегка заостренным к концу, где у них был хвост, примерно в четыре раза длиннее тела».
***
Когда я закончил писать этот параграф, мною овладело такое же непреодолимое желание — я тоже захотел посмотреть на это. Находясь в состоянии полной неопределенности посреди пандемии, я решил соорудить собственный микроскоп — или хотя бы наиболее близкий аналог. Я заказал металлическую пластинку и поворачивающийся зажим, просверлил дырку и установил пластинку с самой лучшей тонкой линзой, которую смог купить. Это напоминало современный микроскоп не больше, чем телега с волами напоминает космический корабль. Я выбросил не один десяток прототипов, прежде чем получил один рабочий. Однажды в солнечный день я поместил капельку дождевой воды из лужи на предметную иглу и вынес инструмент на свет.
Ничего. Я видел лишь смутные очертания, как будто тени из призрачного мира. Размытое пятно. Я был разочарован и стал тихонько настраивать фокусировку, как это сделал бы Левенгук. В предвкушении предстоящего зрелища я ощущал каждый поворот винта собственным нутром, как будто такой же винт проворачивался где-то у меня в позвоночнике. И вдруг я увидел. Капля стала видна отчетливо — а в ней целый мир. Под линзой промелькнуло амебообразное существо. Потом другое. Некоторых я не узнавал. Какой-то спиралевидный организм. И округлый подвижный сгусток с ободком из самых прекрасных и нежных ресничек, которые я когда-либо видел. Я не мог оторваться. Это были клетки.
В 1677 году Левенгук рассмотрел человеческие сперматозоиды, «генитальных анималькулей», из собственной спермы, а также из образца спермы мужчины с гонореей. Он нашел их «движущимися, как змея или угорь движется в воде». Однако, несмотря на свой энтузиазм и продуктивность, торговец тканями не горел желанием демонстрировать свои инструменты любопытствующей публике или ученым. И эта подозрительность была взаимной: ученые относились к нему с таким же недоверием. Секретарь Королевского общества Генри Ольденбург уговаривал Левенгука «ознакомить [ученых] с его методом, чтобы другие могли подтвердить подобные наблюдения», а также предоставить рисунки и подтверждающие данные в дополнение примерно к двум сотням писем, которые Левенгук направил в Королевское общество, поскольку лишь около половины из них содержали доказательства или описывали научный метод, который можно было бы опубликовать. Но Левенгук давал лишь туманные описания своих инструментов и своего метода. Как писал историк науки Стивен Шейпин, Левенгук «не был ни философом, ни медиком, ни джентльменом. Он не учился в университете, не знал латыни, французского или английского... Его заявления [о существовании в воде большого количества микроскопических организмов] вписывались в стандартные схемы с большой натяжкой, и его личность также не помогала придать весу его заявлениям».
Казалось, ему нравилось иногда представляться скрытным и осторожным любителем — простым торговцем тканями, просившим приятеля принести морской воды в стеклянной бутылке. Единственный способ поверить этому торговцу тканями, который превратился в микроскописта и перевернул биологию с ног на голову, открыв новый мир микроскопических существ, заключался в том, чтобы довериться показаниям восьми не слишком респектабельных жителей Делфта, которых он собрал. Те клялись, что с помощью его инструментов действительно видели «плавающих животных». В результате такого принципа «свидетельских показаний» страдала научная репутация Левенгука. Подозрительный и раздосадованный Левенгук еще глубже зарывался в свой миниатюрный мир, видимый, казалось, только ему одному. «Моя работа, которой я занят уже долгое время, — возмущенно писал он в 1716 году, — была предпринята не для того, чтобы завоевать похвалу, которой я теперь наслаждаюсь, но главным образом из-за острой жажды знаний, которая присуща мне больше, чем многим другим людям».
Как будто его собственный микроскоп поглотил его и уменьшил в размере. Вскоре он сам стал почти что невидимым, маленьким, забытым.
***
В 1665 году, примерно за десять лет до того, как Левенгук опубликовал письмо с описанием анималькулей в воде, английский ученый и энциклопедист Роберт Гук тоже увидел клетки — но не живые и далеко не такие разнообразные, как анималькули Левенгука. Пожалуй, как ученый Гук был полной противоположностью Левенгука. Он учился в колледже Уэдхем в Оксфорде, и его разносторонний интеллект был способен проникать в разные научные сферы и постигать разные миры. Он был не только физиком, но и архитектором, математиком, научным иллюстратором, умел обращаться с телескопом и с микроскопом.
В отличие от большинства ученых мужей того времени — мужчин из состоятельных семей, имевших возможность долго рассуждать о естественных науках, не ожидая следующей зарплаты, — Гук происходил из небогатой английской семьи. Получая стипендию в Оксфорде, он жил за счет того, что помогал в работе знаменитому физику Роберту Бойлю. К 1662 году, еще в качестве помощника Бойля, он утвердился как полностью независимый мыслитель и занял должность «куратора экспериментов» в Королевском обществе.
Интеллект Гука был искрящимся и гибким, как резиновая лента, которая светится при растяжении. Он проникал в ту или иную сферу науки и затем расширял и освещал ее своим внутренним светом. Он много писал о механике, оптике и науках о материи. После великого лондонского пожара в сентябре 1666 года, продолжавшегося пять дней и уничтожившего четыре пятых города, Гук помогал известному архитектору Кристоферу Рену осматривать и восстанавливать здания. Он построил мощный новый телескоп, с помощью которого изучал поверхность Марса, а также исследовал и классифицировал окаменелости.
В начале 1660-х годов Гук начал серию экспериментов с микроскопами. В отличие от микроскопов Антони ван Левенгука, это были сложные микроскопы. Две тщательно отшлифованные линзы размещались на концах трубки, заполненной водой для увеличения четкости изображения. Вот что он писал: «Если... поднести его очень близко к предмету и посмотреть через него, он одновременно увеличит предметы и сделает некоторые более различимыми, чем любой большой микроскоп. Но из-за этого, хотя их [чрезвычайно] просто делать, их очень трудно использовать, из-за малого размера и из-за близости предмета; чтобы избежать и того и другого и ввиду лишь двух рефракций, я обзавелся латунной трубкой».
В январе 1665 года Гук опубликовал книгу под названием «Микрография, или Некоторые физиологические описания мельчайших телец при помощи увеличительных стекол с их наблюдением и обсуждением», в которой подробно описал свои эксперименты и микроскопические наблюдения. Эта книга стала хитом года: «Самая оригинальная книга, какую я когда-либо читал», — писал в своем дневнике Сэмюэл Пипс . Изображения микроскопических телец, никогда не виданных в таком увеличении, заворожили и восхитили читателей. Среди десятков тщательно выполненных рисунков было гигантское изображение блохи, огромная вошь с гротескным ртом паразита, занявшим восьмую часть страницы, а также сложный глаз комнатной мухи с сотнями линз, напоминающий миниатюрный многогранный светильник. «Глаз мухи... очень похож на сетку», — писал Гук. Он напоил муравья бренди и смог подробно зарисовать его усики. Однако среди изображений этих паразитов и вредителей было одно, казалось бы, неприметное изображение, которое незаметно пошатнуло самые основания биологии. Это был поперечный срез стебля растения — тонкий срез коры пробкового дуба, который Гук поместил под свой микроскоп.
Гук обнаружил, что пробка не была гомогенным блоком вещества. «Я взял хороший чистый кусок пробки, — писал он в „Микрографии“, — и острым как бритва перочинным ножом отрезал кусок, освободив гладкую поверхность, а затем исследовал ее очень внимательно с помощью микроскопа и смог увидеть, что она слегка пористая». Эти поры, или клетки, не были очень глубокими, но состояли «из многочисленных маленьких ячеек». Короче говоря, этот кусок пробки состоял из упорядоченного набора многогранных структур с выраженными повторяющимися «элементами», соединенными в единое целое. Они напоминали медовые соты в улье или монашеские кельи.
Гук искал название для этих пор и наконец остановился на слове «клетка» (cell), от латинского cella, что означает «маленькая комната» (на самом деле Гук видел не клетки, а очертания стенок, которыми окружены растительные клетки; возможно, внутри были клетки, но никаких подтверждающих рисунков не сохранилось). «Многочисленные маленькие ячейки», — писал о них Гук. Сам того не подозревая, он создал новую концепцию живых существ, включая человека.
Гук принялся дальше и глубже исследовать эти маленькие независимые живые элементы, невидимые невооруженным глазом. На собрании Королевского общества в ноябре 1677 года он рассказывал о том, что увидел под микроскопом в дождевой воде. Вот что было записано в протоколе собрания:
Первый представленный эксперимент состоялся в перечной воде, изготовленной на дождевой воде... помещенной туда за девять или десять дней до этого. Мистер Гук в течение недели наблюдал в ней большое количество чрезвычайно мелких животных, плававших взад и вперед. Через стекло, увеличивающее примерно в сто тысяч раз , они казались размером с клеща, и поэтому, по рассуждению, они в сотню тысяч раз меньше клеща. По форме они похожи на очень маленький прозрачный пузырек овальной или яйцевидной формы; этот яйцевидный пузырек движется вперед своим наиболее крупным концом. Они перемещаются в воде вперед и назад всеми возможными способами; и все, кто их видел, сочли их животными, и в этом ошибки быть не может.
В последующие десять лет Антони ван Левенгук, узнавший о предыдущей работе Гука, связался с ним, осознавая, что увиденные им под микроскопом анималькули могут иметь нечто общее с набором живых элементов (клеток), которые Гук увидел в коре, или с кувыркавшимися в перечной воде организмами. Письма были написаны в самоуничижительном и разочарованном тоне, как, например, письмо от ноября 1680 года: «Как часто доходило до моих ушей, что я рассказываю только вымышленные истории о маленьких животных...» Однако в пророческом письме, написанном в 1712 году, он продолжал: «Нет, мы можем двигаться дальше и открыть в этой мельчайшей частичке этого маленького мира новый неисчерпаемый запас материи, способной привести в другую вселенную».
***
Гук отвечал лишь изредка, но следил, чтобы письма Левенгука переводились и переправлялись в Королевское общество. Хотя Гук, по-видимому, спас репутацию Левенгука для будущих поколений, его собственное влияние на развитие клеточной биологии было довольно ограниченным. Специалист по истории клеточной биологии Генри Гаррис пишет: «Гук ни в коем случае не предполагал, что эти структуры были скелетом основополагающих единиц, из которых состоят все растения и животные. И возможно, не представлял себе, если вообще задумывался об основополагающих единицах, что они могут иметь размер и форму этих пор в пробке, которые он увидел». Он обнаружил «в пробке стенки живых клеток, но неправильно понял их назначение и, очевидно, не представлял себе, чем занято пространство между этими стенками в живом состоянии» . Пористый кусок мертвой коры; что еще можно извлечь из этого микрографического рисунка? Почему ствол растения имеет такое строение? Откуда берутся эти «клетки»? В чем их назначение? Являются ли они универсальными для всех организмов? И какова связь между этими живыми элементами и здоровым или больным телом?
В конечном итоге интерес Гука к микроскопии угас. Его беспокойному разуму нужны были широкие просторы, и он вернулся к оптике, механике и физике. Возможно, главной слабостью Гука и был его интерес буквально ко всему. Его мантрой стал девиз Королевского общества — Nullius in verba, который можно перевести как «Никому не верь на слово». Гук перескакивал с одной научной дисциплины на другую, выдвигая смелые гипотезы, не веря никому на слово, завоевывая аспекты важнейших областей науки, но так и не добился окончательного авторитета ни в одном вопросе. Он сформировался по аристотелевской модели философа-натуралиста (интересующегося всеми материями, имеющего суждение по поводу любых данных), а не по модели современного ученого, достигающего авторитета в каком-то конкретном вопросе, и в результате из-за этого пострадала его научная репутация.
***
В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал Philosophiae Naturalis Principia Mathematica («Математические начала натуральной философии») — труд настолько широкий и глубокий, что он пошатнул прошлое и сформировал ландшафт науки будущего. Среди открытий Ньютона был закон всемирного тяготения. Однако Гук утверждал, что он раньше уже сформулировал законы гравитации, а Ньютон украл его наблюдения. Это заявление было абсурдным. Гук и некоторые другие физики действительно предполагали, что планетарные тела притягивались к Солнцу невидимыми «силами», но по математической точности и научной глубине анализа никто из них даже отдаленно не смог приблизиться к тому, что изложил Ньютон в Principia. Конфликт между Гуком и Ньютоном длился несколько десятилетий, но последним, очевидно, посмеялся Ньютон. Бытует история, возможно вымышленная, о том, что через семь лет после смерти Роберта Гука, в 1710 году, когда Ньютон наблюдал за переездом Королевского общества на новое место в Крейн-Корт, в коллекции портретов недосчитались одного-единственного, а именно — портрета Гука, и Ньютон не заказал посмертную версию. Новатор в области оптики, человек, позволивший увидеть целую новую вселенную, остался невидимым для нас. До нас не дошло ни одного достоверного изображения или портрета Гука .