Сейчас мы считаем научной истиной, что в пределах наших наблюдений все организмы происходят из зародышей.
Зародыши генетически связаны с другим таким же организмом. Как бы далеко в глубь времени мы ни продолжали этот процесс, мы уверены, что встретим то же самое явление. Предки каждого организма, ныне наблюдаемого, скрыты в туманной бесконечности времени и были живыми. Мы как бы имеем дело с одной, меняющейся но составу вещества, но не по жизненному процессу живой материей на всем протяжении научно доступного нашему изучению времени, т. е. всего геологического времени.
Еще позже — в 1870-х годах — исчезли бывшие до того времени обычными в науке представления о своеобразной форме самопроизвольного зарождения клеток многоклеточных организмов, главным образом животных. Только после работ Вирхова окончательно восторжествовала идея omnis cellula е cellula 46, за научное поколение до того высказанная Ремаком.
Таким образом, в конце концов, наблюдая возникновение организма, мы видим сейчас в окружающей нас природе не возникновение зародыша, а его развитие, и никогда не наблюдаем зарождения живого организма, а следовательно, и живого вещества из мертвой материи.
Нельзя попутно не заметить, что в этих сжатых положениях — omne vivum е vivo, omnis cellula e cellula, omne vivum ex ovo — в действительности в скрытой форме заключается отрицание вопроса о начале жизни. В них содержится обобщение огромного векового эмпирического научного наблюдения, в котором нет никаких указаний на зарождение на Земле живого из мертвого.
Мне кажется, что эти эмпирические наблюдения подтверждаются соображениями иного характера. Научные данные логики и теории познания, с одной стороны, и наблюдения минералогии, с другой — позволяют нам утверждать, что в геологическое время зарождение живого организма из мертвой среды не могло иметь места.
Из этих данных мы при самом широком допущении должны заключить, что самопроизвольное зарождение, если оно было в геологически доступное изучению время, могло происходить только в пределах живой материи. Следовательно, решение этого вопроса в положительном смысле не снимает вопроса о возникновении жизни из мертвой среды.
Останавливаясь сперва на научно логической стороне вопроса, необходимо подчеркнуть огромное значение с этой точки зрения того различия, какое имеет появление зародыша организма по сравнению с дальнейшим его ростом и проявлением его развития, его жизнедеятельности.
Появление зародыша резко отличается по физическим условиям, его определяющим, от роста зародыша.
И это резкое различие свойственно не только жизненному процессу. Оно имеет многочисленные физические аналогии и может быть рассматриваемо как проявление общих физических законов в явлениях жизни, охватывающих разнообразные физические процессы, имеющие общим одно — то, что они могут быть приведены к законам механических равновесий неоднородных средин. К числу таких явлений принадлежит, несомненно, и явление жизни.
Поэтому между явлениями жизни и между целым рядом разнообразных физических явлений мы видим — в некоторых чертах процесса — огромное сходство. Но это есть сходство не самих явлений, а тех общих законов их изменений, которые отражают лишь законы изменения формы. Это сходство формального логического характера, а не сходство реальное, не сходство по существу.
Бессознательно — но внешней аналогии — до выяснения законов равновесия систем сходство между многими относящимися сюда явлениями было давно подмечено натуралистами. Так, уже в течение всего XVIII и XIX вв. они связывали или сравнивали некоторые явления жизни с явлениями кристаллизации и роста кристаллов. Но эти сравнения шли обычно дальше того, что допустимо при сходстве проявляющихся в этих процессах законов, и потому или ни к чему не приводили, или заводили исследователей в дебри неудачных аналогий и выводов. Никаким выяснением явлений жизни и никакой помощью в научной работе они не являлись.
При современном взгляде на кристалл, как на однородное твердое состояние материи, аналогичное жидкому и газообразному ее состояниям, мы должны очень критически и отрицательно относиться к аналогиям, обычно проводившимся между живым организмом и кристаллом. Но та аналогия, которой я сейчас считаю необходимым пользоваться, есть аналогия совершенно иного характера. В прежних представлениях кристалл и организм нередко сопоставлялись в частностях, сравнивались как аналогичные произведения Природы. Еще до создания современной кристаллографии в конце XVIII столетия нередко кристаллы и организмы, например, считались составленными в отличие от остальной материи из особых молекул (mollecules organiques Бюффона) , создававших организм, «особь» — правильность, то резкое отличие от окружающей среды, какое мы видим в кристалле и в организме. В XIX столетии эти течения — в разной форме — нередко возрождались и в биологии и в кристаллографии, и отголоски их мы имеем до сих пор. Окончательный удар им был нанесен только ростом физической химии, когда кристалл как особь потерял значение и когда выступил на первое место кристалл как определенная форма строения однородного, химически чистого твердого вещества.
Но в этих старых исканиях и в попытках сравнения было здравое зерно, верная мысль.
И ее можно удержать и при том резком изменении взгляда на кристалл, какое произошло в конце XIX столетия. Эта здравая мысль заключается в том, что между законами кристаллизации и между некоторыми законами роста организмов и их зарождения есть формальное сходство, вызываемое не общностью или сходством явлений, но общностью формы тех изменений, какие в этих явлениях наблюдаются.
Такого рода сходства наблюдаются в науке всегда, когда в разных явлениях есть механические стороны их проявления, которые могут быть подведены к одинаковым формам движения. Так, например, явления самого различного физического характера, выражаемые законами волнообразного движения, например многие явления света, звука, электричества, магнетизма, теплоты, маятника, жидкостей, газов, твердых тел и т. п., могут быть сведены к очень аналогичным формам законов, хотя между самими явлениями не будет ничего общего. Больше того, мы имеем возможность безбоязненно использовать для объяснения многого неизвестного то, что установлено для хорошо изученных явлений, сводимых к аналогичным формам законов. Еще недавно мы имели возможность наблюдать блестящий пример применения этого метода научного искания в области электричества, когда была установлена аналогия законов электричества с волнообразными законами света.
Но совершенно такое же сходство можно наблюдать и тогда, когда мы будем подводить их к аналогичным законам, связанным не с динамическими представлениями, а со статическими, когда мы будем обращать внимание не на движение, происходящее в изучаемом явлении, и его законы, а на геометрически выраженные соотношения между частями данного явления, каково бы ни было это явление и каковы бы ни были эти части. Таковы явления, сводимые к законам равновесий, будут ли это явления сыпучих тел, химических реакций, перехода из одного физического состояния в другое и т. д.
Как раз подобного рода случай мы имеем в явлениях кристаллизации и зарождения и роста организмов. Те и другие сводятся к формам законов равновесия неоднородных механических систем, хотя между самими организмами и кристаллами еще менее общего, чем между светом и звуком, т. е. между колебанием эфира и дрожанием материальных частиц.
Явления кристаллизации, например из раствора или сплава, представляют частный случай появления в какой-нибудь неоднородной системе, стремящейся к равновесию, новых фаз, будут ли то фазы жидкие, газообразные или твердые.
В том случае, когда выделяются твердые фазы, мы имеем явления кристаллизации, когда выделяются жидкие фазы, мы имеем дело с так называемым выделением жидких капель, когда мы имеем дело с газообразными фазами — с выделением газовых пузырьков. Мы не должны забывать, что кристаллы твердого тела, капли жидкости и газовые пузыри представляют родственные явления и что не будет ошибкой назвать кристаллический многогранник, получающийся при кристаллизации, каплей твердого тела. По существу все эти явления совершенно аналогичны и законы их чрезвычайно близки. Наиболее изучены из них явления кристаллизации, так как они обращали на себя особое внимание вследствие разнообразия получаемых при кристаллизации форм выделения твердой материи и открываемых при их изучении законностей.
При кристаллизации мы должны резко различать явления зарождения кристалла от его дальнейшего роста и размножения [1]*. Предметом изучения долгое время были эти последние явления, и только в недавнее время центры кристаллизации обратили на себя более серьезное внимание [2]*«
Мы остановимся здесь только на явлениях зарождения кристалла, так как условия зарождения кристалла позволят выяснить нам общие физические основы, отвечающие форме законов, обусловливающих явления зарождения организма, т. е. жизни.
Мы будем пользоваться аналогией указанного типа между этими явлениями кристаллизации и некоторыми проявлениями жизни. Кристалл, появляющийся и изменяющийся во внешней среде, находящийся в теснейшей с ней связи, взятый вместе с внешней средой, представляет систему, стремящуюся к равновесию.
Такую же систему, стремящуюся к такой же форме равновесия, представляет организм, появляющийся и изменяющийся во внешней среде и находящийся в теснейшей с ней связи, если мы возьмем этот организм одновременно с его внешней средой.
Беря общие законы появления кристаллов или организмов в их внешних средах, мы можем изучать общие формы законов, связанных с таким их положением в системах, не обращая внимания на простой по составу, физической структуре и разнородности кристалл и на чрезвычайно сложный по всем этим категориям организм.
Явления пересыщенности растворов, переохлажденности и перегретости жидкостей неуклонно показывают нам, что однородное твердое вещество не образуется пока не появляется в этой среде зародыш, или центр роста кристалла [3]*. Обычно такой зародыш появляется извне, из окружающей среды, часто из атмосферы, совершенно аналогично тому, что наблюдается и при зарождении жизни в какой-нибудь уединенной лишенной жизни среде. Появляется из воздуха уже готовый твердый кристалл, кристаллическая пылинка того же самого или изоморфного данному веществу кристаллического строения. Несомненно, воздух также переполнен бесчисленным множеством твердых частиц самого разнообразного кристаллического строения, как и переполнен он самыми различными зародышами микроорганизмов. Он даже, как это логически ясно, переполнен больше ими, и процесс зарождения должен идти быстрее и скорее, чем аналогичный процесс заражения микробами, ибо строение кристаллов проще и их в природе больше, чем микроорганизмов.
Изучение кристаллизации пересыщенных растворов дает нам совершенно ту же картину, какую мы наблюдаем в процессах гниения или брожения. Мы можем обычно сохранять жидкости в пересыщенном состоянии — без центров кристаллизации — года, раз только мы их изолируем, например, слоем воды или формой сосуда, позволяющей воздуху до проникновения его в кристаллизующуюся жидкость осаждать несомую им пыль от соприкосновения с богатым зародышами воздухом. И эта кристаллизация начинается мгновенно, как только связь с воздухом будет восстановлена. Очень многие опыты Спалланцани и Пастера над явлениями гниения или брожения могут быть целиком воспроизведены — и были воспроизведены — над кристаллизацией, например салола или сернокислого натрия.
Судя по характеру заражения зародышами кристаллов, мы должны допустить их большее распространение, чем это наблюдается для зародышей организмов и для микробов.
По-видимому, вся материя земной поверхности охвачена этими тончайшими и мельчайшими по величине частицами разнородных по химическому составу твердых тел, которые при благоприятных условиях могут увеличиваться в размерах, расти согласно известным нам законам системы равновесия, т. е. при благоприятных условиях являться центрами кристаллизации. Мы сталкиваемся здесь с тем явлением рассеяния вещества, с которым под именем микрокосмических смесей мы встретимся ниже, при изучении распространения химических элементов в земной коре. Каждый самый чистый сосуд, каждая поверхность может заключать эти зародыши. Мы не имеем для избавления от них даже тех средств, какие находятся в нашем распоряжении по отношению к зародышам организмов и микробов. Для некоторых веществ ни высокая температура, ни кислоты, ни щелочи, сколь бы продолжительно ни было их действие, не уничтожают их индивидуальности. Тем более что центром кристаллизации, может явиться вещество химического состава, не тождественного с данным, но с ним изоморфное, т. е. принадлежащее к тому же самому кристаллическому классу близкой кристаллической сетки.
Совершенно то же должно быть допущено и в области еще более, на наш взгляд, отдаленной от организмов, для выделения жидкостей в форме капель, например для образования так называемого тумана жидкостей, для плавления перегретого твердого тела или для появления пенистой структуры из газа и жидкости.
Но в этой области явление менее изучено и менее ясно. Возвращаясь к явлениям кристаллизации, необходимо отметить, что бывают случаи, когда мы не умеем кристаллизовать тело из раствора или жидкого состояния, т. е. вызвать появление в данной системе кристаллизации ее центров. Приходится допустить, что в окружающей среде нет или чрезвычайно мало соответствующих этим центрам зародышей. Мы имеем несколько случаев, очень ярко обнаруживающих это явление. Обычный глицерин может служить прекрасным примером. Глицерин издавна считался всегда жидким и не мог быть приведен в кристаллическое состояние. Совершенно неожиданно несколько десятков лет назад в одном из складов глицерин выкристаллизовался; полученные кристаллы твердого глицерина оказались центрами кристаллизации для всякого глицерина: достаточно коснуться таким кристаллом глицерина, для того чтобы началась его кристаллизация. Точкой плавления оказалась температура +13° С, а обычно мы имеем дело с переохлажденным глицерином. Можно объяснить это явление так, что зародыши, способные явиться центром кристаллизации для глицерина, отсутствуют в окружающей среде; случайно в одном месте оказался такой зародыш, произошла кристаллизация, мы получили на Земле твердый глицерин. Теперь мы получили возможность, внося пылинку твердого глицерина в жидкий, вызывать его кристаллизацию в любом месте, в любое время и в любом количестве. Это явление получило техническое применение для перевозки твердого глицерина, а не жидкого. Очень возможно, что то же самое явление можно наблюдать и для других веществ, которые не удается получить в ясных кристаллах, например белка. Возможно, что для них мы не имеем пока еще возможности получить зародыши из кристаллизации, центры кристаллизации, как долго не могли мы этого сделать для глицерина.
Итак, исходя из указанной формальной аналогии возможно воспользоваться изученным в явлениях кристаллизации для выяснения условий зарождения жизни.
[1]* Под размножением кристалла я подразумеваю появление новых центров роста (зародышей) в среде, в которой появился уже один зародыш.
[2]* О центрах кристаллизации смотрите: Tammann Gustav. Kristallisieren und Schmelzen — ein Beitrag znr Lehre der Aenderungen des Aggregatzustandes. Leipzig, 1903.
[3]* Обычно считается возможной кристаллизация без зародышей, но это предположение противоречит теории теплоты. Возможность влияния «пыли» для создания центров кристаллизации для термодинамического объяснения требует подходящей пыли, т. е. такой, которая отвечает условиям того твердого компонента системы, являющегося нам при кристаллизации в виде кристалла.
