Сергей Капица. Общая биология 19-20 веков

Николай Константинович Кольцов - ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ. Химический анализ организма, биохимия

Мы приводим основные разделы предисловия к итоговой монографии Николая Кольцова «Организация клетки» (1934), опустив только обширные автобиографические заметки автора.

ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ

Жизнь определяется обычно, как непрерывный обмен веществ и непрерывная смена энергии в определенной, хотя также постоянно изменяющейся организованной системе. Из этого определения нельзя выкинуть ни одну из его частей, так как в отдельности и обмен веществ и смену энергии мы находим в самых различных явлениях природы, а организованные системы мы также встречаем и в атомах и в молекулах, в кристаллах и в солнечных мирах. Чтобы открыть подлинную специфичность жизненных явлений, необходимо глубже анализировать три основных особенности жизни: обмен веществ, смену энергии и форму системы – «морфу».

Всякий анализ жизненных явлений сопровождается неизбежно упрощением проблемы, так как для анализа мы всегда должны выделить какую‑то часть сложнейшей исторически сложившейся и находящейся в непрерывном изменении системы живого организма; и мы изучаем эту часть без связи с целым, стремясь в то же время разложить на все более и более простые и понятные нам физические и химические компоненты. В нашем распоряжении нет вообще иного пути для анализа жизненных явлений, и все огромные успехи экспериментальной биологии, начиная с открытия кровообращения Гарвеем триста лет назад до последних достижений генетики, механики развития или учения о гормонах, получены нами именно по пути такого упрощающего анализа. Такое неизбежное упрощение, непрестанно обогащающее науку все новыми и новыми фактами, влечет за собой опасность искаженного миропонимания: лишь в том случае, если мы на нем останавливаемся, забывая о необходимости синтеза отдельных изученных нами частей в единое целое, имеющее свою историю и непрерывно изменяющееся.

Элементарный химический анализ организма, определение его состава из тех или иных химических элементов и выделение из него определенных химических веществ, будь это мочевина, углеводы, жиры, аминокислоты или стеролы, конечно, уводит нас очень далеко от представления о живом организме, как развивающемся целом. Но мы никогда не откажемся от таких упрощений, так как хорошо понимаем, что без них нам не удастся построить научного представления о жизни. И пока мы не получим сколько‑нибудь ясного понимания химической структуры белков – а мы должны признать, что о структуре белковой молекулы и о ее синтезе мы до сих пор почти ничего не знаем – общую синтетическую картину обмена веществ в организме мы должны строить лишь на основании непроверенных, не подтвержденных фактами гипотетических соображений.

Мы имеем основание думать, что в природе нет таких энергетических процессов, которые не сопровождались бы возникновением все новых и новых разниц потенциалов. Когда разницы выравниваются, процесс останавливается. Жизнь есть сложнейший и многообразный непрерывно текущий энергетический процесс, и при ее анализе мы всегда стремимся установить изменение разницы потенциалов для каждого из частичных потоков энергии, для каждого акта раздражимости. К сожалению, это удается лишь в исключительно редких случаях. И все же мы должны стремиться: к осуществлению таких анализов хотя бы в немногих простейших случаях, в надежде, что когда‑нибудь нам удастся синтезировать энергетическую картину развивающегося яйца в формулах меняющейся разницы потенциалов в различных пунктах силового поля.

Анализ формы сопряжен с еще большими затруднениями и упрощениями, чем анализ обмена веществ и смены энергии. Форму организма, как правило, мы изучаем на трупах, т.е. уже на неживом объекте. Анализ строения организма на трупах сыграл огромную роль в развитии сравнительной анатомии и палеонтологии и положил основу для создания эволюционной теории. Но, пользуясь этим методом анализа строения организмов, мы чрезвычайно упрощаем всю проблему формы, выхолащиваем из нее элементы развития и каузальности. Синтетическая картина эволюции органических форм не вытекает непосредственно из данных анатомического анализа, а строится нами умозрительно при посредстве ряда гипотетических сопоставлений. Правда, мощное развитие молодой науки XX века – генетики дало в наши руки новый метод анализа формы, и когда‑нибудь генетика станет действительно экспериментально‑эволюционной наукой. Уже и теперь генетический анализ в некоторых случаях так далеко продвинулся вперед, что мы в состоянии по заранее намеченному плану синтезировать новые формы, так что этим уже вводится некоторый новый элемент каузальности в эволюционное учение, и сопоставляемые нами на основании анализа гипотезы подвергаются проверке на практике путем синтеза. Но, конечно, и здесь анализ привел к очень упрощенным представлениям: есть очень резкий качественный разрыв между комплексом заключенных в хромосомах генов и структурными особенностями организма. Несмотря на успешное развитие экспериментальной эмбриологии, этот разрыв до сих пор остается незаполненным фактическим материалом, и чтобы воссоздать цепь причинных связей, соединяющих заключенный в ядре яйца генотип с фенотипом развивающегося организма, нам приходится нагромождать одну на другую умозрительные гипотезы.

Учение о клетке с самого своего основания сто лет назад явилось одним из самых могущественных методов биологического анализа формы. Само собою разумеется, и здесь анализ сопровождался упрощением проблемы, и притом не только в первые десятилетия развития цитологии, когда на клетки смотрели как па строительные кирпичики определенной формы, но даже в то время, когда уже укрепилось представление о клетке как об элементарном организме, обладающем всеми жизненными свойствами. Конечно, многоклеточный организм не есть сумма тканей, а ткани пе только сумма отдельных клеток, по нам совершенно необходимо сумму разложить па слагаемые; и если мы когда‑нибудь поймем, как происходит обмен веществ и смена энергии в той организованной обладающей определенной формой системе, которую мы вот уже в течение ста лет называем клеткой, то это расчистит путь для дальнейшего синтеза.

Проблеме организации клетки и посвящается настоящая книга, представляющая собран пе моих работ, напечатанных за последние тридцать с лишком лет. В своих экспериментальных исследованиях я шел по единственно доступному для экспериментатора пути анализа биологии клетки Я никогда не скрывал ни от себя, ни от читателя, что сложнейшая проблема жизни при анализе упрощается, и чем мельче выделяемые из суммы слагаемые, тем более интенсивным оказывается упрощение. Моим стремлением всегда было довести эти слагаемые до простоты химических и физических процессов, протекающих в молекулярных структурах, и мне кажется удавалось довести анализ очень близко к поставленной цели. За это меня порою называли «механистом», но, по‑моему, совершенно неправильно, так как при анализе нельзя не быть «механистом», упрощением. И при анализе нельзя останавливаться па полпути: каждый желающий сказать свое слово исследователь должен стремиться довести упрощение до конца. И он совершенно прав, если только не забывает при этом о необходимости синтеза, который снова должен воссоздать из физических и химических слагаемых сложную картину жизни со всеми ее качественными особенностями. На новой стадия такое «сведение» биологических явлений к физике и химии не только вполне законно, но и необходимо: без него нельзя продвинуться далее.

При современном состоянии науки синтез всего учения о жизни чрезвычайно труден и не под силу отдельному ученому. Анализ биологических явлений еще до такой степени далек от полноты, что связать в единое целое обрывки имеющегося налицо фактического материала возможно лишь путем умозрительных гипотез. Каждый ученый, отважившийся на синтез, наперед знает, что многие из этих гипотез окажутся неверными и будут отвергнуты при практической проверке. Но уже то существенно, что некоторые из этих гипотез будут проверяться и могут подать мысль о постановке тех или иных экспериментов. А для экспериментатора, как я выразился в одном из своих последних докладов, гораздо выгоднее работать с плохими гипотезами, чем вовсе без гипотез, когда неизвестно, что надо проверять.

Я полагаю, что настоящая книга может представлять интерес для читателя как история сорокалетних исканий биолога в области одной определенной проблемы: организации клетки. Притом же эти искания в значительной степени отражали параллельное историческое развитие биологической науки, весьма богатое событиями за этот период. Ведь как раз в начале этого периода зарождались новые экспериментальные биологические науки: экспериментальная цитология, биохимия, механика развития, генетика...

Экспериментальные работы всегда носят несколько суженный специальный характер. В области биологии они всегда посвящены анализу той или иной группы явлений и устанавливаемые ими закономерности всегда в большей или меньшей степени упрощают огромную сложность и разносторонность жизни. Многие биологи принципиально не желают выходить за пределы своей узкой специальности и ограничивают литературную работу изложением результатов своих экспериментов, следуя заветам Ньютона, который, хотя и не совсем справедливо, утверждал, что он «не выдумывает гипотез». Я не принадлежу к такой группе биологов, так как наряду с анализом меня всегда интересовал и синтез. Но всегда ясно сознавал, что всякий синтез сопряжен с гипотезами, а потому неизбежно является дискуссионным, и если я все же решаюсь во втором отделе настоящего сборника собрать ряд напечатанных мною за последние 20 лет статей более общего теоретического характера, то я заранее знаю, что многое в этих статьях покажется спорным и впоследствии будет отвергнуто. Но многое, вероятно, все же окажется ценным, возбудит ряд мыслей у молодого поколения советских биологов и может быть побудит их к постановке новых экспериментов. Основной моей задачей во всех этих теоретических статьях являлось стремление связать между собой научные достижения различных областей биологии с достижениями в других областях естествознания – с химией, физикой, кристаллографией. При современной специализации наук о природе невозможно одному ученому глубоко охватить знания во всех этих науках. Но отсюда, по‑моему, никак не следует делать вывода, что каждый натуралист, специализирующийся в какой‑нибудь области, обязан отмежеваться от соседних областей, знания в которых у него не могут быть столь же глубокими, как у соответствующих специалистов. Я предпочитаю лучше заслужить упрек в дилетантском отношении к соседним научным областям, чем вовсе от них отмежевываться, так как я в течение всей своей научной деятельности был глубоко убежден, что именно работа в промежуточных областях может обогатить нас наиболее плодотворными общими идеями.

В своих экспериментальных работах и теоретических статьях я высказываю мысли о том, что в основе морфологии клетки лежат физико‑химические закономерности; что раздражимость эффекторных органов является результатом нарушения равновесия катионов на клеточной поверхности; что все наследственные особенности организма заключены в структуре хромосомных молекул; что в развитии организма из яйца лежит постепенное осложнение единого силового поля путем возникновения новых и новых разниц потенциалов. Критик, который выхватит из моих работ и статей эти отдельные мысли, может, конечно, обвинять меня в механистическом упрощении. На самом деле я здесь, как всюду, лишь распространяю на биологические явления те физико‑химические закономерности, которые общи всем явлениям природы. И если такой критик вместо того, чтобы выхватывать отдельные мысли и фразы из моих статей, пожелает понять, как я связываю их, синтезируя понятие о жизни, то он должен будет убедиться в том, что я далек от упрощенчества.

В области собственно биологических наук я стремлюсь объединить между собой те основные ветви современных научных течений, которые‑за последнее время слишком далеко разошлись друг от друга: морфологию и физиологию, генетику и механику развития, цитологию и биохимию. Как бы ни удобна была узкая специализация в периоды, когда требуется прежде всего накопление фактов, но, конечно, должны быть положены пределы отмежеванию друг от друга отдельных отраслей единого учения о жизни. Издавая настоящую книгу, я далек от мысли считать свои представления о жизни окончательно сложившимися. Мы живем ъ период бурного развития всех наук о природе: и физических, и химических, и биологических. Каждый год приносит человечеству победы на том или ином из научных фронтов, и в целом ряде случаев мы уже не удовлетворяемся тем, что познаем природу, а стремимся ее перестраивать по собственному плану.

Организация клетки – проблема чисто теоретическая, познавательная. Но в некоторых из своих статей я привожу примеры того, как в связи с углублением наших знаний в области этой проблемы создаются возможности для творческой перестройки природы. Уже и теперь человечество многим обязано развитию углубленных представлений по организации клетки, хотя самое представление о клетке в своей первоначальной очень примитивной форме сложилось лишь сто лет тому назад[1].

Успехи медицинских наук и сельского хозяйства самым тесным образом связаны с дальнейшим развитием наших представлений по организации клетки. И я нисколько не сомневаюсь, что в течение ближайших десятилетий развитие этой проблемы сыграет огромную роль в жизни человечества.