Том Джексон - Взламывая биологию

В 1666 г. датский анатом Нильс Стенсен, известный также как Николас Стено, взялся за вскрытие акулы. Его сразу поразило сходство ее зубов с треугольными камешками, которые называли «каменными языками». Стено заявил, что «каменные языки» на самом деле являются зубами когда-то живших акул, и утверждал, что первоначальные ткани акулы со временем заменили минералы. Стено предположил, что окаменелости – это срезы жизни различных периодов в истории Земли.

Работа Стено, посвященная ископаемым зубам акулы, положила начало палеонтологии.

Голландский торговец тканями Антони ван Левенгук решил рассмотреть свои тонкие материи поближе, а в результате основал новый отдел биологии. В процессе он обнаружил, что в природе существует гораздо больше, чем бросается в глаза.

В 1650-х гг. изобретательность Левенгука позволила ему создать маленькие высококачественные линзы, обеспечивающие увеличение в 250 раз и более. Микроскопы, сконструированые им, не были похожи на бочку – единственная линза устанавливалась между двумя небольшими металлическими пластинами, которые подносили близко к глазу, а регулируемымый стержень сзади держал образцы. С помощью этих инструментов Левенгук начал изучать разнообразные материалы, например воду из пруда, и с изумлением обнаружил мир крошечных животных (он назвал их зверьками), которые в ней плавали. Хотя он не был профессиональным ученым, он связался с Лондонским королевским обществом – отправил первое из более чем 150 писем, – описывая и иллюстрируя свои открытия. Левенгук был единственным, кто в то время вел подобные исследования, так как никто не смог сделать столь мощные линзы, а сам он держал свой метод в секрете.

Антони ван Левенгук (1632–1723) считается основателем микробиологии. Однако в более поздние свои годы он нашел новое призвание, став инспектором виноделен в Делфте.

Ученым потребовались сотни лет, чтобы разобраться, к чему же Левенгук привлек их внимание. Он увидел одноклеточных животных (тех, кого мы сегодня называем простейшими), мелких многоклеточных, таких как коловратки, крошечные растения (водоросли), и даже бактерии. Он также изучал жидкости тела и первым наблюдал сперматозоиды, находящиеся в мужской сперме. Это открытие вызвало споры и пересуды – годами многие ученые верили, что сперматозоиды скорее паразиты, а не половые клетки, как нам сегодня известно.

Примеры «зверьков», которых впервые наблюдал Левенгук.

Превращение, или метаморфоза, гусеницы в бабочку или головастика в лягушку всегда вызывала любопытство. С конца 1600-х гг. люди начали изучать эти примечательные изменения с научной точки зрения.

Голландский энтомолог Ян Сваммердам провел первые важные исследования предмета. В то время многие люди думали, что в результате метаморфозы один вид животного буквально превращается в совершенно другой. Сваммердам доказал, что это не так, продемонстрировав, что внутри личинок насекомых, таких как шелкопряд, уже можно различить формирующиеся крылья. Работу Сваммердама серьезно дополнил французский ученый Рене Реомюр, в 1734 г. опубликовавший «Мемуары по естественной истории насекомых».

Первые исследования были в основном анатомическими, но позже внимание сосредоточили непосредственно на механизмах наблюдаемых изменений. Было отмечено, что органы личинки насекомого при метаморфозах разрушаются, и что тело взрослой особи вновь вырастает из маленьких групп клеток. После открытия гормонов в начале ХХ в. стало известно, что метаморфозы происходят под действием гормонов. У лягушек и жаб изменения от головастика к взрослой особи провоцирует тиреоидный гормон. У насекомых же гормон называется ювенильным и циркулирует в крови личинки. Когда ювенильный гормон перестает поступать, начинается превращение.

Иллюстрация Рене де Реомюра, показывающая развитие личинки овода, оленьего паразита.

Несмотря на свое название, шелковичный червь вовсе не червяк, а гусеница мотылька. Жизненный цикл шелковичного червя – пример «полной метаморфозы», проходящей в четыре этапа: яйцо, личинка, куколка (стадия покоя, когда формируются ткани взрослой особи) и взрослая особь (или имаго). Личинка, готовясь к окукливанию, плетет кокон из тонких нитей шелка. Это волокно собирают и превращают в тонкую ткань.

Метаморфозы дают преимущества животным, организмы которых затрагивают. Происходит разделение труда – гусеница ест, а бабочка отдает всю энергию на размножение. Кроме того, метаморфозы сводят на нет борьбу за ресурсы между взрослыми особями и их потомством. Головастик кормится в воде, а лягушка ищет пищу на суше. В случае с морскими созданиями, например моллюсками, кораллами и морскими звездами, взрослые особи зачастую передвигаются медленно или вообще всю жизнь остаются на одном месте. Эти животные выпускают тысячи крошечных личинок, которые перемещаются вместе с планктоном, и это способствует распространению вида.

Долгое время познания в анатомии растений отставали от познаний в анатомии животных. Многие считали, что растения ничем не примечательны. Неемия Грю решил доказать, что они неправы.

В 1600-х гг. микроскопы начали менять биологию, и Грю использовал их в полной мере для тщательного изучения тканей растений.

Он опубликовал несколько работ и статей, собранных вместе в труде «Анатомия растений» (1682). Прекрасно иллюстрированная книга впервые показала, насколько сложное у растений внутреннее строение. Это был новый мир, ждущий первооткрывателей. Грю хотел вознамерился сделать результаты своих исследований понятными читателям, насколько это было возможно. А потому, чтобы показать, как соединяются различные ткани растений, использовал то, что мы бы сегодня назвали 3D-чертежами.

Современное изображение растения в разрезе под микроскопом, подкрашенное, чтобы показать отдельные ткани, растущие концентрическими кольцами.