Мечников

Теория зародышевых пластов

Александр Ковалевский принес в науку о жизни свое замечательное исследование о развитии ланцетника, перебросил крепкий мост между позвоночными и беспозвоночными животными. Открытие это было равносильно выигранному крупнейшему сражению между противостоящими друг другу враждебными лагерями материалистов и идеалистов в биологии. Но одно сражение не приносит окончательной победы. Враги дарвинизма не думали складывать оружия. Один из таких противников дарвинизма, немецкий ученый Вейсман, еще в 1864 году на Гиссенском съезде естествоиспытателей и врачей сделал доклад о развитии насекомых (мух и комаров). Приехавший на съезд в Гиссен с острова Гельголанд Мечников впервые в своей жизни присутствовал на международном собрании ученых. Он слушал тогда антидарвинистские утверждения Вейсмана о том, что насекомые, вопреки всем законам, по которым развиваются другие живые существа, имеют свои, отличные от всех пути развития.

Теория Дарвина, утверждали Вейсман и его единомышленники, не распространяется на насекомых, у зародышей мух и комаров отсутствуют общие для всех животных зародышевые пласты. Что же это за эволюционная теория, если целый тип животных — насекомые — развивается не по общим дарвиновским законам? Антидарвинисты как знамя подняли «открытия» Вейсмана. Нужно было защитить дарвинизм, разбить его очередных противников. За эту работу и взялись Мечников и его друг Ковалевский.

Мечников все более приходил к убеждению, что разъяснения ряда труднейших спорных вопросов эволюции животных надо искать в наиболее ранних стадиях их развития, где ярче и осязательнее всего выступают общие черты, связывающие животных различных групп.

Илью Ильича поражала пропасть между высшими представителями простейших животных, с одной стороны, и низшими многоклеточными — с другой. Как произошел переход от одних к другим? Наука ничего определенного на этот вопрос ответить не могла. Существовали лишь гипотезы, построенные на основании изучения зародышевого развития различных животных. Прежде всего необходимо было выяснить подробности эмбрионального развития беспозвоночных животных, что и было выполнено Ковалевским и Мечниковым.

Благодаря этим работам стали известны общие черты первых стадий зародышевого развития многоклеточных животных. Все они, как беспозвоночные, так и позвоночные, проходят стадию, которая соответствует одноклеточному организму, ибо яйцо многоклеточных животных представляет собой одну клетку.

Процесс развития зародыша заключается в дроблении этой единственной клетки, напоминая размножение одноклеточных посредством деления. Но, в отличие от последних, сегменты яйцеклетки, получающиеся в результате ее деления, не расходятся, а образуют совокупность клеток (2, 4, 8, 16 и так далее), напоминающую тутовую ягоду.

Это первая стадия зародыша многоклеточных существ, так называемая морула. Клетки морулы постепенно раздвигаются. Так образуется полый шар в форме пузырька, содержащего внутри замкнутое пространство (первичную полость тела). Наружная поверхность пузырька состоит из одного слоя клеток. Эта стадия развития зародыша называется бластулой. Дальнейшее деление клеток бластулы приводит к образованию двух зародышевых пластов: внешнего (эктодермы) и внутреннего (энтодермы), между которыми позже обособляется третий пласт (мезодерма). Из эктодермы в процессе роста зародыша образуются кожные покровы, нервная система, органы чувств. Из энтодермы вырастают некоторые внутренние органы: печень, поджелудочная железа и другие. Из мезодермы образуются мускулатура, хрящи, кости, органы выделения — почки, мочевой пузырь.

Ковалевский открыл один из способов образования энтодермы, до тех пор неизвестный в эмбриологии. Двуслойный зародыш, образуется из однослойного (бластулы) впячиванием клеток шара внутрь полости. Это напоминает резиновый мяч, из которого выпущен воздух, он спался, и часть его поверхности вмялась в другую. В результате перед нами нечто похожее на чашу с двойными стенками. Позже ученый Геккель назвал открытый Ковалевским двуслойный зародыш гаструлой.

Шумная слава Геккеля и скромные открытия Ковалевского

Ковалевский со свойственной ему неторопливостью не спешил делать широко идущие выводы из открытых им фактов. Зато другие поторопились подхватить открытия Ковалевского и на их основе провозгласить свои теории. Одним из таких ученых был известный дарвинист Геккель. Он крепко запомнил, что из бластулы впячиванием одной половины шара в другую образуется гаструла. Из внутреннего слоя клеток двуслойного зародыша позже образуется первичный кишечник. Некоторые низшие многоклеточные — например гидры — и во взрослом состоянии близки к гаструле. Всего этого было вполне достаточно для Геккеля, чтобы он построил свою нашумевшую теорию.

Ковалевский скептически отнесся к теории Геккеля.

В свое время, заявил Геккель, на Земле существовал организм, похожий на гаструлу. Этого гипотетического предка всех многоклеточных Геккель назвал гастреей. Увлекающийся немецкий ученый пошел дальше — он предположил, что подобные гастреи живут в морях и в наши дни. Уже было готово и название этим фантастическим животным — «гастреады».

Опираясь на собственные исследования, Илья Ильич твердо установил, что есть более простая стадия зародышевого развития, чем гаструла. На губках и медузах, на развитии их зародышей он показал, что существует стадия развития, когда зародыш похож на овальный мешочек, состоящий из клеток эктодермы, наполненный плотной массой клеток энтодермы, или, как говорил Мечников, клеток паренхимы. Стадия же гаструлы в эволюционном развитии появилась значительно позже.

Илья Ильич доказывал, что может существовать низшее многоклеточное животное, соответствующее открытой им стадии зародышевого развития.

Открытую стадию зародышевого развития Мечников назвал паренхимулой, или фагоцителлой, вследствие того, что клетки внутреннего слоя способны захватывать (фагоцитировать) и переваривать пищу. Любопытно, что эта примитивнейшая форма многоклеточных представляет аналогию с некоторыми формами простейших, колонии которых состоят из клеток двух видов: наружный слой, соответствующий эктодерме, состоит из жгутиковых клеток; внутренний — из амебовидных клеток, в то же время являющихся фагоцитами. Такие колонии животных были действительно открыты как бы в подтверждение гипотезы Мечникова.

Александр Ковалевский и Илья Мечников собирали много лет материал для теории зародышевых пластов. В серии работ они показали, что большинству животных свойственны три зародышевых пласта. Исключениями являются простейшие (но это одноклеточные животные, здесь не может быть и речи о пластах), губки (у них только два пласта) и кишечнополостные (два пласта, но внутренний пласт уже несет в себе зачатки третьего пласта). Эти исключения не подрывают теории зародышевых пластов: третий пласт — новое качество, приобретенное на пути эволюционного развития, и вполне понятно, что его нет у низших групп. Открытие трех зародышевых пластов и у ракообразных, паукообразных, насекомых имело огромное значение: идея единства способов закладки органов во всех типах животного мира (начиная с кишечнополостных) получила блестящее подтверждение.

Попытки Вейсмана и других антидарвинистов выделить насекомых в особую, непохожую по своему развитию на других животных, группу не имели успеха. Общий закон эмбрионального развития многоклеточных животных, наличие в процессе роста зародыша трех зародышевых листков был распространен Мечниковым и на насекомых.

Еще большее значение, чем многочисленные конкретные открытия, имело то общее эволюционное дарвинистское направление, которое Мечников и Ковалевский придали развитию эмбриологии. Дарвин считал сравнительную эмбриологию одним из самых серьезных доказательств своей эволюционной теории наряду с палеонтологией («геологическая летопись», которая сохранилась, к сожалению, далеко не полностью), сравнительной анатомией и физиологией, географическим распределением организмов и так далее. Это видно из «Автобиографии» Дарвина, в которой он пишет: «За время, что я был занят своим «Происхождением видов», ничто не доставило мне такого глубокого удовлетворения, как объяснение замечаемого во многих классах значительного различия между зародышем и развитым животным, при полном почти сходстве зародышей у всех представителей того же класса».

Уже намеченное Дарвином в «Происхождении видов» взаимоотношение между индивидуальным развитием организмов — онтогенезом — и развитием вида — филогенезом — привело к сформулированию так называемого «биогенетического закона».

Этот закон гласит, что онтогенез в сокращенном виде повторяет филогенез, то есть, что каждый организм во время своего индивидуального развития вкратце повторяет основные этапы исторического развития данного вида животных.

Илья Ильич, вдохновляемый идеями дарвинизма, искал путь, по которому шло развитие от простейших — одноклеточных — животных к низшим — многоклеточным. Изучая низших червей, он открыл факт первостепенной важности, определивший все направление его будущей деятельности: в 1866 году в Гиссене он обнаружил внутриклеточный способ пищеварения у ресничного червя планарии.

Тогда Илья Ильич еще не подозревал всего значения этого факта, впоследствии послужившего фундаментом его будущей фагоцитарной теории, вполне созревшей лишь восемнадцать лет спустя.

Отъезд из Италии и злоключения в лаборатории Кефферштейна

Жить в Неаполе молодым ученым приходилось очень экономно. Большая часть их скромных средств тратилась на рыбака Джованни. Ежедневно доставлял он «синьорам профессорам» медуз, рачков и других обитателей моря. Хорошо изучив характер русских ученых, хитрый Джованни запрашивал баснословную цену, если ему удавалось выловить какую-нибудь редкость.

Вставал Илья Ильич рано и сейчас же бежал к морю, где его уже ждали Ковалевский и рыбак. В легкой лодке они втроем разъезжали по заливу в поисках ценного материала для наблюдений. Когда солнце начинало сильно припекать, неутомимые исследователи спешили домой и погружались в работу. Обедали они в дешевом ресторане, носившем звучное название «Trattoria dell’Armonia» («Трактир Согласия»).

Осенью в Неаполе неожиданно вспыхнула эпидемия холеры. Город изменил свой облик. Уже не было слышно песен, не раздавались звуки мандолин и гитар. Неаполь больше не смеялся. На улицах появились похоронные процессии. Под погребальный звон шли люди в черных мантиях с капюшонами. Через разрезы в капюшонах блестели глаза религиозных фанатиков. Дымились факелы, средневековые процессии двигались на кладбище?

У Ильи Ильича снова заболели глаза. Он сидел полуслепой в своей комнате и слушал заунывный звон колоколов.

В Неаполе у Ильи Ильича были друзья. Они собирались все в той же «Trattoria dell’Armonia,». В один из дней за столом притихшего ресторана не оказалось общей любимицы — юной англичанки. Еще вчера она весело подшучивала над приунывшим Ильей Ильичом. Девушка заболела холерой. Через день ее не стало. С тяжелым чувством провожали товарищи безвременно погибшую. Для впечатлительного Ильи Ильича всего этого было достаточно, чтобы привести его в мрачное настроение. Он решил покинуть Неаполь.

Илья Ильич добросовестно готовил себя к профессорской деятельности. Он уже приобрел солидную репутацию специалиста по беспозвоночным животным, но часто ловил себя на том, что не так глубоко знаком с позвоночными. Этот пробел необходимо было заполнить.

Мечников отправился в Германию, в город Геттинген. Там работал знаток позвоночных животных профессор Кефферштейн. Он любезно принял Илью Ильича. Накануне в лабораторию притащили какую-то редкостную ящерицу. Жаль ее отдать этому русскому молодому человеку, но для начала нельзя скупиться.

— Доброе утро, господин Мечников! Я хотел сделать вам маленький сюрприз.

Профессор позвонил в колокольчик и крикнул:

— Карл, принеси ящерицу!

Драгоценный объект доставлен на лабораторный стол.

— Я попрошу вас, господин Мечников, препарировать эту ящерицу, а потом мы посмотрим ее вместе. Очень редкий экземпляр, мой друг.

Илья Ильич поблагодарил профессора за внимание и обещал сделать все точно и аккуратно. Профессор ушел. Илья Ильич вооружился ножницами и приступил было к делу. Но руки его дрожали, и первый же разрез оказался похожим на зубцы пилы. Илья Ильич покраснел от досады. Он рвал внутренности ящерицы. Кончилось тем, что вспыливший Илья Ильич с размаху выбросил ящерицу в окно и попал в голову подвернувшемуся прохожему. С улицы послышались возбужденные голоса. На тротуаре успела собраться толпа, и в окно донеслась грубая брань. На крики прибежал профессор и увидел, что Илья Ильич сидит за столом, схватившись руками за голову.

Возвращение на родину

После всего происшедшего Мечников вскоре покинул Кефферштейна. Он перешел работать к анатому Генле. Профессор тепло принял молодого человека и поручил ему изучить строение почек лягушки. Недолго занимался и этими исследованиями Илья Ильич. Он окончательно понял, что совершенно неспособен к занятиям, не имеющим связи с волнующими его проблемами науки. Совершенствоваться, учиться — означало для Мечникова производить самостоятельные исследования, устанавливать новые, неизвестные науке факты, из фактов делать выводы и строить новые теории. Только увлекшись интересной проблемой, Мечников мог терпеливо преодолевать технику эксперимента. Тогда он делал самые тонкие лабораторные исследования.

Путешествия Ильи Ильича по Европе с научной целью дали ему возможность познакомиться с современными зарубежными зоологами. Некоторые из них были учеными с узким научным горизонтом. Дальше работ по систематике животных, описания различных тканей и органов эти ученые не шли, и Мечникову, мечтавшему о широких биологических обобщениях, учиться у них было нечему.

Общественная жизнь Германии мало интересовала Илью Ильича. Нравы немецких университетов уже были ему известны. Студенческие корпорации с их нелепыми традиционными побоищами, ежесуточные бдения в пивных вызывали в Илье Ильиче брезгливость и отвращение.

По свидетельству О. Н. Мечниковой, во время пребывания в Германии единственным развлечением Ильи Ильича была музыка: «Сам он не играл ни на каком инструменте. Родители не учили его музыке, обескураженные тем, что ни сестра его, ни старшие братья не обнаружили успехов в этой области… А между тем он был необыкновенно одарен и страстно любил музыку. Он умел только насвистывать и с помощью этого слабого средства мог воспроизводить решительно все слышанное, от простой арии до мотивов самой сложной симфонии. Благодаря распространенности концертов в Германии, он мог серьезно знакомиться с классической музыкой. Моцарт и Бетховен навсегда остались его любимыми композиторами».

Из Мюнхена Мечникову пришлось уехать в связи с начавшейся в 1866 году войной между Пруссией и Австрией. Он снова уехал в Неаполь. Чтобы сэкономить возможно больше денег, Илья Ильич отправился морем через Геную. Море встретило путешественника крайне неприветливо: был сильнейший шторм.

Мучительно страдавший от морской болезни, Мечников приехал в Неаполь совершенно разбитый, с головной болью и слег в постель. В довершение всего город вновь посетила холера, от которой умерла хозяйка квартиры, где поселился Илья Ильич.

Вместе с Ковалевским Мечников уехал из Неаполя на остров Искию, думая, что там удастся поработать. Но головные боли продолжались, и ему снова приходилось отказываться от своих планов. Измученный вынужденным бездействием и бесплодными скитаниями, Илья Ильич уехал в славящийся прекрасным климатом городок Каву, где надеялся поправить свое здоровье.

Когда эпидемия холеры прекратилась, Илья Ильич вернулся в Неаполь и занялся исследованием головоногих моллюсков. Некогда, до появления позвоночных, эти моллюски были одними из могущественных живых существ на Земле. Прошли миллионы лет, многие виды головоногих вымерли, и в настоящее время известны лишь некоторые их формы. Грозный осьминог, или спрут, — один из представителей головоногих моллюсков, сохранившихся до наших дней.

Изучая историю развития головоногих, Мечников обнаружил у них слои клеток, повторяющие схему зародышевых листков у зародышей позвоночных животных. Головоногие — беспозвоночные. Новое исследование Мечникова подводило еще одну опору под эволюционную теорию Дарвина. Оно доказывало несомненную связь в развитии живых существ — родство между низшими и высшими животными.

На исследовании развития головоногих моллюсков Илья Ильич остановился как на теме своей магистерской диссертации.

Срок пребывания за границей оканчивался, время было возвращаться в Россию. Еще будучи в Неаполе, Мечников вступил в переговоры с только что открытым одесским университетом, носившим название Новороссийского, о поступлении туда доцентом по кафедре зоологии, которой руководил профессор Маркузен.

К тому же времени относится переписка Ильи Ильича с профессором Н. П. Вагнером[11], работавшим в Казанском университете. Мечников встретился с Вагнером в Неаполе, где они вместе занимались зоологией.

Вагнер ждал Илью Ильича в Казани, Маркузен — в Одессе, а Ковалевский — в Петербурге. Мечников решил ехать сначала к самому близкому другу — к Ковалевскому, с тем чтобы потом отправиться в Одессу. В Петербурге Илья Ильич должен был защищать свою диссертацию и готовиться к профессуре.

Полный светлых надежд на будущее, увлеченный десятками заманчивых планов, Мечников 2 марта 1867 года приехал в столицу.

Он был сердечно встречен Александром Онуфриевичем Ковалевским.

В Петербурге, вскоре после приезда, Илья Ильич познакомился с профессором ботаники Андреем Николаевичем Бекетовым и был принят в его семье как родной. Живой и общительный, Мечников легко сходился с людьми.

В Петербурге Илья Ильич получил письмо от Вагнера с вторичным приглашением приехать в Казань.

«…Я решаюсь перейти на кафедру позвоночных, — писал Вагнер, — если Вы согласитесь занять сперва доцентуру, а затем и кафедру беспозвоночных.

Если Вы не бросили желания держать экзамен на магистра в здешнем университете, то, не откладывая дела в долгий ящик, соберитесь в путь-дорогу и являйтесь к нам. Если для этого пути-дороги не достает у Вас «презренного металла», то вспомните Неаполь и сообразите то обстоятельство, что в Казани я в этом металле не нуждаюсь. Если же, наконец, Вы не знаете, как прожить в Казани до окончания экзамена и получения доцентуры, то опять (позвольте вам напомнить Неаполь, где в нашей квартире была лишняя комната, в которую, если Вы не забыли, мы с женой весьма желали бы поместить Вас. Теперь в нашей квартире опять есть лишняя комната, и жена даже мечтает, как она ее устроит для Вас. От Вашей любезности будет зависеть осуществить эту мечту или нет. Кажется, высказал все коротко и ясно. Пожалуйста, ответьте поскорее.

Искренно любящий Вас Н. Вагнер».

Но Илья Ильич уже остановил свой выбор на одесском университете.

На основании представленных научных работ Мечников получил магистерскую степень без всяких экзаменов. Пополам с А. О. Ковалевским ему была присуждена первая Бэровская премия[12] за выдающиеся труды по сравнительной эмбриологии. Молодые талантливые ученые были приняты и обласканы академиком Бэром.