What This » Ученые

Открытие клетки организма

Великий русский физиолог И. П. Павлов писал:

Науку принято сравнивать с постройкой. Как здесь, так и там трудится много народа, и здесь и там происходит разделение труда. Кто составляет план, одни кладут фундамент, другие возводят стены и так далее...

«Постройка» клеточной теории началась почти 350 лет назад.

Открытие клетки организма

 Роберт Гук

Итак, 1665 год, Лондон, кабинет физика Роберта Гука. Хозяин настраивает микроскоп собственной конструкции. Профессору Гуку тридцать лет, он окончил Оксфордский университет, работал ассистентом у знаменитого Роберта Бойля. 

Гук был неординарным исследователем. Свои попытки заглянуть за горизонт человеческих познаний он не ограничивал какой-либо одной областью. Проектировал здания, установил на термометре «точки отсчёта» — кипения и замерзания воды, изобрёл воздушный насос и прибор для определения силы ветра... Потом увлёкся возможностями микроскопа. Он рассматривал под стократным увеличением всё, что попадается под руку, — муравья и блоху, песчинку и водоросли. Однажды под объективом оказался кусочек пробки. Что же увидел молодой учёный? Удивительную картину — правильно расположенные пустоты, похожие на пчелиные соты. Позднее такие же ячейки он нашёл не только в отмершей растительной ткани, но и в живой. Гук назвал их клетками (англ. cells) и вместе с полусотней других наблюдений описал в книге «Микрография». Однако именно это наблюдение под № 18 принесло ему славу первооткрывателя клеточного строения живых организмов. Славу, которая самому Гуку была не нужна. Вскоре его захватили другие идеи, и он больше никогда не возвращался к микроскопу, а о клетках и думать забыл.

Зато у других учёных открытие Гука пробудило крайнее любопытство. Итальянец Марчелло Мальпиги называл это чувство «человеческим зудом познания». Он также стал рассматривать в микроскоп разные части растений. И обнаружил, что те состоят из мельчайших трубочек, мешочков, пузырьков. Разглядывал Мальпиги под микроскопом и кусочки тканей человека и животных. Увы, техника того времени была слишком слаба. Поэтому клеточное строение животного организма учёный так и не распознал.

Антони ван Левенгук

Дальнейшая история открытия продолжилась в Голландии. Антони ван Левенгук (1632—1723) никогда не думал, что его имя будет стоять в ряду великих учёных. Сын промышленника и торговца из Делфта, он тоже торговал сукном. Так и прожил бы Левенгук незаметным коммерсантом, если бы не его страстное увлечение да любопытство. На досуге он любил шлифовать стёкла, изготовляя линзы. Голландия славилась своими оптиками, но Левенгук достиг небывалого мастерства. Его микроскопы, состоявшие лишь из одной линзы, были гораздо сильнее тех, которые имели несколько увеличительных стёкол. Сам он утверждал, что сконструировал 200 таких приборов, дававших увеличение до 270 раз. А ведь ими было очень трудно пользоваться. Вот что писал об этом физик Д. С. Рождественский: «Вы можете себе представить ужасное неудобство этих мельчайших линзочек. Объект вплотную к линзе, линза вплотную к глазу, носа девать некуда». Кстати, Левенгук до последних дней, а дожил он до 90 лет, сумел сохранить остроту зрения.

Через свои линзы естествоиспытатель увидел новый мир, о существовании которого не догадывались даже отчаянные фантазёры. Больше всего поразили Левенгука его обитатели — микроорганизмы. Эти мельчайшие существа обнаруживались везде: в капле воды и комке земли, в слюне и даже на самом Левенгуке. С 1673 г. подробные описания и зарисовки своих удивительных наблюдений исследователь отправлял в Лондонское королевское общество. Но учёные мужи не спешили ему верить. Ведь было задето их самолюбие: «неуч», «профан», «мануфактурщик», а туда же, в науку. Левенгук тем временем неустанно посылал новые письма о своих замечательных открытиях. В итоге академикам пришлось признать заслуги голландца. В 1680 г. Королевское общество избрало его полноправным членом. Левенгук стал мировой знаменитостью. Отовсюду в Делфт ехали смотреть на диковины, открываемые его микроскопами. Одним из самых знатных гостей был русский царь Пётр I — большой охотник до всего нового... Левенгуку, не прекращавшему исследований, многочисленные гости только мешали. Любопытство и азарт подгоняли первооткрывателя. За 50 лет наблюдений Левенгук открыл более 200 видов микроорганизмов и первым сумел описать структуры, которые, как мы теперь знаем, являются клетками человека. В частности, он увидел эритроциты и сперматозоиды (по его тогдашней терминологии, «шарики» и «зверьки»). Конечно, Левенгук и не предполагал, что это были клетки. Зато он рассмотрел и очень подробно зарисовал строение волокна сердечной мышцы. Поразительная наблюдательность для человека с такой примитивной техникой!

Каспар Фридрих Вольф
Каспар Фридрих Вольф

Антони ван Левенгук был, пожалуй, единственным за всю историю построения клеточной теории учёным без специального образования. Зато все остальные, не менее знаменитые исследователи клеток учились в университетах и были людьми высокообразованными. Немецкий учёный Каспар Фридрих Вольф (1733—1794), например, изучал медицину в Берлине, а затем в Галле. Уже в 26 лет он написал труд «Теория зарождения», за который был подвергнут на родине резкой критике коллег. (После этого по приглашению Петербургской академии наук Вольф приехал в Россию и остался там до конца жизни.) Что же нового для развития клеточной теории дали исследования Вольфа? Описывая «пузырьки», «зёрнышки», «клетки», он увидел их общие черты у животных и растений. Кроме того, Вольф впервые предположил, что клетки могут иметь определённое значение в развитии организма. Его труды помогли другим учёным правильно понять роль клеток.

Теперь хорошо известно, что главная часть клетки — ядро. Впервые, кстати, описал ядро (в эритроцитах рыб) Левенгук ещё в 1700 г. Но ни он, ни многие другие видевшие ядро учёные не придавали ему особого значения. Лишь в 1825 г. чешский биолог Ян Эвангелиста Пуркинье (1787—1869), исследуя яйцеклетку птиц, обратил внимание на ядро. «Сжатый сферический пузырёк, одетый тончайшей оболочкой. Он... преисполнен производящей силой, отчего я и назвал его "зародышевый пузырёк", — писал учёный.

Ян Эвангелиста Пуркинье
Ян Эвангелиста Пуркинье

В 1837 г. Пуркинье сообщил научному миру результаты многолетней работы: в каждой клетке организма животного и человека есть ядро. Это была очень важная новость. В то время было известно лишь о наличии ядра в растительных клетках. К такому выводу пришёл английский ботаник Роберт Броун (1773—1858) за несколько лет до открытия Пуркинье. Броун, кстати, и ввёл в употребление сам термин «ядро» (лат. nucleus). А Пуркинье, к сожалению, не сумел обобщить накопленные знания о клетках. Прекрасный экспериментатор, он оказался слишком осторожен в выводах.

К середине XIX в. наука наконец вплотную подошла к тому, чтобы достроить здание под названием «клеточная теория». Немецкие биологи Маттиас Якоб Шлейден (1804—1881) и Теодор Шванн (1810—1882) были друзьями. В их судьбах немало общего, но главное, что их объединяло, — «человеческий зуд познания» и страсть к науке. Сын врача, юрист по образованию, Маттиас Шлейден в 26 лет решил круто изменить свою судьбу. Он вновь поступил в университет — на медицинский факультет и по окончании его занялся физиологией растений. Целью его работы было понять, как происходит образование клеток. Шлейден совершенно справедливо полагал, что ведущая роль в этом процессе принадлежит ядру. Но, описывая возникновение клеток, учёный, увы, ошибался. Он считал, что каждая новая клетка развивается внутри старой. А это, конечно же, не так. Кроме того, Шлейден думал, что клетки животных и растений не имеют ничего общего. Вот почему не он сформулировал основные постулаты клеточной теории. Это сделал Теодор Шванн.

Маттиас Якоб Шлейден Теодор Шванн

Воспитываясь в очень религиозной семье, Шванн мечтал стать священнослужителем. Для того чтобы лучше подготовиться к духовной карьере, он поступил на философский факультет Боннского университета. Но вскоре любовь к естественным наукам пересилила, и Шванн перешёл на медицинский факультет. После его окончания он работал в Берлинском университете, где изучал строение спинной струны — основного органа нервной системы животных из отряда круглоротых (класс водных позвоночных животных, к которым относятся миноги и миксины). Учёный открыл оболочку нервных волокон у человека (названную позже шванновской). Серьёзной научной работой Шванн занимался всего пять лет. В расцвете сил и славы он неожиданно бросил исследования, уехал в маленький тихий Льеж и стал преподавать. Религия и наука так и не сумели ужиться в этом замечательном человеке.

В октябре 1837 г. в Берлине произошло важнейшее для науки событие. Случилось всё в небольшом ресторанчике, куда зашли перекусить два молодых человека. Годы спустя один из них — Теодор Шванн вспоминал: «Однажды, когда я обедал с господином Шлейденом, этот знаменитый ботаник указал мне на важную роль, которую ядро играет в развитии растительных клеток. Я тотчас же припомнил, что видел подобный же орган в клетках спинной струны, и в тот же момент понял крайнюю важность, которую будет иметь моё открытие, если я сумею показать, что в клетках спинной струны это ядро играет ту же роль, что и ядро растений в развитии их клеток... С этого момента все мои усилия были направлены к нахождению доказательств предсуществования ядра клетки».

Усилия оказались не напрасны. Уже через два года вышла в свет его книга «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В ней были изложены основные идеи клеточной теории. Шванн не только первым увидел в клетке то, что обьединяет и животные, и растительные организмы, но и показал сходство в развитии всех клеток.

Конечно, авторство со Шванном разделяют и все учёные, возводившие «постройку». А особенно Маттиас Шлейден, подавший другу блестящую идею. Известен афоризм: «Шванн стоял на плечах Шлейдена». Его автор — Рудольф Вирхов, выдающийся немецкий биолог (1821—1902). Вирхову же принадлежит и другое крылатое выражение: «Omnis cellula е cellula», что с латыни переводится «Всякая клетка от клетки». Именно этот постулат стал триумфальным лавровым венком для теории Шванна.

Рудольф Вирхов изучал значение клетки для всего организма. Ему, окончившему медицинский факультет, особенно интересна была роль клеток при заболеваниях. Работы Вирхова о болезнях послужили базой для новой науки — патологической анатомии. Именно Вирхов ввёл в науку о болезнях понятие клеточной патологии. Но в своих исканиях он несколько перегнул палку. Представляя живой организм как «клеточное государство», Вирхов считал клетку полноценной личностью. «Клетка... да, это именно личность, притом деятельная, активная личность, и её деятельность есть... продукт явлений, связанных с продолжением жизни».

Шли годы, развивалась техника, появился электронный микроскоп, дающий увеличение в десятки тысяч раз. Учёные сумели разгадать немало тайн, заключённых в клетке. Было подробно описано деление, открыты клеточные органеллы, поняты биохимические процессы в клетке, наконец, была расшифрована структура ДНК. Казалось бы, ничего нового о клетке уже не узнать. И всё же есть ещё много непонятого, неразгаданного, и наверняка будущие поколения исследователей положат новые кирпичики в здание науки о клетке!