Страница 3 из 22
Последние «кирпичики» в нее положили юрист Маттиас Якоб Шлейден (1804—1881) и священнослужитель Теодор Шванн (1810—1882). Увлекшись наукой, оба они выучились на медиков, и Шлейден занялся физиологией растений, а Шванн – исследованием строения спинной струны (основного органа нервной системы) животных из отряда круглоротых, в том числе миног. Шлейден методично просматривал срезы самых разных растений, выискивая ядра, а затем оболочки, и за пять лет доказал, что все органы растений имеют клеточную природу. Однако, описывая возникновение клеток, ученый предположил, что каждая новая клетка развивается внутри старой, что было в корне неверно, поэтому сформулировать основные постулаты клеточной теории ему так и не удалось. Зато удалось Шванну. Познакомившись со Шлейденом в Берлине, Шванн часто беседовал с ним на научные темы. И вот однажды, во время обеда, Маттиас указал Теодору на важную роль ядра в развитии растительных клеток. По воспоминаниям Шванна, «я тотчас припомнил, что видел подобный орган в клетках спинной струны, и в тот же момент понял, насколько важно показать: в клетках спинной струны ядро играет ту же роль, что и ядра растений в развитии их клеток…».
Шванн всерьез озаботился вопросом: можно ли говорить о едином законе клеточного строения для всего живого? Ведь наряду с исследованиями, доказывавшими клеточное строение животных тканей, были работы, в которых это заключение категорически оспаривалось. Делая срезы костей, зубов и ряда других тканей животных, ученые никаких клеток не видели.
Усилия Теодора оказались не напрасны. Уже через два года вышла в свет его книга «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», где были изложены основные идеи клеточной теории. Шванн не только первым увидел в клетке то, что объединяет животные и растительные организмы, но и обнаружил сходство в развитии всех клеток.
Дальнейшие исследования показали, что можно найти организмы, которые состоят из громадного числа клеток; организмы, состоящие из ограниченного числа клеток; наконец, такие, все тело которых представлено всего одной клеткой. Бесклеточных организмов в природе не существует. Позже было установлено, что каждая клетка возникает путем деления предшествующей ей материнской клетки: в 1855 г. немецкий биолог Рудольф Вирхов четко сформулировал это правило в афоризме «Каждая клетка – только из клетки».
Вирхов изучал значение клетки для организма и ее роль при заболеваниях. Работы ученого о болезнях послужили базой для новой дисциплины – патологической анатомии. Именно он ввел понятие клеточной патологии, однако в своих исканиях несколько перегнул палку. Представляя живой организм как «клеточное государство», Вирхов считал клетку полноценной личностью: «Клетка… да, это именно личность, притом деятельная, активная личность, и ее деятельность есть… продукт явлений, связанных с продолжением жизни».
Шли годы, развивалась техника, появился электронный микроскоп с увеличением в десятки тысяч раз. Было подробно описано деление, открыты клеточные органеллы, описаны биохимические процессы в клетке, наконец, расшифрована структура ДНК. Казалось бы, ничего нового о клетке уже не узнать. И все же осталось еще много непонятого, неразгаданного, и наверняка будущие поколения исследователей добавят новые «кирпичики» в построение науки о клетке.
Деление клеток
Как образуются клетки? Этим вопросом впервые задались Маттиас Якоб Шлейден и Теодор Шванн. Шлейден выдвинул теорию свободного клеткообразования из слизи, заключенной в существующих клетках. Шванн поначалу поддерживал эту мысль, однако, как ни старался, не мог найти убедительных картин рождения новых клеток внутри старых (нечто подобное обнаружилось только в хряще и хорде). Поэтому у него возникло предположение, что новые клетки появляются не только в старых, но еще и в особом межклеточном веществе – цитобластеме.
Надо заметить, в то время уже было известно о размножении клеток путем деления. В 1832 г. Б. Дюмортье наблюдал за делением клеток у нитчатых водорослей. А три года спустя этот процесс был описан в труде Г. Моля. Изучая водоросли Conferva glomerata, Моль обнаружил перешнуровку протоплазмы и образование перегородки между дочерними клетками, более того – определил различные стадии деления, но, к сожалению, упустил из виду ядро. Не сумев обобщить результаты своих наблюдений, Моль так и не создал на их основе новую теорию клеткообразования.
Первым возразить Шлейдену осмелился русский ботаник Николай Железнов (1816—1877). Работая над диссертацией, он наблюдал за развитием волосков традесканции и не заметил ничего подобного тому, что описал Шлейден, – новые клетки рождались путем разделения материнской клетки перегородками. Не подтвердил Железнов и обязательного, по мнению Шлейдена, первичного образования ядрышка («центрального тела»). Вдобавок ученый заявил, что клеточные процессы в растительном и животном царствах одинаковы.
Вслед за Железновым развенчивать шлейденовскую теорию взялся анатом и ботаник Франц Унгер (1800—1870). В своей работе о размножении клеток в точке роста растений он подчеркнул, что клетки образуются не свободной кристаллизацией из «слизи», а путем деления, или «почкования», ранее существующих клеток. Впоследствии Унгер еще не раз возвращался к проблеме клеткообразования, но так и не решился окончательно опровергнуть теорию Шлейдена. В «Основах анатомии и физиологии растений» он описал первичное и вторичное клеткообразование, под первым подразумевая «возникновение» клеток без посредничества ранее существовавших структур, а под вторым – «размножение».
Ознакомившись с работами Унгера, Шлейден внес во 2-е издание «Основ ботаники» описание клеточного деления наряду со своей теорией клеткообразования. Правда, понятие о делении в то время было расплывчатым. Основной частью клетки считалась оболочка, поэтому исследователи говорили о делении лишь в тех случаях, когда видели образование клеточной перегородки. Если же оболочка была неясной, то есть клетка выглядела «голой», ученые употребляли термин «свободное клеткообразование», хотя речь шла тоже о делении.
Эта путаница встречается, в частности, в работах ботаника и натурфилософа Карла Негели (1817—1891), чьи исследования сыграли особенно важную роль в опровержении шлейденовской теории. Рассматривая разные группы растений, Негели доказал, что «клеточные ядра существуют во всех клетках», – и этим нанес сокрушительный удар по идеям Шлейдена, который полагал, будто новые ядра рождаются в процессе клеткообразования. По словам Негели, «часть содержимого клетки изолируется, становится шарообразной или эллипсоидальной и порождает по всей поверхности мембрану. Мембрана возникает не вокруг клеточного ядра, а вокруг содержимого. Кроме того, содержимое принимается за первичное, а мембрана за вторичное». Это открытие стало большим шагом вперед на пути к разгрому шлейденовской теории цитогенеза.
В итоге благодаря исследованиям Моля, Железнова, Унгера и Негели идеи Шлейдена утратили авторитет в ботанике, а вместо этого утвердилось представление, что образование клеток растений происходит, как правило, путем деления.
В гистологии животных теория цитобластемы продержалась дольше. С критикой представлений о свободном образовании клеток в некоем межклеточном веществе первым выступил московский зоолог Николай Варнек (1821—1897). О его лекциях физиолог Иван Сеченов отзывался так: «Читал он просто и толково, останавливаясь преимущественно на общих признаках принятых в зоологии отделов, а описанию одноклеточных предпосылал длинный трактат о клетках. Последнее учение падало на неподготовленную почву – Москва еще не думала тогда о микроскопе, поэтому у студентов Варнек не пользовался успехом, а в насмешку они даже прозвали его Клеточкой. Много позднее я узнал, что Варнек и известный ботаник Ценковский были из числа первых русских биологов, работавших с микроскопом».
Варнеку принадлежит ряд ценных микроскопических исследований, значение которых не было понято его современниками. Описывая клетки печени ракообразных, Варнек отметил, что «ядро здесь вполне развито и занимает по большей части центр молодой клеточки. Свободных ядер я не замечал и поэтому не могу согласиться с мнением Шванна о способе образования клеток. Если бы свободные ядра действительно были, то их можно было бы видеть в веществе, связывающем клетки, то есть в межклетниках. Последние здесь очень велики, часто весьма разнообразной формы, но всегда наполнены веществом без ядер». Поэтому Варнек считал неверным мнение, «будто бы ядро развивается самостоятельно и вне клеточки, как собрание элементарных частиц цитобластемы. Если в разрушенной ткани мы встречаем свободные ядра, то из этого еще не следует, что ядра эти произошли вне клеточек, независимо от них».