Лучше думать или больше экспериментировать?

Гарвей и Вольф были великие экспериментаторы, и в результате своих экспериментов они поняли: зародыш возникает каждый раз заново, его заранее в яйце не существует.

Мальпиги и Галлер были не менее старательные естествоиспытатели, но их эксперименты привели к идеям, противоположным и совершенно неверным. В истории науки так было не раз: наблюдая одно и то же, исследователи приходили к разным выводам. И много раз во многих ученых это порождало недоверие к опыту вообще. Плох тот ученый, рассуждали некоторые, который стремится проникнуть в тайны природы грубым инструментом. Инструмент истинного ученого — мозг, силой своего ума он должен поднимать завесу неведомого.

Помнишь? Исходя из теории матрешек, Галлер и Лейбниц логическим путем приходили к мысли о миллиардах готовых маленьких человечков, заключенных в тело то ли Адама, то ли Евы. Понять, насколько это возможно физически, было невозможно, оставалось только свалить всю вину на Творца — так ему было угодно. В логике есть такой способ доказательства — приведение к абсурду. Берется какая-то исходная идея. На нее строго логически нанизывают следствия. И если цепочка следствий приводит к результату 2х2=5, это значит, неверна исходная идея. Для некоторых ученых, даже не очень хороших экспериментаторов, миллиарды человечков в теле Евы были тем самым абсурдом, который начисто зачеркивал исходную мысль — о заблаговременной готовности организма, об отсутствии подлинного зарождения нового в живом мире.

В 1805 году опубликовал свою работу «Зарождение» молодой ученый Лоренц Окен. И современники, и теперешние историки науки упрекают Окена за умозрительность, то есть за презрение к опыту, за стремление решить загадку жизни с помощью одних только рассуждений.

В одной из газет того времени появилась рецензия на работу Окена, в которой, кроме довольно лестных слов по поводу смелости и оригинальности взглядов Окена, содержалась и жестокая критика. Газета обвиняла Окена в «наглом навязывании» природе придуманных им законов. Что же за законы навязывал природе Лоренц Окен?

«ТЕЛА ВСЕХ ВЫСШИХ ЖИВОТНЫХ СОСТОЯТ ИЗ ИНФУЗОРИЙ КАК СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ».

Инфузории — это одноклеточные животные, ты знаешь, они очень похожи на взятые в отдельности клетки тел многоклеточных животных. По существу, это одно и то же. Так что это высказывание Окена правильное. Но в его время клеточное строение высших животных и растений еще не было обнаружено — силы микроскопов не хватало, чтобы разглядеть их во всех тканях. Значит, Окен каким-то образом догадался об истине...

До Окена поколения ученых спорили, из мужского или женского зачатка развивается взрослый организм — кто из родителей «главнее». Окен не только догадался (именно догадался, без всяких на то экспериментальных оснований), что «оба главные», но и провозгласил, что зарождение начинается со слияния двух зародышевых клеток-«инфузорий».

«ЗАРОЖДЕНИЕ ЕСТЬ СИНТЕЗ ИНФУЗОРИЙ»

Эти «инфузории», из которых состоит и с которых начинается всякий высший организм, были для Окена не просто составными частями. Он их называет «предзверьками», «предсуществами»:

«ВСЯКОЕ ЖИВОЕ ТЕЛО СОСТОИТ ИЗ ПРЕДСУЩЕСТВ».

Это значит, что одноклеточные организмы появились раньше, чем высшие животные и растения. И что в каком-то смысле мы — кентавры, мы составлены из наших предков!

Вслед за некоторыми учеными XVIII века Окен провозгласил и знаменитое:

«ЭМБРИОН ПРОХОДИТ ЧЕРЕЗ КЛАССЫ ЖИВОТНЫХ».

Окен часто и с гордостью заявлял, что он как истинный ученый может больше увидеть в природе силой своего ума, чем анатом-экспериментатор, убивающий в лаборатории тысячи лягушек. И что удивительно, он действительно как будто лучше разобрался в кое-каких общих вопросах, чем деятели экспериментальной науки (правда, тут была маленькая хитрость: Окен сам редко занимался опытами, но за опытами других следил очень внимательно).

Ученых, подобных Окену, называли натурфилософами. Уже к середине XIX века наука полностью отказалась от натурфилософского подхода к изучению мира. И произошло это не случайно. Вместе с поразительными, на наш взгляд, догадками в сочинениях натурфилософов можно найти и много неверных мыслей, просто нелепиц.

Не исключено, что жизнь на Земле зародилась, и несомненно, что она долго развивалась в воде, в море. Это очень древняя идея, но как, когда, в каком виде «мы были в море», не могли сказать: ведь палеонтология, эта летопись земной жизни, еще только зарождалась. И вот натурфилософ Окен, рядом с потрясающими своими догадками, столь же серьезно провозглашает, что человек вышел из моря буквально, в самом прямом смысле. Он считал, что море, эта «материнская стихия», сумело «высидеть» что-то вроде больших яиц, в которых, скорчившись, сидели маленькие человеческие эмбрионы. Потом эти яйца вышвырнуло на берег, часть человечков погибла, а часть выжила. Окен рисовал перед потрясенным читателем удивительную картину детства человечества. Смеясь, плача и крича в громе прибоя, маленькие дети ползали по пляжам, собирали съедобные ракушки, подрастали, становились людьми. Это все похоже не на науку, а на сказку. Это и была сказка. В том-то и была главная беда натурфилософии, что она, выводя «силой мысли» все новые построения, нередко не учитывала возрастающей шаткости подобных логических «мостов», висящих без опоры на экспериментальные факты.

Да, натурфилософы догадались, что между развитием живого мира и развитием зародыша есть связь, параллелизм. Но как они эту связь понимали?

Нет, не так они поняли эту связь, как потом Дарвин и дарвинисты. Не зародышевое развитие повторяет эволюционный путь, а наоборот! Зародышевое развитие человека было предначертано заранее и послужило руководством для развития живого мира. Оставалось реализовать все стадии этого предначертания в виде различных животных (и даже растений!). Натурфилософы Ф. Тидеман и Л. Окен торжественно объявили, что все животное царство — это получившие право на жизнь разные зародышевые стадии «высшего существа» — человека. Человек не произошел от обезьяны (мы знаем уже, как представлял себе происхождение человека Окен), а появился после нее по тому же божественному плану, но только доведенному на этот раз до своего полного исполнения. Человек объявлялся заранее задуманной целью мироздания. При этом он и был мирозданием, микрокосмом: ведь в нем содержалось все животное царство! Все животные, по этой теории, были как бы химерами, кентаврами, составленными изо всех предшествующих на «лестнице существ» классов животных. Но самой причудливой химерой, многосоставным кентавром оказывался именно человек, как венец творения, замыкающий пресловутую лестницу!

Удивительно, не правда ли? Начав как будто с борьбы против теории матрешек, теории предопределенного развития, натурфилософы вернулись к той же, по существу, ошибке. Опять все развитие предопределено заранее, но только не в виде бесчисленных одинаковых кругов-повторений, а в виде реализации поочередно всех стадий зародышевого развития «высшего существа».

Но в науке редко что пропадает даром, даже явные ошибки. Дальше ты увидишь, что в самой сердцевине этих ошибочных воззрений натурфилософов было все-таки спрятано рациональное зернышко, которое разглядели много позже: не только эволюция отражается на эмбриональном развитии, но и эмбриональное развитие в самом деле сильно влияет на эволюцию, на характер превращений одних животных в других. Да и взгляд на эволюцию, как на в какой-то мере создание составных, химерных генных наборов и организмов, как ты уже знаешь, снова в почете.

И это еще раз показывает верность правила Гарвея, которому мы — помнишь? — решили следовать: «Ни хвалить, ни порицать: все трудились хорошо!»

Нужен опыт, нужна и теория. Бывают в истории науки времена, когда опытных данных много, а хороших мыслей, идей не хватает, чтобы все связать. И тогда теоретики порой нужнее экспериментаторов. Но ведь бывают и другие времена. Идей множество, а вот настоящих опытных фактов, чтобы провести среди этих идей хороший отбор, не хватает.

Нужно и то и другое, а вот кем ты станешь, если будешь ученым, теоретиком или экспериментатором, это уж дело твоих способностей, склонностей. Как писал поэт и натуралист Гете: «Можно ли познать себя? — Не путем созерцания, но только путем деятельности. Попробуй исполнить свой долг, и ты узнаешь, что в тебе есть».

ИНТУИЦИЯ УЧЕНОГО

Итак... Окен догадался о многом, что биологии только предстояло узнать. Великий французский ученый Ламарк догадался, что одни животные произошли от других путем постепенных изменений, приспосабливаясь к среде, условиям существования. Но недостаточный запас практических знаний привел обоих к серьезным ошибкам. Ламарк не смог выдвинуть убедительной причины для приспособительных изменений живых существ. Животному «хочется» дотянуться до самых верхних веток — и вот у жирафы чуть вытягивается шея, а у слона — чуть вырастает хобот. Приобретенные свойства передаются по наследству, а у потомка опять подрастает шея или хобот.

Натурфилософов жестоко критиковали, но вместе с их ошибками отбрасывали иногда и кое-что ценное.

Наступал XIX век, век пара и электричества, век, когда в науке на первое место становился факт, опыт, что-то зримое, осязаемое. Еще Исаак Ньютон когда-то говорил: «Гипотез не сочиняю». В XIX веке стремление обойтись без гипотез, общаться только с фактом распространилось во всех науках. Задачу биолога сформулировал великий палеонтолог Ж. Кювье, больше всех критиковавший учение Ламарка: наблюдать, классифицировать и описывать.

Конечно, систематизация знаний очень важна. Но ограничиться систематизацией... О таком ученом-фактокопателе ядовито писал В. Маяковский:

Не человек, а двуногое бессилие,

С головою, откусанной начисто

Трактатом «О бородавках в Бразилии».

Задачей науки объявлялось знание, а не учение, система, а не дерзкое устремление в будущее.

Теория эволюции Дарвина, основанная на понятных и всем доступных фактах, предлагала для размышления захватывающие идеи. Человеку всегда интересно его происхождение, его место в мире. Наукой заинтересовались чиновники, торговцы, рабочие. Получив в руки новую путеводную нить — дарвинизм, биологи стали не просто описывать, они стали направленно искать, подбирать материал таким образом, чтобы осветить для себя и для всех других место того или иного животного или ископаемого существа в системе родства живого мира, в генеалогическом древе природы. Особенно всех интересовали истоки человеческого рода, шире — млекопитающих и, наконец, всех позвоночных животных. Более ста лет назад пришел в биологию Александр Онуфриевич Ковалевский. Наступала новая эра в эмбриологии. Ковалевский задался целью нащупать самое начало побега позвоночных.

Еще студентом Ковалевский придумал новый метод окрашивания исследуемых под микроскопом организмов. Неизвестно, как он догадался выбрать для своих исследований малопонятных и малоинтересных, по мнению биологов того времени, морских животных — асцидий, ланцетников, баляноглоссов. Почему-то он выбрал именно их. Может быть, его вела даже и не гипотеза (ее, видимо, еще и не было), а смутная догадка, интуиция ученого — вещь, как мы видели на примере натурфилософов, вовсе не бесполезная. А тут натурфилософская интуиция соединилась с блестящим даром экспериментатора. Так или иначе, истинная роль именно этих животных в великом царстве живого стала проясняться только после работ Ковалевского, даже для него самого. Но лучших объектов для опытов он не мог придумать, даже если бы заранее точно знал, какой результат его ждет.

Как только позволили обстоятельства и средства (очень скудные, Ковалевский был беден), молодой биолог выехал в Неаполь на лазурные берега воспетого поэтами залива, где принялся пристально изучать ставшего потом знаменитым ланцетника, «эту замечательную рыбку», как писал поначалу сам Ковалевский и как тогда все считали. Но дело как раз оказалось в том, что ланцетник рыбой-то и не был... Он близкий родич далекого предка не только рыб, но и вообще всех позвоночных животных.

Ланцетники есть и в нашем Черном море. Может быть, ты когда-нибудь их увидишь — я не видел, хотя много нырял, разглядывая всякую живность, и на Кавказском и на Крымском берегу. Это безглазое, безмозглое (головы нет!), «бессердечное» полупрозрачное существо и правда внешне напоминает маленькую, с мизинец, рыбку. Ланцетник живет в песке на дне, прячась от врагов, питаясь, чем придется, что попадет съедобного в ил. Удивительно, что этот самый солидный кандидат в наши предки дожил до наших дней только потому, видно, что конкурентов в такой малозаметной жизни у ланцетника и нет почти, а врагам долго и утомительно его в песке разыскивать. У ланцетника нет скелета. Но у него есть спинная опора, хорда! Это гибкая струна с нервной трубкой вдоль. И этому простому приспособлению, позволяющему животному более свободно владеть своим телом, суждено было сделать «наш» тип животных властелинами моря, суши и воздуха.

Удивительны и поучительны у ланцетника первые часы жизни. Как устройство и принцип работы самолета легче понять на простой модели из дощечек и папиросной бумаги, нежели в кресле лайнера Москва — Душанбе, так и происхождение и первые часы развития зародыша позвоночных легче всего изучить на примитивной, но понятной «модели» — на развитии яйца и зародыша ланцетника.

Яйца-икринки ланцетника очень просты — в них мало желтка, питающего вещества, и поэтому, чтобы пропитать себя, личинка ланцетника, как писал Ковалевский, «должна сейчас же отправиться на работу». Личинка начинает питаться, плавать, вести самостоятельную жизнь, еще не став настоящим хордовым позвоночным животным! Она очень похожа на беспозвоночных. Эмбриология навела мостик между позвоночными и беспозвоночными, разделенными, как прежде думали, неодолимой пропастью.

Снова подтвердилось удивительное правило, подмеченное еще натурфилософами, подтвержденное великим эмбриологом Карлом Бэром и по-новому понятое Дарвином. Зародыши разных животных на самых первых порах своего развития очень похожи друг на друга и на самых первых своих давних эволюционных предков, на более поздних стадиях они уже меньше схожи между собой и напоминают своим строением более недавних предков и т. д.

Правило было простое, оно обещало легкую и быструю разгадку всяких тайн эволюции. Ведь далеко не все звенья в цепи предков удается раскопать палеонтологам — охотникам за древними костями. И вот, основываясь в большой степени на исследованиях Ковалевского и других эмбриологов, один из последователей Дарвина немецкий естествоиспытатель Э. Геккель поспешил провозгласить «основной биогенетический закон»: Онтогенез (индивидуальное развитие организма) является повторением филогенеза (эволюционного развития вида).

Многие ученые с радостью приняли новый закон. Ведь когда есть закон, легче разобраться в массе фактов и можно идти дальше. Но и в XIX веке и в наше время «закон» Геккеля никак не мог и не может занять такого положения в науке, как, например, законы Ньютона.

Всего через два года после знаменитой статьи о ланцетнике Ковалевский опубликовал новые свои работы. «Ему, — писал друг и единомышленник Ковалевского знаменитый биолог И. И. Мечников, — было недостаточно открытия, что позвоночные и беспозвоночные связаны непрерывным звеном в виде блуждающей посредством ресничек личинки ланцетника. Ему хотелось ближе определить, с какой именно группой беспозвоночных находится в ближайшем родстве эта поразительная личинка. Со свойственной ему энергией и настойчивостью Ковалевский разрабатывает историю развития целого ряда низших животных».

Ковалевский занялся баляноглоссом. Баляноглосс был похож на роющегося в морском дне червяка, но в строении его жабр Ковалевский обнаружил черты, сближающие это животное с хордовыми. Это и был родич хордовых среди беспозвоночных. Позднее интуиция Ковалевского была еще раз блестяще подтверждена — в переднем конце тела этого «червяка», нашего прапрадядюшки, нашли небольшой отрезок гибкого хрящика, очень похожего на хорду.

Однако Ковалевскому никак не удавалось подсмотреть, как развивается баляноглосс, не удавалось найти его личинку. Только в 1870 году ее нашел Мечников. Это была торнария — давно уже известная ученым личинка, как они думали, какой-то морской звезды. Недаром получилась эта путаница — торнария ничем не отличается от настоящих личинок иглокожих: морских звезд, морских ежей и многих прочих замечательных животных моря, входящих вместе с нашим типом хордовых в огромное сообщество вторичноротых животных. Так окончательно была подтверждена мысль Ковалевского, что ближайшие родственники хордовых среди беспозвоночных — это совсем на нас непохожие иглокожие, они вроде двоюродных братьев позвоночных животных. Трудно представить себе общего предка, от которого произошли и морские звезды и человек, страшно давно он жил, и ничего, может быть, от него не осталось в каменной летописи Земли, но он был, и ученые, наверное, со временем реконструируют его возможный образ.

Так, глядя в микроскоп, эмбриологи строили систему родства живого мира и заглядывали в далекое прошлое Земли. Получалось...

1. Чуть больше или чуть меньше миллиарда лет назад часть морских животных стала в ходе своего развития испытывать странное превращение: там, где у них прежде был рот, формировался задний конец тела, служащий для выброса пищевых отходов, а где был задний конец, прорывался новый рот.

Почему этот переход ко вторичноротости оказался эволюционно столь выгодным? С нашей теперешней точки зрения, вроде бы не было такой причины. Но для общего предка иглокожих и хордовых дело могло обстоять иначе. Он, как и многие морские животные, часть своей жизни проводил, плавая в поисках удобной «стоянки».

Найдя такую стоянку, он должен был прикрепиться и жить «привязанный» неподвижно всю остальную жизнь наподобие современных актиний и асцидий.

Прикреплялся он передним концом тела, может быть, с помощью специальных щупальцев. И... тем самым закрывал себе рот. Для дальнейшей, неподвижной жизни надо было проращивать новый рот... У общего предка иглокожих и хордовых, возможно, ели оба рта — только в разные периоды жизни. (Оговорюсь, здесь изложена лишь одна гипотеза образования «вторичноротости» — гипотез этих много.)

Так или иначе, прошло время, потомки перестали прикрепляться, и этот момент индивидуального превращения быстро сдвинулся под действием естественного отбора на ранние стадии зародышевого развития. Первичный рот уже «не ел» — у иглокожих он служит для удаления непереваренной пищи. А у позвоночных, появляясь ненадолго, напоминает нам о пройденном нашими предками пути.

2. Можно примерно так же попробовать реконструировать появление у какого-нибудь вторичноротого предка этап перехода к «хордовости». Вот неизвестно, в связи с какими особенностями жизни у какого-то нашего предка к взрослому его состоянию появилась маленькая хрящеватая струнка нотохорд (как у баляноглосса). Нотохорд, укрепляя удлиненное тело, оказался выгодным, и вот он растет с чередой поколений и появляется все раньше в индивидуальном развитии организма, пока дохордовая стадия в развитии зародыша лягушки или коровы не окажется просто напоминанием о древних, но бывших в действительности событиях.

Если бы все было так, то прошлое действительно буквально записано в нас самих.

Но...

«Но это его не удовлетворяет, — пишет Мечников о Ковалевском. — Подметив, что прозрачные зародыши асцидий (оригинальных морских животных, прикрепленных к подводным предметам и с виду ничуть не похожих ни на одно из позвоночных) представляют стадии, напоминающие зародышей ланцетника, Ковалевский делает усилия для того, чтобы исследовать подробно эту тему. Но подходящий для этого вид асцидий довольно редок в Неаполе. Тогда Александр Онуфриевич переезжает на остров Искию (километрах в 25 от Неаполя), где с помощью местных рыбаков добывает нужное ему животное в большом количестве и достаточно свежем виде. Тотчас же он устраивает свою маленькую подвижную лабораторию (он и в

Неаполе работали своей единственной комнате) и засаживается за эмбриологию асцидий».

Эти три работы — о ланцетнике, баляноглоссе и асцидии — сделали нашего соотечественника в 25-летнем возрасте одним из знаменитейших ученых мира, редкая везучесть, как тогда говорили, для биолога. Но эта «везучесть» объяснялась необыкновенными способностями Ковалевского, его интуицией в выборе главной цели и удивительной фантастической терпеливостью, неутомимостью в постановке эксперимента.

Работа Ковалевского об асцидий ставит сразу под сомнение всю привидевшуюся биологу легкость решения проблемы корня позвоночных.

Взрослые асцидий ничем не похожи на нас, хордовых. Они принадлежат к подтипу оболочников, и самое, казалось бы, замечательное в них — это как раз оболочка, туника, полупрозрачное одеяние, домик асцидий. Этот домик в минуту опасности некоторые оболочники могут покинуть и построить новый. Построить... из целлюлозы, вещества, из которого сделан этот лист бумаги. Это вещество растительных тканей, неведомо как освоенное одним-единственным подтипом животных!

Но самое удивительное для нас в оболочниках все-таки не это. У асцидии, наиболее развитой из них — личинки обладают самой настоящей хордой. По форме напоминающие головастиков, они, прежде чем прикрепиться и зажить взрослой оседлой жизнью, долго свободно плавают, как бы выискивая наилучшее место для прикрепления и дальнейшего процветания в неподвижности.

Такой подвижной личинкой обладают многие прикрепленные неподвижные жители моря, иначе как бы они расселялись по просторам океанского дна? Для личинок вырабатываются особые органы движения — щупальца, реснички, парашют медузок-личинок кораллов. А у этих личинок гибкая хорда в подвижном хвостике! Сейчас биологи называют оболочников первичнохордовыми или еще личиночнохордовыми животными (а баляноглоссов — полухордовыми).

Еще один «предок»? Но если так, то предок-то, выходит, не сама асцидия, а ее «детеныш» — личинка! По биогенетическому закону зародыш, личинка, должен походить на древнюю, предковую группу животных (так и бывает у ланцетника). А здесь все наоборот: личинка «прозорливо» похожа на нас, потомков, а взрослое животное — на гораздо более древних беспозвоночных.

Получается как будто, что природа вроде как заранее знает, что ей потом очень даже пригодится хорда! И пробует ее создать заблаговременно, «ставя опыт» на личинках. Правда, некоторые ученые считали, что асцидия — это деградировавшее, отставшее в развитии животное, упростившееся из-за того, что приспособилось к сидячему существованию, а личинка — в полном согласии с биогенетическим законом — «вспоминает» о лучшем, хордовом прошлом. Эти ученые указывали: вот есть же среди оболочников такая аппендикулярия, которая оставляет себе хорду на всю жизнь.

И правда, аппендикулярия плавает свободно всю жизнь и размножается и умирает с хордой, но сейчас многие (не все!) ученые склоняются к мысли, что это крошечное животное, очень похожее на личинку асцидии, по происхождению не предок асцидии, а наоборот, как бы не выросшая, но научившаяся размножаться личинка. Так бывает в природе, это явление называют неотенией (в переводе с греческого — растянутая юность). В аквариумах часто разводят аксолотлей — симпатичных влажнокожих земноводных с веточками наружных жабр. И мало кто знает, что аксолотли — это не выросшие из-за неблагоприятных аквариумных условий, но умеющие сами размножаться личинки амфибии амбистомы, дышащей легкими.

Такие размножающиеся личинки могут совсем «забыть» о своем умении превращаться во взрослое животное, если плохие условия растянутся на века. И вот в эволюции появится новое животное, бывшая личинка, недоросток, шаг назад... Но что такое шаг назад в эволюции? Если этот шаг назад выгоден в новых условиях, это уже шаг вперед.

Так, очень может быть, и произошли наши хордовые предки. Какие-то неприятные перемены в подводном мире могли толкнуть наших предков на энергичную борьбу с грозящим вымиранием, на прорыв к совершенно иному существованию. Например, дыхание и энергетический обмен — очень разные у «продвинутых взрослых» у «недоразвитых» личинок тех же амбистом: экономные, но вялые, у первых и неэкономичные, но вдвое более энергичные, у вторых. Небольшое временное приспособление — хорда, помогавшая личинкам асцидии расширять область расселения своих сидячих взрослых, — вдруг закрепилась вплоть до стадии размножения (как у аппендикулярий). Личинка-переросток (с «точки зрения» взрослой асцидии, уродина недоразвитая) могла превратиться во взрослое хордовое вроде ланцетника и дать начало всему миру хордовых жителей планеты — и нам с тобой, значит, тоже!

Рис. Начало хордовых.