По лестнице времени, Ведущей глубоко вниз
«Совершенно ясно, что бактерии были задолго до нас и что по отношению к ним мы, возможно, составляем лишь временное явление в истории».
Стюарт Ливи, доктор медицины
«Более четырех миллиардов лет назад на третьей планете Солнечной системы Земле в процессе развития материи, как пишет академик А. И. Опарин, возникла жизнь – качественно новая форма материи. Потребовались еще многие миллионы лет, прежде чем первая живая система превратилась в клетку с ее сложной структурой и функциями.
Одними из первых таких организмов были, по современным воззрениям, бактерии-анаэробы и фототрофы – мельчайшие живые одноклеточные существа. Они заняли место на самой низшей ступени эволюционной лестницы и образовали фундамент всей пирамиды жизни, вершину которой увенчало мыслящее существо – человек».
А. С. Самсонова. «Микробы против микробов»
«Подобно шестидесятилетнему человеку, наша Земля преодолела три четверти своего жизненного пути. Земле примерно 4,57 миллиарда лет, и законы физики небесных тел говорят о том, что еще через миллиард лет Солнце расширится до такой степени, что жить на нашей планете станет невозможно. Если оглянуться назад, можно сказать, что после возникновения планеты на ней достаточно быстро зародилась жизнь – всего через несколько сотен миллионов лет. Примерно через два с половиной миллиарда лет появились многоклеточные существа. Затем последовательно возникали головы, руки, сознание – все быстрее и быстрее. В соответствии с законом Мура об удвоении мощности процессоров каждые два года биологический мир также развивается с ускорением: большая часть жизни планеты истекла, когда появилось существо с крупным мозгом и начало изготавливать каменные орудия… и всего за какие-то тысячи лет возникли интернет, методы клонирования генов и схемы геоинженерного переустройства атмосферы планеты. Планетарные и биологические изменения привели к революционному моменту, когда идеи и изобретения начали изменять наши тела, саму планету и наши с ней взаимоотношения. До того, как появился наш вид, триллионам клеток водорослей понадобились миллиарды лет, чтобы переделать планету, а теперь изменения направляются идеями, передающимися со скоростью света.
Благодаря генетическому наследию наш вид способен к освоению широких просторов Вселенной, изучению истории длиной 13,7 миллиарда лет и осознанию наших глубоких связей с планетами, галактиками, живыми существами. Есть что-то почти волшебное в мысли о том, что наши тела, мозг и идеи уходят корнями в земную кору, воды океанов и атомы в составе небесных тел. Звезды в небе и окаменелости в земле – это маяки, посылающие нам сигналы о том, что, несмотря на все ускоряющийся темп развития человечества, мы представляем собой всего лишь ниточку в старых связях, древних как сами небеса».
Нил Шубин. «Вселенная внутри нас: что общего у камней, планет и людей»
«От логики никуда не деться. Наши древние бактерии существуют не просто так: мы эволюционировали вместе с ними. Все, что изменяет их, может ударить и по нам. Мы значительно их изменили. Мы уже расплачиваемся, но лишь сейчас начинаем это понимать. Дальше будет хуже.
Назрел момент для значительных изменений. Но для них нужно время. Как и с глобальным потеплением, существует риск, что нынешнее положение дел уже не «отыграть» обратно. Но я оптимист. Изменения в человеческой микроэкологии происходят всего около века, особенно в последние 60–70 лет. Для человеческой истории это мгновение. Изменения, которые происходят быстро, так же могут и закончиться.
Мы стоим на распутье. У нас есть лекарства и вообще медицина, которая хорошо нам послужила, но привела к непредвиденным последствиям. Так бывает всегда, не стоит удивляться. Но тревожный сигнал в том, что мы говорим вовсе не о редких событиях. Практики, которые подвергают опасности наших детей, составляют саму основу современного здравоохранения.
Мы добились реального прогресса в борьбе и искоренении ужасных болезней. Но сейчас, похоже, наши усилия достигли пика, и плоды познания оставили семена, неудобоваримые и ядовитые. Пора действовать, потому что последствия начинают захлестывать, а впереди ждут новые грозы.
Впрочем, в доступе множество решений. Некоторые подходы, возможно, удастся объединить в синергию: например, сократить количество кесаревых сечений и прописываемых антибиотиков, а затем постепенно восстановить исчезающие организмы. Ради наших будущих поколений уже сейчас нужно принимать меры».
Мартин Блейзер. «Плохие бактерии, хорошие бактерии: как повысить иммунитет и победить хронические болезни, восстановив микрофлору»
Существование на нашей планете микробов, этих крошек-невидимок, ставит массу вопросов. Зачем они, как возникли, каковы наши людские взаимоотношения с ними, способствовали ли они появлению на Земле человека? Наша книга – попытка хотя бы как-то что-то объяснить. Без ненужных фантазий. Оставим это писателям-фантастам. К ним неожиданно можно отнести и большого американского писателя-классика – Марка Твена (1835–1910).
Наши древние бактерии существуют не просто так: мы эволюционировали вместе с ними. Все, что изменяет их, может ударить и по нам.
Тема микробов очень интересовала его, и в 1905 году он написал книгу «Три тысячи лет среди микробов». Повторяем: фантастам все дозволено. Герой книги – холерный микроб, бывший человек, якобы заколдованный фокусником. Он знаком и с миром людей, и с повадками микробной жизни.
В 2012 году в серии «Жизнь замечательных людей» вышла книга Максима Чертанова «Марк Твен». Из нее мы узнаем, что мир, в котором живет герой книги Твена, – тело старого бродяги Блитцовского. Вот как он обрисован Твеном (рукопись книги – перевод с микробского языка):
«Невероятный оборванец и грязнуля, он злобен и жесток, мстителен и вероломен, он родился вором и умрет вором, он – богохульник, каких свет не видывал; его тело – сточная труба, помойка, свалка гниющих костей; в нем кишмя кишат паразиты-микробы, созданные на радость человеку. Блитцовский – их мир, их земной шар, владыка их вселенной, ее сокровище, ее диво, ее шедевр. Они гордятся своей планетой, как земляне – своей. Когда во мне говорит дух холерного микроба, я тоже горжусь им, восторженно славлю его, готов отдать за него жизнь, но стоит человеческой природе взять верх, как я зажимаю нос».
В книге Твена микробская жизнь мало отличается от человеческой, микробы любят, женятся, пьют, проводят научные конференции, болеют, страдают. Они жалуются на то, что ученые люди в Америке пытают их, кладут на предметные стекла микроскопов, изыскивают всяческие способы уничтожения микробов…
Однако довольно. Отложим книгу Твена в сторону. Перейдем от все дозволяющих фантазий к строгим фактам наук. В частности, науки микробиологии, ее истории и того, как эта наука возникла.
2.1. После Большого Взрыва
«Читатель, конечно же, знает, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Установление этого удивительного факта явилось одним из достижений науки ХХ века. «Но неужели Вселенная взорвалась? – спросит читатель. – И если да, то как и почему это произошло?» К ответам на эти вопросы подошла современная космология – наука о Вселенной. Да, Вселенная взорвалась, хотя этот «Большой взрыв» и был совсем необычным.
…К нашему времени сомнения о расширении Вселенной давно отпали. Ученые старшего поколения привыкли к этому «несуразному» на первый взгляд факту. Новые поколения, живущие в бурное время самых удивительных открытий второй половины ХХ века, и вовсе не видят в нестационарности Вселенной чего-то неприемлемого для здравого смысла.
О расширяющейся Вселенной написано много популярных книг (в том числе и книг автора). Писать еще раз только об этом вряд ли стоило бы.
Однако в последние годы космология подошла к решению грандиозных вопросов, еще недавно бывших совершенно недоступными для серьезного исследования. Почему Вселенная начала расширяться? Каковы были тогда свойства пространства и времени? Какими процессами в момент начала расширения объясняются самые общие (и, как мы увидим, весьма удивительные) свойства Вселенной? Почему во Вселенной есть вещество? Существуют ли другие вселенные? И, наконец, почему Вселенная именно такая, какой мы ее наблюдаем, а не обладает другими свойствами? Чем закончится наблюдаемый нами Большой взрыв? Этот список можно продолжить».
Игорь Дмитриевич Новиков. «Как взорвалась Вселенная»
«Что было, когда еще не было ничего, совсем ничего? На этот вопрос греки отвечали легендами и мифами.
В начале была только Бездна, греки называли ее хаосом. Что такое бездна? Это только пустота и мрак. Это пучина, головокружительная, завораживающая пучина, бездонная, бесконечная. Она все втягивает в себя, как огромная разверстая глотка, и все поглощает, как ночная тьма. Итак, в начале нет ничего, кроме Бездны – слепой, мрачной, безграничной.
Потом появилась Земля. Греки назвали ее Гея. Она возникла из самой Бездны. Рожденная после Хаоса, она представляет собой его противоположность. Земля – это уже не темный, безмерный, бездонный провал. У Земли есть четкая и определенная форма. Хаосу с его сумрачной неуловимостью противостоят основательность, устойчивость, прочность Геи. На Земле все ясно, зримо, надежно. Гея – это то, что дает надежную опору богам, людям и зверям. Гея – это пол мироздания».
Жан-Пьер Вернан. «Вселенная, боги, люди»
«Размеры и возраст Космоса лежат за пределами нормального человеческого понимания. Наш крошечный планетарный дом затерян где-то между вечностью и безмерностью пространства. Перед лицом Космоса большинство людских дел выглядят незначительными, даже пустячными. И все же человеческий род молод, любопытен, храбр и подает большие надежды».
Американский астроном и популяризатор науки Карл Саган (1934–1996). «Космос»
Есть свидетельства, что Николай Васильевич Гоголь, наш великий писатель, очень интересовался естественными науками. Он заносил в свои записные книжки латинские названия растений, насекомых, данные о климате, почве и тому подобное. Говорят, однажды Гоголь твердо решил написать для юношества популярную книгу по географии. И вот что, судя по сохранившимся наброскам, получилось (их некогда разыскал и частично опубликовал в журнале «Природа» кандидат химических наук Феликс Казимирович Величко):
«Что это за зима! Как уже она нам надоела, эта зима! Все снег да снег; куда как весело, не выходи из дому, не закутавшись наперед в шубу. Скучно в окно взглянуть, все одно да одно, ни травки, ничего, только мужик с дровами проедет на рынок. Право, даже смотреть жалко, как он, бедняжка, дрожит на холоду и хлопает руками. То ли дело лето! Ах, Соничка, Соничка, помнишь, как нам весело было прошлого лета на даче, когда были маменькины именины, и мы все обедали в саду и катались по реке».
Восемнадцать миллиардов лет назад Вселенная представляла собой крохотный сгусток материи, некую «адскую смесь» элементарных частиц, обладающую бесконечно высокими плотностью и температурой. И вот эта-то материя и стала взрывообразно разлетаться.
И дальше, уже несколько ближе к географии:
«Как я люблю темно-зеленые деревья! Как они растут высоко-высоко, не правда ли, сестричка Соничка, ведь они достают до самого неба? Как все тепло тогда, как весело, как хорошо, зачем не приходит так долго это, ах, когда бы скорее уж лето». Но знаете ли вы, мои маленькие друзья, что есть такая земля, где круглый год почти лето, а осени и зимы, которой вы так не любите, и духу не слышно. И в той земле апельсинов, лимонов, ананасов, за которые мы платим так дорого, такое множество, что уже и не собирает никто. Там растут лавры, смоковницы, фиговое дерево, пальма. Как там должно быть весело! Как хорошо!..»
С большими опасениями автор этой книги приступает к описанию того, что в англоязычных странах зовется Вig Вang и что по-русски – «Большой Взрыв». За изложение созданной несколькими поколениями ученых модели тех процессов, которые и привели к образованию нашей Вселенной. Честно скажу: боюсь оказаться в положении Гоголя-географа. Как трудно обходиться без физических, химических, математических формул и уравнений: вот бы за них-то спрятаться! Как нелегко сделать понятными совершенно фантастические подробности сценария, согласно которому творилось МИРОЗДАНИЕ! Но будь что будет!
…Началось все примерно 18 миллиардов лет назад. От этого «Взрыва» и ведет отсчет космическая хронология. Тогда Вселенная представляла собой крохотный сгусток материи, некую «адскую смесь» элементарных частиц, обладающую бесконечно высокими плотностью и температурой. И вот эта-то материя и стала взрывообразно разлетаться. Последствия этого расширения и поныне проявляют себя в экспериментально установленном разбегании галактик. (Интересно, что разлетающиеся галактики мы наблюдаем такими, какими они были примерно 109 лет назад!)
Ко времени 10–43 секунды после Взрыва плотность и температура были еще чудовищны: 1090 кг/см3 и 1031 К (градусов Кельвина). Потом, через миллисекунды быстро промелькнули «адронная» (к классу сильно взаимодействующих элементарных частиц, «адронов», относятся протоны, нейтроны, мезоны, гипероны, а также все резонансные частицы). Затем «лептонная» (к «лептонам» физика причисляет электроны, мюоны, нейтрино) эра. После этого Вселенная превратилась в сгусток излучений: тогда на одно атомное ядро приходилось около 100 миллионов фотонов, квантов излучений.
Через минуту после «первотолчка» температура успела снизиться до 109 К. Вселенная теперь была похожа на… гигантскую водородную бомбу. Начался синтез ядер дейтерия, после трития, гелия. Видимо, первичное происхождение гелия (он по весу составляет около 30 % от всего вещества Вселенной, остальные примерно 70 % падают на водород) связано именно с этой эпохой. Еще через несколько минут (американский физик-теоретик Стивен Вайнберг свою книгу о рождении Вселенной так и озаглавил: «Первые три минуты») температура упала уже настолько, что термоядерный синтез прекратился и наступила «радиационная эра».
В продолжение последующих примерно миллиона лет Вселенная являла собой «огненное образование» из вещества и излучений. К концу этой «эпохи отделения вещества от излучения» началось объединение электронов и протонов в атомы водорода – основного материала нынешней Вселенной.
Мир все больше холодел, и из неоднородностей распределения вещества постепенно формировались галактики. Потом – звезды, планеты, отпочковалась Земля, возникла жизнь на ней и разум. А разуму, по словам советского ученого, математика и физика Александра Александровича Фридмана (1988–1925) (кстати, в 1923 году вышла написанная им научно-популярная книга «Мир как пространство и время»), от века свойственно стремление «счесть звезды или иначе… на основании постоянно ничтожных научных данных восстановить картину мира».
2.2. Земля становится живой
«Первоначально, 4,5 миллиарда лет назад, наша планета была безжизненной сферой из расплавленного металла. Но через миллиард лет океаны уже кишели свободно живущими клетками. Каким-то образом, еще не совсем ясным для науки, в этих первобытных морях зародилась жизнь. Одни говорят, что первые «кирпичики» жизни прилетели пылью из открытого космоса – это так называемая гипотеза панспермии. Другие считают, что самовоспроизводящиеся молекулы появились в залежах глины на дне океана, в горячих геотермальных источниках или в пенных пузырях, появлявшихся, когда волны разбиваются о скалы. У нас по-прежнему нет точного объяснения, как же все началось.
И все же мы более-менее понимаем, как благодаря простым правилам появилась богатая и разнообразная жизнь нашей планеты и продолжают появляться сложные организмы. Вся биология основывается на незыблемых принципах эволюции, конкуренции и сотрудничества, впервые появившихся в первобытных океанах.
Мы живем на микробной планете, где полностью доминируют формы жизни, не видимые невооруженному глазу. Около трех миллиардов лет бактерии были единственными живыми обитателями Земли. Они жили повсюду на земле, в воде и воздухе, запуская химические реакции, создавая биосферу и условия для эволюции многоклеточной жизни. Они же создали кислород, которым мы дышим, почвы, которые мы возделываем, пищевые сети для наших океанов. Медленно, неумолимо, с помощью проб и ошибок в бездне времени они построили сложные и прочные системы обратной связи, и по сей день поддерживающие всю жизнь на Земле.
Человеку очень трудно представить себе эту бездну времени, миллиарды лет деятельности микробов, которые превращали неорганическую материю в живую. Эта идея произошла из геологии – из нашего понимания, как континенты формировались, дрейфовали, расходились, врезались друг в друга, создавая горные цепи, которые затем подвергались миллионам лет эрозии ветром и дождем. Тем не менее бактерии жили на Земле задолго до появления гигантских суперконтинентов Лавразии и Гондваны, образовавшихся полмиллиарда лет назад; именно они – родоначальники нынешних континентов».
Мартин Блейзер. «Плохие бактерии, хорошие бактерии: как повысить иммунитет и победить хронические болезни, восстановив микрофлору»
«В решении основополагающих проблем биологической науки, как справедливо отмечает лауреат Нобелевской премии английский ученый Д. Кендрью, биологи прежних лет в целом продвигались сверху вниз. Они начинали с целого организма, потом разнимали его на части и рассматривали отдельные органы и ткани; далее они изучали отдельные клетки под микроскопом – так мало-помалу они продвигались вниз, от сложного к простому».
А. С. Самсонова. «Микробы против микробов»
Прозревать, ощущать Мирозданье, Космос, Вселенную не так-то просто. Более того, это подвластно – тут уж никаких сомнений нет – только ученым. Ведь это их профессия – в упор разглядывать Вселенную, изучать ее повадки. Приведем тут лишь один, но удивительный пример того, как Вселенная, ее долгая история оставляет повсюду – и на нас тоже – свои неизгладимые следы.
Нил Шубин[7] – профессор биологии Чикагского университета и член Национальной академии наук США, к тому же известный в мире палеонтолог. Он подарил нам две удивительные книги.
Название первой – «Внутренняя рыба. История человеческого тела с древнейших времен до наших дней». Шубин ставит важный вопрос: почему мы выглядим так, как выглядим? И наглядно демонстрирует, как в нашей Вселенной в ходе эволюции на протяжении последних трех с половиной миллиардов лет постепенно создавалось и формировалось наше тело.
Прославился в научном мире Шубин тем, что стал одним из первооткрывателей ископаемого животного тиктаалика – промежуточного звена между рыбами и наземными животными. О чем здесь речь? Три американских палеонтолога Эдвард Дешлер, Нил Шубин и Фариш Дженкинс, роясь в Канаде в древнейших земных слоях, обнаружили останки рыб, имевших много общих черт с четвероногими. Тиктаалик стал переходным звеном между рыбами и наземными позвоночными.
Скелет нам подарили рыбы, а головной мозг – приматы. И разные долгие периоды существования нашей Вселенной, от самого ее рождения, навечно запечатлены в нас.
Получается, рыбы научились ходить и вышли на сушу? Это долгий разговор. Ведь рыбам нужно было превратить плавники в ноги, научиться дышать воздухом, скинуть с себя чешую – нужно было преодолевать и силу земного притяжения!
Так на конкретных примерах Шубин показывает, что многое из того, что нам кажется новым или даже уникальным, на деле является старым, переработанным, перестроенным, переделанным для выполнения новых функций. Такова, оказывается, история каждой части человеческого тела – от органов чувств до всей головы и даже до общего плана строения человеческого организма.
Если кратко, то скелет нам подарили рыбы, а головной мозг – приматы. И разные долгие периоды существования нашей Вселенной, от самого ее рождения, навечно запечатлены в нас.
А теперь о второй книге Нила Шубина. Она более масштабна, охватывает все 13,7 миллиарда лет существования нашей Вселенной. И название книги очень красноречиво – «Вселенная внутри нас: что общего у камней, планет и людей».
Выясняется, что не только древнейшие останки живых существ в земных слоях, но также камни и тела – это как бы «отпечатки времени», несущие на себе следы всех грандиозных событий, которые происходили во Вселенной.
Молекулы, входящие в состав нашего тела, возникли как результат космических событий на заре формирования Солнечной системы. Изменения атмосферы Земли влияли на вид и функции наших клеток и весь метаболизм человеческого организма в целом. Изменение орбиты планеты, образование гор и многие другие революционные сдвиги на самой Земле – все это, доказывает Нил Шубин в своей второй книге, отразилось на наших телах, на мозге и даже на нашем восприятии окружающего мира.
В аннотации ко второй книге Нила Шубина сказано:
«…человек состоит в кровном родстве не только со всеми живыми организмами, но и с землей, с водой и воздухом, с нашей планетой, с Галактикой и всей Вселенной. Наши тела сотканы за миллиарды лет эволюции из “звездной пыли”. Автор пересказывает – буквально с космическим размахом – историю человечества, начавшуюся еще в момент Большого Взрыва».
И эту, вторую, книгу Нила Шубина стоит внимательно и неторопливо прочесть.
2.3. Классификация не по Дарвину
«Бесконечное разнообразие мира микробов особенно впечатляет, если учесть, что каких-то сорок лет тому назад мы понятия не имели, насколько многочисленны одноклеточные организмы и какое невероятное количество видов они насчитывают. До этого основные принципы классификации живых организмов основывались на книге Чарльза Дарвина «Происхождение видов», увидевшей свет в 1859 году. Дарвин изобразил древо эволюции, сгруппировав все организмы по общим физическим признакам: короткоклювые вьюрки, длинноклювые вьюрки и так далее; и в течение долгого времени этот принцип оставался основой классификации и систематики.
Традиционные представления о жизни базировались на том, что люди могли увидеть в окружающем их мире – невооруженным глазом или в микроскоп. Более крупные организмы были поделены на растения, животные и грибы. Оставшиеся одноклеточные организмы попали в две крупные категории: протисты (простейшие) и бактерии. Что касается растений, животных и грибов, мы были правы. Но вот наши представления об одноклеточных оказались абсолютно ошибочными».
Роб Найт. «Смотри, что у тебя внутри. Как микробы, живущие в нашем теле, определяют наше здоровье и нашу личность»
«Надо сказать, что к ХVIII столетию были уже сделаны успешные попытки систематизации и классификации животных и растений. Выдающийся шведский ботаник Карл Линней создал свою знаменитую «Систему природы». Но когда Линней сделал попытку систематизировать и известные к тому времени микробы, он не смог этого сделать и вынужден был объединить их всех в одну группу под названием «Хаос» (Chaos)».
Семен Александрович Блинкин. «Вторжение в тайны невидимок»
А теперь самое время автору данной книги извиниться перед читателями. В чем? В том, что он просто не в состоянии последовательно и в деталях поведать о том, как после Большого Взрыва эволюционировала наша Вселенная, как в ней на планетах (и главное, на нашей Земле) создавались условия, способствующие возникновению уже не мертвой, а живой материи.
Понятно, что Землю первыми оккупировали одноклеточные микробы, как существа неприхотливые, устроенные наиболее просто, а потому и наиболее живучие. Миллиарды лет (точнее, 3–4 миллиарда, после того как 4,5 миллиарда лет назад сформировалась наша Солнечная система) микробы были единственными хозяевами нашей планеты. И лишь потом стали способствовать возникновению созданий более сложно устроенных существ – многоклеточных. И пошло-поехало: живые создания прогрессировали, становясь все сложнее, и дело дошло по появления человека.
Существует гипотеза, почему животные вообще появились на планете. Видимо, в отличие от одноклеточного, многоклеточное строение было стратегией, нацеленной на экологический успех в первичной земной среде, содержащей очень скудное количество пищи. Двигателем эволюционного отбора был элементарный голод. Многоклеточное устройство земных организмов тут, видимо, имело явные преимущества.
Миллиарды лет микробы были единственными хозяевами нашей планеты. И лишь потом стали способствовать возникновению созданий более сложно устроенных существ – многоклеточных. И пошло-поехало: живые создания прогрессировали, становясь все сложнее, и дело дошло по появления человека.
Ну а что касается классификации живности уже не по Дарвину, то здесь наметились огромные успехи. Объяснять их сложно. Но вот что об этом написано в книге Роба Найта «Смотри, что у тебя внутри. Как микробы, живущие в нашем теле, определяют наше здоровье и нашу личность»:
«В 1977 году американские микробиологи Карл Вёзе и Джордж Э. Фокс предложили новый вариант “древа жизни”, основанный на сравнении различных форм жизни на клеточном уровне с использованием рибосомной рибонуклеиновой кислоты – родственницы ДНК, которая присутствует в любой клетке и участвует в синтезе белков. Картина получилась ошеломляющей. Вёзе и Фокс обнаружили, что одноклеточные организмы более разнообразны, чем все растения и животные, вместе взятые. Как выяснилось, животные, растения, грибы; все люди, медузы, навозные жуки; любая нить водорослей, любой клочок мха, устремленные вверх калифорнийские секвойи; все лишайники и лесные грибы – все живое, что мы видим вокруг, – все это лишь три отростка на конце одной ветки эволюционного древа. Основные же его обитатели – одноклеточные организмы: бактерии, археи (которые были впервые выделены в виде отдельной группы Вёзе и Фоксом), дрожжи и некоторые другие формы жизни».
2.4. Зоркий «глаз» микроскопа
«Пытливые взгляды исследователей устремлялись вперед в новые области науки, потребовались реконструкции телескопа. Линзы, изготавливавшиеся для телескопов, можно было расположить так, чтобы обратить свой взгляд не в космос, а в тайны микромира. Так появились первые микроскопы, усовершенствование которых позволило английскому ученому Р. Гуку увидеть в тонких срезах древесной пробки правильные ячейки. В 1665 году Р. Гук назвал эти ячейки клетками, описал и зарисовал их изображение в книге «Микрография». Эти исследования предвосхитили теорию клеточного строения живых организмов».
А. С. Самсонова. «Микробы против микробов»
«Открытие того факта, что мы буквально кишим какой-то «другой» жизнью, стало сенсацией в целой череде других чудес, которые позволил увидеть микроскоп. Наряду с открытиями Галилея, сделанными при помощи телескопа, эти изыскания, позволившие натурфилософам заглянуть уже не только в макро-, но и в микромир, со всей очевидностью показали: наука лишь выиграет, применяя новые инструменты для того, чтобы выйти за пределы, которые кладут нашему восприятию невооруженные органы чувств. Поначалу не все признавали, что явления, скрытые от человеческого глаза, реальны в той же степени, что и те, которые спокойно проходят испытания нашим зрением, идущие под девизом «Видеть – значит верить». Однако большинство полагало, что благодаря таким методам наука действительно обретает немыслимый прежде доступ к ценнейшим знаниям о мире и о том, что в нем находится. Можно сказать, что наши собственные микробы сыграли ключевую роль в зарождении современного научного метода. Даже удивительно, что до самых недавних пор столь многое о них оставалось неизвестным».
Джон Тёрни. «Я – суперорганизм! Человек и его микробы»
В Европе в ХIV веке для коррекции зрения начали изготавливать стеклянные линзы. Считается, что в 1538 году уже известный нам итальянский врач Фракасторо предложил соединить две линзы, чтобы достичь наибольшего увеличения.
В ту пору в обиходе уже было особое итальянское стекло, изготовленное в Венеции. Стоило оно очень дорого, поскольку было максимально прозрачным и высококачественным по сравнению с любыми другими вариантами стекла, доступными тогда.
В начале ХVI века появилось еще одно важное новшество. Два голландских мастера, вставив вогнутую и выпуклую линзы внутрь трубы, сконструировали телескоп, примитивную подзорную трубу с увеличением всего лишь в семь или восемь раз.
Дальше – больше. Великий итальянский ученый, физик, математик, механик, астроном Галилео Галилей (он был еще и поэтом, и филологом, и даже критиком) в 1609 году приобретает сделанные в Италии по проекту голландского мастера телескопы. Сначала с 3-кратным увеличением, а вскоре уже и с 32-кратным. Галилей первоначально называл микроскоп «оккиолино», что по-итальянски значит «маленький глаз».
Совершенно новый мир открылся в небесах изумленному взору Галилея: он обнаружил горы на Луне, фазы Венеры, спутники Юпитера, пятна на поверхности Солнца и его собственное вращение. Телескоп Галилея впервые показал, что Млечный Путь, который прежде воспринимался человеческим глазом только как сплошное сияние, состоит, оказывается, из отдельных звезд…
Все эти удивительные открытия Галилей незамедлительно описал в сочинении, торжественно озаглавленном «Звездный вестник». Слава ученого росла. С башни Святого Марка Галилей демонстрирует звездное небо венецианскому дожу и вскоре становится «Первым философом и математиком Великого Герцога Тосканского при дворе Козимо II Медичи».
Еще любопытный и малоизвестный факт: Галилея некоторым образом тоже можно назвать изобретателем микроскопа. Он знал, что если телескоп с двумя линзами повернуть другим концом, то можно многократно увеличить объекты, находящиеся вблизи.
Так он и сделал в 1619 году – перевернул оптическую схему телескопа и поместил ее в новый корпус. Но, увы, большого интереса к тому, что он увидел в своем перевернутом телескопе, у Галилея не возникло. В ту пору разразилась очередная эпидемия чумы, и Галилей делал зарисовки блох, которых наблюдал под своим микроскопом. Впрочем, дело этим и ограничилось.
Телескоп Галилея впервые показал, что Млечный Путь, который прежде воспринимался человеческим глазом только как сплошное сияние, состоит из отдельных звезд.
Случилось очевидное. Нас интересует обычно лишь то, что мы пусть и плохо, но видим собственными глазами – планеты, кометы, метеориты, спутники, звезды, Луну. Мы видим их вдалеке в общих чертах, и нам хочется рассмотреть их подробнее – тогда телескоп нам очень кстати. А вот микроскопические структуры мы не видим, потому и рассматривать не хотим. Зачем нам какие-то молекулы и микробы, если мы даже не догадываемся об их существовании?
И все же встреча человека с микромиром состоялась – тут микроскоп сделал свое дело. В 1665 году Королевское научное общество публикует научный труд под названием «Микрография». Автором его был Роберт Гук (1635–1703), английский естествоиспытатель и изобретатель, один из отцов создаваемой в те времена физики.
В одном из первых своих научных бестселлеров Гук демонстрировал строение блохи, глаза муравья, внутреннее устройство губок и мельчайшие «кирпичики», из которых сложены растения. В тонких срезах Гук обнаружил миниатюрные структуры, которые назвал «клетками».
Труд Роберта Гука вызвал большой интерес. Тогдашние микроскопы увеличивали микрообъекты не более чем двадцатикратно. Возникла мысль создать аппараты с более совершенными линзами, которые еще дальше провели бы человека в глубины микромира. Прорыв в этом деле совершил голландский торговец тканями из города Делфт Антони ван Левенгук.
2.5. Антони ван Левенгук
«Тайну существования в природе микроорганизмов открыл в 1673 году голландский коммерсант А. Левенгук. Страстным его увлечением было изготовление оптических линз, дававших увеличение в 200 раз и более, через них он наблюдал различные мелкие объекты. А. Левенгук был необычайно любознателен и исследовал под своими «микроскопиями» чуть ли не все, что можно было в них посмотреть, – крошечных насекомых, капельки воды, слюны, мочи, крови. Свои наблюдения он подробно описывал и регулярно на протяжении 50 лет отсылал в Лондонское королевское общество.
В 1676 году А. Левенгук впервые увидел бактерий, зарисовал их и в очередном сопроводительном письме в общество написал по этому поводу: «Сколько чудес таят в себе эти крохотные создания!» Им впервые были описаны представители всех основных групп одноклеточных организмов, известных нам сейчас, – простейшие, водоросли, бактерии».
А. С. Самсонова. «Микробы против микробов»
«Антони ван Левенгук родился в 1632 году в Голландии, среди синих ветряных мельниц, низких улиц и высоких каналов Делфта. Его родители были почтенными бюргерами, поскольку занимались плетением корзин и пивоварением, а пивовары в Голландии были уважаемыми людьми. Отец Левенгука умер рано, и мать отправила его в школу, желая, чтобы сын стал чиновником, но в шестнадцать лет Левенгук бросил школу и стал работать помощником в мануфактурной лавке в Амстердаме, что и стало его настоящим университетом. Шесть лет он провел среди рулонов ткани и бесконечной болтовни голландских домохозяек.
Когда ему исполнился двадцать один год, он оставил работу в лавке, вернулся в Делфт, женился и открыл собственный магазин. О его жизни в течение последующих двадцати лет мы знаем очень мало, за исключением того, что он женился во второй раз и что у него было несколько детей, большинство из которых умерли. Известно также, что он одно время занимал штатную должность привратника в городской ратуше и страстно, почти фанатично, увлекался шлифованием увеличительных стекол. Кто-то сказал ему, что если очень тщательно отшлифовать маленькую линзу чистого стекла, то через нее можно увидеть вещи в сильно увеличенном виде…
Про то, как жил и что делал Левенгук в период от двадцати шести до сорока шести лет, известно мало, но мы точно знаем, что он не считался образованным человеком. Единственный язык, который он знал, был голландский, малоупотребительный и презираемый культурными людьми, язык рыбаков, торговцев и землекопов. Образованные люди того времени использовали латинский язык, на нем Левенгук едва умел читать, а всей литературой для него была голландская Библия. Но невежество, однако, сыграло ему на руку – он не был подвержен влиянию всяких ложных мнений и откровенной антинаучной ерунды, потому что просто не мог обо всем этом прочитать. Он мог верить исключительно своим глазам, собственным представлениям и руководствоваться только собственными суждениями. И для него это было как раз то что надо, потому что не было на свете более упрямого и самоуверенного человека, чем Антони ван Левенгук!»
Поль де Крюи. «Охотники за микробами»
«Его звали Антонием ван Левенгуком; он жил в Голландии и занимался торговлей сукнами. Одни из его соотечественников на досуге сажали тюльпаны, другие разводили павлинов. У Левенгука была своя особая страсть: он шлифовал линзы, мастерил микроскопы и рассматривал в них все, что попадалось под руку. Его микроскопы по тем временам давали сильные увеличения. Он был далек от мысли сделать какое-либо открытие; микроскоп был для него, уже взрослого, солидного человека, просто любимой игрушкой, или хобби, как говорят англичане (то есть коньком, страстью).
Как-то раз Левенгуку захотелось узнать, почему перец обжигает язык. Может быть, в настое перца есть мельчайшие колючки? Когда он рассмотрел под микроскопом настой, простоявший на полке несколько дней, то не поверил своим глазам: крошечные зверьки бегали в нем взад и вперед, сталкивались, копошились, как муравьи в муравейнике. У них не было ни головы, ни хвоста; они не походили ни на какое животное. И их было так много в ничтожной капле настоя!
Левенгук забросил все свои дела. Он теперь усердно искал анималькулей и находил их повсюду – в гнилой воде, в тине каналов, даже на собственных зубах. Он быстро научился различать их. В прудах водились крупные, красивые «зверьки» – одни были похожи на трубу, другие напоминали цветы на длинном стебельке. Вот этот бегает на длинных лапках, а там, глядите-ка, ползет что-то похожее на маленькую улитку.
Твари, населявшие зубной налет, были и мельче, и однообразней. Одна к другой, как в вязанке хвороста, лежали неподвижные, длинные палочки. Расталкивая их, носились изогнутые существа, похожие на оживший штопор. Но уж очень они были мелки и тонки – за ними трудно уследить. Нет, население стоячей лужи куда интереснее…»
В. М. Жданов, Г. В. Выгодчиков, Ф. И. Ершов, А. А. Ежов, Н. Г. Коростылев. «Занимательная микробиология»
Как-то раз нидерландскому изобретателю Левенгуку захотелось узнать, почему острый перец жжет язык. Может быть, в настойке перца есть мельчайшие колючки? Когда он рассмотрел под микроскопом каплю настойки, простоявшей на полке несколько дней, то не поверил своим глазам: крошечные зверьки бегали в ней взад и вперед.
«Вернемся к тем временам, когда тайна существования микробов только стала раскрываться. Это было около 300 лет назад, когда жил очень любознательный человек. Он не был дипломированным ученым, не учился в университете, но стал первооткрывателем нового мира живых существ. Имя этого человека Антоний Левенгук.
Замечательно устроен глаз человека, но он не может видеть того, что величиной примерно в тысячную долю макового зернышка. Вооружив свой глаз увеличительными линзами, Левенгук замер от удивления, увидев в капле воды целый мир живых существ. Они были, несомненно, живыми, эти animalcula – мельчайшие «зверюшки». Они двигались и имели различную форму. Левенгук стал рассматривать все, что попадалось под руку, – настой из сена и слизь изо рта, каплю речной воды и каплю из грязной лужи, гниющий кусочек мяса и каплю гноя. И везде он находил этих «живых зверюшек». Изучая микробов в зубном налете, удивленный Левенгук писал: «С величайшим изумлением я видел в этом материале множество животных, весьма оживленно двигавшихся. В моем рту их больше, чем людей в Соединенном королевстве» (т. е. в Голландии). Так была раскрыта тайна природы, мир невидимых существ стал видимым. Левенгук не только их рассматривал, но тщательно зарисовывал, впервые показав их форму, величину и места обитания. Интересно, что для сравнения размеров микробов Левенгук пользовался песчинками. Так начала создаваться новая наука, которую Пастер позже назвал «микробия». Это были ее первые страницы. 1684 год может считаться датой возникновения новой науки – микробиологии. Это ее современное название».
Семен Александрович Блинкин. «Вторжение в тайны невидимок»
Левенгук был талантливым ученым-дилетантом. Он не знал иностранных языков, не понимал ни латыни, ни английского, говорил только на голландском языке. В Лондоне находилось основанное в 1662 году так называемое Королевское общество. Оно прилагало немало усилий к тому, чтобы устанавливать связь с людьми, которые занимаются исследованием природы, независимо от их положения и национальности.
Секретарь общества Генри Ольденбург, довольно случайно получив информацию о деятельности в Голландии некоего Левенгука, связался с ним. И вскоре начал получать от него многочисленные отчеты о наблюдениях. Писал он их на своем старомодном голландском языке.
Для публикации в «Философских трудах» Левенгук прислал свое письмо на семнадцати с половиной страницах – в нем он описывал открытие амалькулей. Однако послание это было встречено с огромным скептицизмом. Уж больно невероятным казалось существование таких живых «крошек».
И что же? Для проверки фактов из Лондона в Делфт, где жил Левенгук, была направлена целая комиссия – группа уважаемых членов Общества. Левенгук продемонстрировал лондонским коллегам тех самых «крошек» в микроскопе, и после этого его отчеты больше не ставились под сомнение, им стали доверять.
В 1680 году Левенгук был избран постоянным членом Королевского общества. Впрочем, в Англии он так ни разу и не был и не принимал участия ни в одном ученом заседании. Он продолжал в одиночку проводить собственные исследования.
В книге Ганса Гюнтера Шлегеля «История микробиологии» изложена краткая биография Левенгука. Там можно прочесть следующее:
«Поскольку Левенгук никогда не принимал участия в регулярных заседаниях Королевского общества, он сам способствовал распространению своих знаний. В 1698 году он пригласил к себе русского императора Петра Великого. Прибыв из Гааги, Петр I пришвартовался на своей яхте у порохового склада рядом с Делфтом. Оттуда он послал двух приближенных из своей свиты к глубокоуважаемому А. Левенгуку, чтобы просить его разрешения посмотреть в микроскоп. Левенгук показывал царю циркуляцию кровяных телец в хвосте угря, чем тот был так восхищен, что наблюдал за этим в течение двух часов. Есть сведения, что Левенгук подарил Петру I два микроскопа.
В гости к голландскому исследователю наведывались не только цари и философы, врачи, государственные деятели и священники, но и простые горожане. Об этом можно узнать из забавного примечания к письму № 39 от 1683 года: «Я показал дамам, которые были в моем доме, маленьких червячков в уксусной кислоте. Некоторые барышни пришли в такой ужас, что решили никогда больше не пользоваться уксусом. Но что бы они сказали, покажи я им зубной налет, где столько микроскопических живых существ, сколько нет людей во всем королевстве!»
Тут Левенгук говорит о своем, может быть, самом главном открытии. Вслед за открытием существования микробов на самых разных объектах он исследовал соскобы из собственной ротовой полости. Каково же было его изумление, когда он впервые обнаружил присутствие анималькулей на своих зубах и деснах!
В этом Левенгук поистине опередил других естествоиспытателей – он первым открыл, что мы не единственные, кто обитает в наших телах. Мы являемся носителями анималькулей. Мы и другие подобные нам животные даем прибежище огромному количеству простейших организмов и помогаем им распространяться по поверхности планеты посредством наших естественных выделений.
Я показал дамам маленьких червячков в уксусной кислоте. Некоторые барышни пришли в такой ужас, что решили никогда больше не пользоваться уксусом. Но что бы они сказали, покажи я им зубной налет, где столько микроскопических живых существ, сколько нет людей во всем королевстве!
И еще одно важное замечание. Джессика Снайдер Сакс в книге «Микробы хорошие и плохие» пишет:
«Ни Левенгук, ни его почтенные лондонские корреспонденты не думали, что открытые им фантастические «зверюшки» были сколько-нибудь вредоносны, и мнение это в основном было справедливым. Крепкое здоровье, которое Левенгук сохранил к среднему возрасту, казалось тому достаточным подтверждением. У него даже все зубы были на месте. Более того, сама мысль, что такие миниатюрные существа в состоянии кому-нибудь навредить, показалась бы смехотворной. Как отметил сам Левенгук, даже небольшой глоток горячего кофе или винного уксуса приводил к тому, что зверюшки на поверхности его зубов «тотчас падали замертво».
В течение следующего столетия микробиология оставалась маргинальной наукой: она интересовала только тех натуралистов, кому приходилось описывать обитателей этого богатого нового царства живой природы и давать им названия».
Попробуем продолжить эту цитату другим, поясняющим истинное положение вещей высказыванием. Джон Тёрни в книге «Я – суперорганизм! Человек и его микробы» отмечает:
«Теперь-то мы знаем, что дело обстоит иначе. Самые значительные перемены в наших познаниях о микромире произошли в ХIХ веке.
Микробная теория заболеваний возникла, когда на помощь исследователям инфекций пришла новая наука – микробиология.
Долгое время считалось, что именно заражения, возникающие при тесном контакте с больным, обусловливают распространение некоторых болезней. Но заражение чем? Становилось все очевиднее, что главный контакт здесь происходит с микробами, а значит, можно с уверенностью предполагать, что микроскопическая жизнь оказывает громадное влияние на куда более крупные организмы и что именно микробы – главная причина некоторых смертельных недугов. Благодаря этому стало возможным принципиально новое объяснение того, как эти недуги возникают и развиваются».