Досить просто забути, що ідеї, які здаються очевидними для нас сьогодні, століттями вигострювалися колективом розумних людей, а не з’являлися просто так. Той факт, що ми сприймаємо їх як щось самою собою разумеещееся, всього лише верхівка айсберга цікавої історії.
Давайте копнемо глибше:
Усвідомлення того, що тварини можуть зникнути
Якщо ви йдете по пляжу і знаходите цікавий камінчик – скам’янілість, ви відразу розумієте, що вона може належати давно вимерлому виду. Думка про те, що види вимирають, настільки звична нам, що важко навіть уявити час, коли люди думали, що кожен окремий тип істот все ще живе де б то не було. Люди вірили, що Бог створив все – навіщо б йому стало створити щось, що не зможе вижити?
Джордж Кюв’є був першою людиною, яка задався таким питанням. У 1796 році він написав статтю про слонів, в якій описав африканські і азіатські різновиди. Також він згадав про третій типі слонів, відомому науці тільки по його кісткам. Кюв’є зазначив ключові відмінності у формі щелепи третього слона і припустив, що цей вид повинен бути абсолютно окремим. Вчений назвав його мастодонтом, але де ж тоді живі особини?
На думку Кюв’є, «всі ці факти знаходяться у відповідності між собою і не суперечать жодному іншому повідомленню, тому мені здається можливим довести існування світу, що передує нашому і зруйнованому внаслідок свого роду катастрофи». Він не зупинився тільки на цій революційній ідеї. Кюв’є вивчив скам’янілості інших стародавніх тварин – попутно ввівши термін «птеродактиль» – і з’ясував, що колись рептилії були домінуючим видом.
Перші клітини, вирощені поза тілом
Якщо біолог хоче провести дослідження внутрішньої роботи тварин клітин, набагато простіше, якщо ці клітини не є частиною тваринного в цей час. В даний час біологи культивують широкі смужки клітин у пробірці, що значно полегшує завдання. Першою людиною, який спробував зберегти клітини живими поза тіла господаря, був Вільгелм Ру, німецький зоолог. У 1885 році він помістив частина ембріона курки в сольовий розчин і зберігав його живим протягом декількох днів.
Протягом кількох десятиліть продовжувалися дослідження з використанням саме цього методу, але в 1907 хтось раптом вирішив виростити нові клітини в розчині. Росс Харрісон взяв тканини ембріона жаби і зміг виростити на їх основі нові нервові волокна, які потім зберігав живими протягом місяця. Сьогодні клітинні зразки можна підтримувати живими майже нескінченно – вчені досі експериментують з клітинними тканинами жінки, яка померла 50 років тому.
Відкриття гомеостазу
Ви напевно чули що-небудь про гомеостазі, але в цілому дуже легко забути, наскільки він важливий. Гомеостаз – це один з чотирьох найважливіших принципів сучасної біології, поряд з еволюцією, генетикою і клітинної теорією. Основна ідея уміщається в коротку фразу: організми регулюють своє внутрішнє середовище. Але як і у випадку з іншими важливими поняттями, які можна вмістити в коротку і ємну фразу – об’єкти з масою притягуються один до одного, Земля обертається навколо Сонця, ніякого підступу немає – це дійсно важлива розуміння природи нашого світу.
Вперше ідею гомеостазу висунув Клод Бернар, плідний вчений середини 19 століття, якому не давала спати слава Луї Пастера (хоча вони і були друзями). Бернар домігся серйозних успіхів в розумінні фізіології, незважаючи на те що його любов до вівісекції знищила його перший шлюб – дружина збунтувалася. Але істинна важливість гомеостазу – який він називав milleu interieur – була визнана через десятиліття після смерті Бернара.
У лекції 1887 Бернар пояснював свою теорію так: «Живе тіло, хоча й потребує довкіллю, щодо від нього незалежно. Ця незалежність від зовнішнього середовища виникає з того факту, що в живій істоті тканини, по суті, відокремлені від прямих зовнішніх впливів і захищені істинної внутрішньої середовищем, яка полягає, зокрема, з рідин, циркулюючих в тілі».
Вчені, які випереджають свій час, часто залишаються невизнаними, але іншої роботи Бернара було достатньо, щоб зміцнити його репутацію. Проте науці знадобилося майже 50 років, щоб перевірити, підтвердити і оцінити його найбільш важливу ідею. Запис про нього в енциклопедії «Британіка» за 1911 взагалі нічого не говорить про гомеостазі. Шістьма роками потому та ж стаття про Бернар називає гомеостаз «найважливішим досягненням епохи».
Перше виділення ферменту
Про ферментах, як правило, вперше дізнаються в школі, але якщо ви прогулювали уроки, пояснимо: це великі білки, які допомагають протіканню хімічних реакцій. Крім того, на їх основі роблять ефективний пральний порошок. Також вони забезпечують десятки тисяч хімічних реакцій в живих організмах. Ферменти (ензими) так само важливі для життя, як і ДНК – наш генетичний матеріал не може копіювати себе без них.
Першим виявленим ферментом була амілаза, яку також називають діастазою, і вона знаходиться у вас в роті прямо зараз. Вона розбиває крохмаль на цукор і була виявлена французьким промисловим хіміком Ансельмом Пайеном в 1833 році. Він виділив фермент, але суміш виявилася не дуже чистою. Довгий час біологи вважали, що витяг чистого ферменту може бути неможливим.
Знадобилося майже 100 років, щоб американський хімік Джеймс Батчлер Самнер довів їх неправоту. На початку 1920-х років Самнер зайнявся виділенням ферменту. Його цілі були настільки зухвалими, що фактично коштували йому дружби з багатьма провідними експертами в цій області, які думали, що його план провалиться. Самнер продовжував і в 1926 році виділив уреазу, фермент, який розщеплює сечовину на хімічні компоненти. Деякі з його колег сумнівалися в результатах роками, але в підсумку і їм довелося здатися. Робота Самнера принесла йому Нобелівську премію в 1946 році.
Припущення, що у всього життя є спільний предок
Хто першим припустив, що все життя розвинулася з однієї тварі? Ви скажете: звичайно ж, Чарльз Дарвін. Так, Дарвін розвинув цю ідею – у своєму «Походження видів» він писав наступне: «Є певне велич в такому погляді на таке життя, з її різними проявами, яка спочатку втілилася в кілька форм або в одну». Проте, хоча ми аніскільки не применшуємо досягнення Дарвіна, ідея загального предка була висловлена десятиліттями раніше.
У 1740 році знаменитий француз П’єр Луї Моро де Мопертюї припустив, що «сліпа доля» справила широкий круг індивідуумів, з яких вижили тільки найздібніші. В 1790-х Іммануїл Кант зазначав, що це могло б ставитися до споконвічного предку життя. Через п’ять років Еразм Дарвін написав: «Було б занадто сміливим припустити, що всі теплокровні тварини походять від однієї живої нитки?». Його онук Чарльз вирішив, що немає ніякого «занадто» і припустив.
Винахід фарбування клітин
Якщо ви коли-небудь бачили фотографії клітин, зроблених за допомогою мікроскопа (або самі на них дивилися), є вельми високий шанс, що вони були спершу пофарбовані. Фарбування дозволяє нам бачити ті частини клітини, які зазвичай не видно, і в цілому збільшують чіткість картинки. Є купа різних методів фарбування клітин, і це одна з найбільш фундаментальних технік в мікробіології.
Першою людиною, який підфарбував зразок для дослідження під мікроскопом, був Ян Сваммердам, голландський натураліст. Сваммердам більше відомий за відкриття еритроцитів, але він також зробив собі кар’єру, роздивляючись все під мікроскопом. В 1680-і роки він писав про «кольорових ліквор» розчленованих черв’яків, які «дозволяють краще позначити внутрішні частини, адже вони одного кольору».
До сваммердамовому жаль, цей текст не був опублікований ще щонайменше років 50, а до моменту опублікування Ян був вже мертвий. У той же час його земляк і натураліст Антоні ван Левенгук незалежно від Сваммердама прийшов до такої ж ідеї. У 1719 року Левенгук використав шафран для фарбування м’язових волокон для подальшої експертизи і вважається батьком цієї методики.
Розвиток клітинної теорії
«Кожна жива істота складається з клітин», – ця фраза для нас так само звична, як і «Земля не плоска». Сьогодні клітинна теорія сприймається як само собою зрозуміле, але насправді вона була за межею пізнаного до 19 століття, ще 150 років після того, як Роберт Гук вперше побачив клітини в мікроскоп. У 1824 році Анрі Дуроче написав про клітці: «Очевидно, що вона являє собою базову одиницю упорядкованого стану; дійсно, все в кінцевому рахунку відбувається з клітки».
Крім того, що клітина являє собою основну одиницю життя, клітинна теорія також має на увазі, що нові клітини формуються при діленні іншої клітини на дві. Дуроче пропустив цю частину (на його думку, нові клітини утворюються всередині свого батька). Остаточне розуміння того, що клітини діляться для розмноження, належить іншому французу, Бартелемі Дюмортьє, але також були й інші люди, що внесли вагомий вклад у розвиток ідей про клітини (Дарвін, Галілей, Ньютон, Ейнштейн). Клітинна теорія створювалася маленькими лепту, приблизно так само, як сьогодні сучасна наука.
Секвенування ДНК
До недавньої кончини, британський учений Фредерік Сенгер був єдиним живим людиною, яка отримала дві Нобелівських премії. Саме робота на другу премію призвела до того, що він потрапив наш в список. В 1980 він отримав головний науковий приз разом з Уолтером Гилбертом, американським біохіміком. У 1977 році вони опублікували метод, який дозволяє з’ясувати послідовність будівельних блоків в ланцюзі ДНК.
Значення цього прориву відбивається в тому, як швидко Нобелівський комітет нагородив вчених. В кінцевому рахунку метод Сенгера став дешевше і простіше, став стандартом на цілу чверть століття. Сенгер проклав шлях для революцій в областях кримінального правосуддя, еволюційної біології, медицини та багатьох інших.
Відкриття вірусів
В 1860-х Луї Пастер прославився за свою мікробну теорію хвороб. Але мікроби Пастера були тільки половиною справи. Ранні прихильники мікробної теорії думали, що всі інфекційні захворювання викликаються бактеріями. Але виявилося, що застуду, грип, ВІЛ та інші нескінченні проблеми зі здоров’ям викликає щось зовсім інше – віруси.
Мартинус Бейерінк першим зрозумів, що не тільки бактерії винні у всьому. У 1898 році він взяв сік з рослин тютюну, хворих так званої мозаїчної хворобою. Потім отфильтровал сік через сито настільки дрібне, що воно повинно було відфільтрувати всі бактерії. Коли Бейерінк помазав соком здорові рослини, вони все одно захворіли. Він повторив експеримент – і все одно захворіли. Бейерінк дійшов висновку, що є щось ще, можливо рідина, що викликає проблеми. Заразу він назвав vivum fluidum, або розчинними живими бактеріями.
Також Бейерінк підібрав старе англійське слово «вірус» та наділив їм таємничого агента. Відкриття того, що віруси не були рідкими, належить американцеві Уенделла Стенлі. Він народився через шість років після відкриття Бейерінк і, мабуть, відразу зрозумів, що потрібно робити. За роботи по вірусам Стенлі розділив Нобелівську премію з хімії 1946 року. Пам’ятаєте, з ким розділив? Так, з Джеймсом Самнером за роботу по ферментам.
Відмова від преформізма
Однією з найбільш незвичайних ідей в історії був преформізм, колись провідна теорія про створення немовляти. Як випливає з назви, теорія припускала, що всі створіння були створені попередньо – тобто їх форма вже була готова до початку їх росту. Простіше кажучи, люди вірили, що мініатюрне людське тіло було всередині кожного сперматозоїда чи яйцеклітини в пошуках місця, в якому можна рости. Цього крихітного чоловічка називали гомункули.
Одним з ключових прихильників преформізма був Ян Сваммердам, винахідник техніки фарбування клітини, про який ми говорили вище. Ідея була популярно протягом сотні років, з середини 17 століття і до кінця 18.
Альтернативою преформізма був епігенез, ідея про те, що життя виникає в серії процесів. Першою людиною, який висунув цю теорію на тлі любові до преформізма, був Каспар Фрідріх Вольф. У 1759 році він написав статтю, в якій описав розвиток ембріона від декількох шарів клітин до людини. Його робота була вкрай спірною на той час, але розвиток мікроскопів розставило все на свої місця. Зародковий преформізм помер далеко не в зародку, але помер, вибачте за каламбур.