§ 2. Строение нуклеинов.
Строение нуклеинов. Наш путь уже намечен, если мы хотим проникнуть дальше в строение этих протеидов, которые являются непосредственными принципами, наиболее сложными среди тех, что образуют живую протоплазму. Мы должны проанализировать два компонента: альбумины и гистоны, с одной стороны, и нуклеины — с другой. Что касается нуклеинов, то это уже сделано, или очень близко к тому.
Коссель, по сути, разложил нуклеин с помощью серии очень тщательно организованных операций и шаг за шагом свел его к его кристаллизующимся органическим радикалам. На каждой стадии, когда мы спускаемся по шкале упрощения, появляется тело, которое является более кислым и более богатым фосфором. На третьей стадии мы приходим к самой фосфорной кислоте. Первая операция разделяет нуклеин на два вещества: новый альбумин и нуклеиновую кислоту. После разделения этих элементов их можно воссоединить: раствор альбумина с раствором нуклеиновой кислоты восстанавливает нуклеин. Вторая операция разделяет нуклеиновую кислоту, в свою очередь, на три части. Одна — это тело природы сахаров, т. е. углевод. Появление сахара в этой части молекулы нуклеиновой кислоты является интересным фактом и плодотворным по результатам. Вторая часть образована смесью азотистых тел, хорошо известных в органической химии под названием ксантиновых оснований (ксантин, гипоксантин, гуанин и аденин). Третья часть — это очень кислое тело, полное фосфора, — тиминовая кислота. Если в третьей и последней операции тиминовая кислота анализируется, она окончательно разделяется на фосфорную кислоту и на тимен, кристаллизующееся основание, и таким образом мы возвращаемся в физический мир, ибо все эти тела бесспорно принадлежат к нему.
§ 3. Строение гистонов и альбуминов.
Строение гистонов. Но мы только на полпути к нашей задаче. Мы знакомы по происхождению с одной из генеалогических ветвей протеида — нуклеиновой ветвью. Мы должны также узнать что-то о другой ветви — альбуминовой или гистоновой ветви. Но с этой стороны проблема принимает характер трудности и сложности, который удивительно подходит для того, чтобы обескуражить самое неутомимое терпение.
Анализ альбумина долгое время ставил химика в тупик. «Здесь, — сказал Данилевский, — мы подходим к закрытой двери, которая сопротивляется всем нашим усилиям». Мы знаем, насколько огромный интерес должно представлять то, что происходит по ту сторону, но мы не можем туда попасть. Мы получаем лишь мимолетный взгляд через щели или трещины, которые нам удалось сделать.
Этот анализ альбуминозного вещества сначала требует больших предосторожностей. Химик оказывается в присутствии архитектуры очень тонкого рода. Молекула альбумина — это сложное здание, которое использовало несколько тысяч атомов. Чтобы понять план и структуру, его нужно разобрать и разделить на части, которые не являются ни слишком большими, ни слишком маленькими. Такой осторожный демонтаж труден. Слишком грубые или слишком насильственные процессы сведут все к мельчайшим фрагментам. Это статуя, которая может быть превращена в пыль, вместо того чтобы быть разделенной на узнаваемые фрагменты, легко устанавливаемые на место вдоль их поверхностей излома.
Анализ альбумина Шютценбергером. Шютценбергер, химик больших заслуг, предпринял (около 1875 года) эту неблагодарную задачу. Другие до него экспериментировали различными способами. Два австрийских ученых, Глазивец и Хаберманн, в 1873 году, а чуть позже Дрекзель в 1892 году, использовали концентрированную соляную кислоту для разрушения альбумина. Они также использовали бром для той же цели. Совсем недавно Фюрт использовал азотную кислоту с аналогичной целью. Шютценбергер попробовал другой путь. Тараном, который он использовал против здания альбумина, была концентрированная щелочь, барита. Он нагревал яичный белок с гидратом бария в закрытом сосуде при температуре 200°. Альбумин яйца затем делится на определенное количество более простых групп. Трудность заключается в том, чтобы изолировать и распознать каждую часть в этой массе материалов демонтажа. Это можно сделать с помощью процессов прямого анализа. Мысленно объединяя эти различные фрагменты, исходное здание реконструируется. Этот метод демонтажа, безусловно, слишком груб и насильственен. Операция Шютценбергера дает нам очень мелкие фрагменты — маленькие молекулы свободного водорода, аммиака, угольной, уксусной и щавелевой кислот, которые выявляют крайнее измельчение. Эти продукты составляют около четверти общей массы. Остальные три четверти образованы более крупными фрагментами, изучение которых наиболее поучительно. Они принадлежат к четырем группам. Первая включает пять или шесть тел, амидокислот или лейцинов. Это доказывает существование в молекуле альбумина соединений ряда жиров — т. е. расположенных в открытой цепи. Вторая группа образована тирозином и родственными продуктами — т. е. телами ароматического ряда, которые заставляют нас признать наличие в молекуле альбумина бензольного нуклеуса. Третья группа формируется вокруг нуклеуса, известного химикам под названием пиррол. Четвертая включает тела, такие как гликопротеины, связанные с сахарами или углеводами.
Ставит ли тот факт, что молекула альбумина разрушается при производстве этих соединений, вопрос о том, подразумевает ли это идею, что в действительности они существуют в ней заранее? Химики скорее склонны признать это. Однако вывод не кажется допустимым. Дюкло считает это сомнительным. Не факт, что все эти фрагментарные тела существуют в реальности, и не более того, что простое их объединение представляет собой примитивное здание. Материалы демонтажа из снесенного дома не дают представления о его естественном архитектурном характере. Есть только один способ оправдать гипотезу, и это — реконструировать исходную молекулу альбумина, собрав фрагменты вместе. Мы еще не дошли до этой стадии. Эра синтезов такой сложности более или менее близка, но она, безусловно, еще не началась.
Более того, неверно говорить, что простое сопоставление поверхностей излома воспроизведет исходное тело. Фрагменты, насколько анализ их получил, не являются абсолютно тем, чем они могли бы быть в исходной структуре. Там они прилипали один к другому не только простым контактом своих поверхностей излома, как предполагается, но и несколько более сложным образом. Фрагменты молекулы соединены связями. Мы можем представить их себе, предполагая, что эти связи подобны крючкам. Крючки, которые могли быть сломаны только насилием, называются химиками насыщенными атомностями. Эти атомности, освобожденные в результате разрушения, не могут оставаться в этом состоянии; они должны быть удовлетворены заново. Крючок пытается прикрепиться. В эксперименте Шютценбергера добавление воды обеспечивает эту необходимость. Молекула воды (H2O) расщепляется на две части: водород (H) с одной стороны и гидроксил (OH) с другой. Эти два элемента цепляются за освобожденные связи фрагментов молекулы альбумина, и таким образом тела были найдены полными. Эксперимент Шютценбергера был слишком насильственным, слишком радикальным, и он дал слишком большое количество фрагментов с их свободными крючками и неудовлетворенными атомностями, так что довольно большая часть добавленной воды исчезла во время эксперимента. В одном случае это количество достигало 17 граммов на 100 граммов альбумина. Молекулы этой воды были использованы при восстановлении неполных фрагментарных молекул альбумина.
Из этого следует, что эксперимент Шютценбергера дал слишком большое количество очень мелких кусочков, соответствующих слишком сильному измельчению. Очень мелкие фрагменты — это молекулы кислот, таких как уксусная кислота, щавелевая кислота, угольная кислота, молекулы аммиака и даже водорода, которые, как мы знаем, мы высвобождаем.
Но, помимо этих продуктов, которые представляют собой четверть молекулы альбумина, подвергнутой анализу, остальные три четверти представляют собой более крупные фрагменты, которые можно считать реальными составляющими здания. Таким образом, мы находим четыре вида групп, которые могут быть приняты как естественные. Первая из этих групп — это группа лейцинов или амидокислот. Это доказывает существование в молекуле альбумина соединений жирного ряда. Существует также ароматическая группа — пиридиновая группа — и группа, принадлежащая к категории сахаров. Представьте себе определенную группировку этих четырех рядов. Это был бы нуклеус молекулы альбумина. Если мы привьем к этому нуклеусу, к этому каркасу, так сказать, столько пристроек или боковых цепей, здание будет нагружено украшениями; оно будет сделано нестабильным и ipso facto подходящим для той роли, которую оно играет в непрерывных трансформациях организма.
Анализ Косселя. Гексоновый нуклеус. Коссель подошел к проблеме другим способом. Он не пытался атаковать альбумин яйца. Это тело, по сути, является гетерогенной смесью, столь же сложной, как потребности эмбриона, пищей для которого оно служит. Коссель попробовал физиологически более простое альбуминоидное вещество. Он получил его из анатомического элемента, не имеющего питательной роли, очень элементарной организации и физиологической функциональной активности, и тем не менее обладающего энергичной жизнедеятельностью — мужской зарождающей клетки. Вместо куриного яйца он поэтому проанализировал молоки рыб, и, в первую очередь, лосося. Как и следовало ожидать из того, что было сказано о протеидах, эта живая материя дает комбинацию нуклеина, уже известного, с альбумином. Последний обилен, составляя четверть общей массы. Его реакция сильно щелочная, что является общей характеристикой разновидности альбумина, известной под названием гистонов. Мишер, ученый-химик из Базеля, который заметил этот основной альбумин, работая над рейнским лососем, дал ему название протамин. Это вещество, представленное Косселем для анализа в предпочтение альбумину яйца, столь дорогому химикам, которые предшествовали ему. Распад этой молекулы, вместо того чтобы дать серию тел, полученных Шютценбергером, дал только одно, реальное химическое основание, аргинин. При первой же попытке исследованный альбумин был сведен к простому кристаллизующемуся элементу. Вывод был очевиден. Протамин лосося — самый простой из альбуминов. Чтобы сформировать это элементарное протеидное вещество, достаточно гексонового основания с водой.
Продолжая в этом направлении, были исследованы другие мужские зарождающие клетки и была найдена серия протаминов, построенных по тому же типу, и эти альбуминозные тела оказались образованными основанием или смесью аналогичных гексоновых оснований: аргинина, гистидина и лизина — все тела, тесно родственные по своим свойствам и полностью принадлежащие к физическому миру.
Осознав существование этого фундаментального нуклеуса, химики нашли его в более сложных альбуминах, где его упускали из виду. Он был найден в альбумине яйца, скрытый под массой других групп. Он был распознан во всех животных или растительных альбуминах. Нуклеусы Шютценбергера могут отсутствовать. Гексоновые основания являются постоянным и универсальным элементом всех разновидностей альбуминов. Они преобладают в химическом нуклеусе альбуминовой молекулы, и, возможно, как предполагает Коссель, они могут образовывать его исключительно. Все остальные элементы являются добавленными и вспомогательными. Существенный тип этого молекулярного здания, который искали так долго, наконец известен.
Заключение. Подытоживая, химическое единство живых существ выражается в том, что живая материя, протоплазма, представляет собой смесь или комплекс протеидных веществ с гексоновым нуклеусом.
ГЛАВА IV. ДВОЙНАЯ ОБУСЛОВЛЕННОСТЬ ЖИЗНЕННЫХ ЯВЛЕНИЙ. РАЗДРАЖИМОСТЬ.
Появление внутренней активности живого существа — Жизненные явления, рассматриваемые как реакция окружающего мира. — § 1. Внешние условия — Закон оптимума. — § 2. Внутренние условия — Строение органов и аппаратов — Как эксперимент атакует явления жизни. Обобщение закона инерции — Раздражимость.
Нестабильность. Изменчивость. Появление внутренней активности живого существа. Одной из самых примечательных характеристик живого существа является его нестабильность. Оно находится в состоянии постоянного изменения. Самое простое из элементарных существ, пластида, растет и продолжает расти и становиться более сложным, пока не достигает стадии, на которой оно делится, и, таким образом омоложенное, оно начинает восходящий путь, который приводит его снова к той же сегментации. Его эволюция, таким образом, выдается его ростом, вариациями формы, которые соответствуют ему, и его делением.
Если речь идет о существах, более высоких по организации, чем клеточный элемент, эволюционный характер этой изменчивости становится более очевидным. Существо формируется, оно растет; затем в большинстве случаев, пройдя стадии юности и взрослого возраста, оно стареет, угасает и умирает, и дезорганизуется, пройдя через то, что мы можем назвать идеальной траекторией. Этот марш в фиксированном направлении с его точками отправления, его степенями и его завершением является повторением пути, который предки живого существа уже прошли.
Вот, значит, характерный факт жизненности, или, скорее, есть два факта. Один состоит в этой морфологической и органической эволюции, отрицании неизменности, отрицании неопределенного поддержания постоянного состояния или формы, которые рассматриваются, напротив, как условие инертных, фиксированных стабильных тел, вечно находящихся в покое. Другой состоит в повторении, реализованном этой эволюцией, аналогичной эволюции его предков; это факт наследственности. Наконец, эволюция всегда циклична — то есть она приходит к концу, который возвращает ход вещей к их точке отправления.
Этот вид внутренней активности живого существа настолько поразителен, что он не только служит нам для дифференциации живого существа от инертного тела, но и порождает иллюзию своего рода внутреннего демона, жизненной силы, проявляющейся в более или менее явных актах жизни отношения, моторики, перемещения или в менее очевидных актах вегетативной жизни.
Жизненные явления, рассматриваемые как реакция окружающего мира. Их двойная обусловленность. В действительности, как учит нас доктрина энергетики, явления жизненности не являются эффектом чисто внутренней активности. Они являются реакцией среды. «Идея жизни, — говорит Огюст Конт, — постоянно предполагает необходимую корреляцию двух незаменимых элементов: подходящего организма и подходящей среды. Именно из взаимного действия этих двух элементов неизбежно возникают все жизненные явления». Среда снабжает живое существо тремя вещами: его материей, его энергией и возбуждающими силами его жизненности. Всякое жизненное проявление является результатом конфликта двух факторов: внешнего фактора, который провоцирует его появление; внутреннего фактора, самой организации живого тела, которая определяет его форму. Биша и Кювье видели в явлениях жизни исключительное вмешательство принципа действия, полностью внутреннего, сдерживаемого, а не поддерживаемого универсальными силами природы. Прямо противоположное верно. Простейшее находит стимулы своей жизненности в водной среде, которая является его средой обитания. Действительно живые частицы метазоя — то есть его клетки, его анатомические элементы — встречают эти стимулы в лимфе, в интерстициальных жидкостях, которые омывают их и которые формируют их реальную внешнюю среду.
Огюст Конт полностью понял эту истину и ясно выразил ее в отрывке, который мы только что процитировали. Клод Бернар полностью развил ее и придал ей классическую форму.
Чтобы проявить явления жизненности, элементарное существо, протоплазматическое существо, требует от внешнего мира определенных благоприятных условий; их оно находит там, и их можно назвать стимулами, или внешними условиями жизненности. Это существо не обладает никакой инициативой или спонтанностью в себе, оно имеет только способность вступать в действие, когда внешний стимул провоцирует его. Эта подчиненность живой материи называется раздражимостью. Термин выражает, что жизнь — это не только внутренний атрибут, но и внутренний принцип действия.
§ 1. Внешние условия.
Внешние условия. Показывая, что всякое жизненное проявление является результатом конфликта двух факторов: внешних или физико-химических условий, которые определяют его появление, и внутренних или органических условий, которые регулируют его форму, Клод Бернар нанес смертельный удар по старым виталистским теориям. Ибо он не только заявил о тесной зависимости двух видов факторов, но и показал их в действии в большинстве физиологических явлений. Изучение внешних или физико-химических условий, необходимых для жизненных проявлений, учит нас нашей первой истине — а именно, что они не бесконечно разнообразны, как можно было бы предположить. Они представляют, напротив, замечательное единообразие в своих существенных качествах. Фундаментальные условия одинаковы для животных или растительных клеток любого вида. Их четыре: влажность, воздух, или, скорее, кислород, тепло и определенный химический состав среды, и последнее условие, формулировка которого кажется расплывчатой, становится более точной, если мы присмотримся к нему немного ближе. Химический состав сред, благоприятных для жизни, питательных сред, подчиняется трем общим законам. Именно знание этих законов в свое время позволило Пастеру, Ролену, Кону и Бальбиани обеспечить среды, подходящие для существования определенных относительно простых организмов, и таким образом создать бесконечно ценный метод для изучения питания и т. д. — а именно, метод искусственных культур, многочисленные разработки которого были показаны нам микробиологией и физиологией.
Закон оптимума. Было сказано, и это больше, чем игра слов, что условия жизненной среды были условиями juste milieu. Вода нужна, ее не должно быть слишком много или слишком мало. Кислород необходим, и также в определенных пропорциях. Тепло требуется, и для него тоже есть оптимальная степень. Определенные химические соединения нужны, и в этом отношении тоже должны быть оптимальные пропорции.
Вода является составным элементом организмов. Они содержат фиксированные пропорции для одной и той же ткани, пропорции, варьирующиеся от одной ткани к другой (между 2/3 и 9/10). Клетка живой ткани требует вокруг себя водную атмосферу, образованную различными соками организма, интерстициальными жидкостями, кровью и лимфой. Мы обманываемся внешним видом, когда различаем воздушных, водных и наземных животных и когда говорим о воздухе, воде и земле как об их естественной среде. Если мы доберемся до сути вещей и сосредоточим наше внимание на реальных живых единствах, на клетках, из которых состоит организм, мы найдем вокруг них соки, богатые водой, которые являются их реальной средой. Если эти соки разбавлены или концентрированы хоть немного, жизнь останавливается. Клетка, все животное, впадает в состояние латентной жизни или умирает. «Все живые существа водные», — сказал Клод Бернар. «Существа, живущие в воздухе, в действительности являются блуждающими аквариумами», — сказал другой физиолог. «Нет влажности — нет жизни», — писал Прейер. Среда должна содержать воду, но она должна содержать ее в определенных пропорциях. У высших животных существует механизм, который работает автоматически, чтобы поддерживать на постоянном уровне количество воды в крови. Исследования по лаважу крови (А. Дастр и Лой) ясно показали это.