Черный ящик Дарвина: Биохимический вызов теории эволюции - Бихи Майкл - Страница 3

«Черный ящик» – это устройство, внутренняя работа которого непонятна: иногда потому, что эту работу нельзя увидеть, а иногда потому, что она попросту не поддается осмыслению. Хороший пример такого «черного ящика» – компьютеры. Большинство из нас пользуется этими волшебными машинами, не имея ни малейшего представления о том, как они работают. Мы обрабатываем слова, строим графики или играем, оставаясь в счастливом неведении о том, что происходит под корпусом компьютера, – и даже если снять корпус, мало кто из нас разберется во внутреннем нагромождении деталей. Между частями компьютера и тем, что он делает, нет простой и очевидной связи.

Представьте, что тысячу лет назад, во дворе короля Артура, появился компьютер с «вечной» батареей. Как люди той эпохи отреагировали бы на него? Большинство впало бы в благоговейный ужас, но есть шанс, что кому-то захотелось бы разобраться, что это за штука. Кто-то обратил бы внимание, что, если нажать на клавиши, на экране появляются буквы. Поскольку некоторые комбинации букв, соответствующие командам компьютера, вызывают изменения экрана, через некоторое время многие команды стали бы понятны. Средневековые англичане поверили бы, что раскрыли секреты компьютера. Но в конце концов кто-нибудь снял бы крышку и увидел бы внутреннее устройство компьютера – еще один «черный ящик» внутри «черного ящика», который, казалось бы, уже расшифровали. Все догадки о том, как работает компьютер, показались бы глубоко наивными.

В древности вся биология была «черным ящиком», потому что никто даже в общих чертах не понимал, как функционируют живые существа. Древние, которые разглядывали растения или животных, гадая, как они устроены, видели непостижимые для себя технологии. Они находились в полном неведении.

Самые ранние биологические исследования начинались единственным доступным методом – невооруженным глазом[4]. Ряд книг, относящихся примерно к 400 г. до н. э. (авторство которых приписывают «отцу медицины» Гиппократу), описывает симптомы некоторых распространенных заболеваний, а источником болезней называет не волю богов, а питание и другие физические причины. Эти труды заложили основы науки, однако древние все равно терялись, когда речь заходила о структуре живых существ. Они верили, что вся материя состоит из четырех элементов: земли, воздуха, огня и воды. Считалось, что живые тела состоят из четырех «гуморов» (или жидкостей) – крови, желтой желчи, черной желчи и флегмы, – а все болезни якобы возникают от избытка одного из гуморов.

Величайший биолог греков – Аристотель – был одновременно и величайшим философом. Он родился еще при жизни Гиппократа, но, в отличие от большинства предшественников, понял, что познание природы требует систематического наблюдения. Внимательное изучение мира живых существ показало: этот мир поразительно упорядочен. Так Аристотель сделал важнейший первый шаг: он разделил животных на две общие категории – на тех, у кого есть кровь, и тех, у кого ее нет. Это во многом соответствует современным классификациям позвоночных и беспозвоночных. Среди позвоночных он выделил категории млекопитающих, птиц и рыб. Большинство амфибий и рептилий он объединил в одну группу, а змей – в отдельный класс. Несмотря на то, что наблюдения проводились без помощи приборов, последующие тысячелетия развития науки не пошатнули логики многих соображений Аристотеля.

За последующую тысячу лет появилось всего несколько значительных исследователей биологии. Одним из них был Гален, римский врач II в. н. э. Работы Галена показывают, что тщательное наблюдение за внешним видом и препарированными внутренностями растений и животных необходимо, но недостаточно для понимания биологии. Например, Гален пытался разобраться, как функционируют органы животных. Он знал, что сердце перекачивает кровь, но простого наблюдения ему не хватило, чтобы понять: кровь циркулирует по организму и возвращается в сердце. Гален ошибочно полагал, что кровь выкачивается для «орошения» тканей, а для подпитки сердца постоянно вырабатывается новая кровь. Эта идея передавалась от учителей к ученикам примерно 1500 лет.

Лишь в XVII в. англичанин Уильям Гарвей предложил теорию о том, что кровь течет непрерывно в одном направлении, совершая полный круг и возвращаясь в сердце. Гарвей подсчитал, что если сердце перекачивает всего 60 мл крови за удар при 72 ударах в минуту, то за один час оно перекачивает 245 л крови – втрое больше, чем вес человека! Произвести такой объем крови за столь короткое время явно невозможно, а значит, кровь используется повторно. Беспрецедентные логические рассуждения Гарвея, подкрепленные расчетами (которые были облегчены благодаря относительно новым для Европы индо-арабским цифрам), подтверждали невидимую работу организма. Это положило начало современной биологической мысли.

В Средние века скорость научных исследований возросла. Примеру Аристотеля следовало все большее число натуралистов. Первые ботаники Брунфельс, Бок, Фукс и Валерий Корд описали множество растений. Благодаря тому, что Ронделе подробно зарисовывал жизнь животных, развивалась научная иллюстрация. Энциклопедисты вроде Конрада Геснера публиковали огромные тома, обобщавшие все знания по биологии. Классификацию Аристотеля значительно расширил Линней, который изобрел категории класса, отряда, рода и вида. Исследования в области сравнительной биологии показали массу сходств между различными звеньями жизни – и началось обсуждение идеи общего происхождения.

Биология начала стремительно развиваться в XVII–XVIII вв., когда ученые объединили придирчивость наблюдений Аристотеля и рационализм логики Гарвея. Однако даже самое пристальное внимание и самая рациональная логика не помогут далеко продвинуться, если скрыты важнейшие части системы. Человеческий глаз способен различить объекты размером 0,1 мм, однако большинство жизненных процессов протекает в лилипутском масштабе – на микроуровне. Так биология вышла на плато: открыв один «черный ящик» – приблизительное строение организмов, – она увидела «черный ящик» более тонких уровней жизни. Чтобы двигаться дальше, биологии были нужны технологические прорывы. Первым из них стал микроскоп.

Линзы были известны еще в древности, а к XV в. обычным делом стало их использование в очках. Однако лишь в XVII в. выпуклую и вогнутую линзы соединили в тубусе – так получился первый грубый микроскоп. Галилей воспользовался одним из ранних приборов и поразился, разглядев сложноустроенные глаза насекомых. Стеллути изучал глаза, язык, усики и другие части тела пчел и долгоносиков. Мальпиги смог подтвердить, что кровь циркулирует по капиллярам, и описал раннее развитие сердца у эмбриона цыпленка. Неемия Грю исследовал растения, Сваммердам препарировал мух, Левенгук первым в истории увидел бактериальную клетку, Роберт Гук описал клетки пробки и листьев (хотя и не понял всю значимость этого открытия).

Началось изучение непредсказуемого лилипутского мира – и устоявшиеся представления о том, что такое живые существа, были опровергнуты. Историк науки Чарльз Сингер отметил, что «с философской точки зрения явленная бесконечная сложность живых существ была столь же обескураживающей, как и упорядоченное величие звездного мира, открытое Галилеем предыдущему поколению, однако следствия этой сложности укоренялись в сознании людей гораздо дольше». Другими словами, иногда новые «черные ящики» требуют пересмотра всех наших теорий, а это может вызывать сопротивление.

Клеточная теория была окончательно сформулирована в начале 1890-х гг. Маттиасом Шлейденом и Теодором Шванном. Шлейден работал в основном с растительными тканями, он доказывал центральное значение темного пятна – ядра – во всех клетках. Шванн сосредоточился на животных тканях, в которых было сложнее разглядеть клетки. Тем не менее он обнаружил, что животные по своему клеточному строению похожи на растения. Шванн пришел к выводу, что клетки или выделения клеток составляют все тело животных и растений и что в каком-то смысле клетки – это отдельные единицы, которые ведут собственную жизнь. Он писал, что «вопрос об основополагающей силе организованных тел разрешается сам собой через вопрос об отдельных клетках». Шлейден добавлял: «Таким образом, основной вопрос заключается в том, каково происхождение этого уникального крохотного организма – клетки?»