Инокуляция, вакцинация — это метод учителя бокса по использованию инстинкта самозащиты смуглого воина. Зная, что его ученик долгое время будет продолжать прикрывать поврежденное место, он спрашивает себя: «Куда его, скорее всего, ударят, когда дело дойдет до серьезного состязания?» Затем он дает ему легкий толчок в это самое место. Нужно ли ему знать, как защитить себя от оспы? Дайте ему коровью оспу. Вероятно ли, что он получит нокаутирующий удар от брюшного тифа? Просто покажите ему, каково это — получить легкое потрясение. Обучите его протоплазму вырабатывать антитифозный фермент, дав ему микроб тифа в такой ослабленной форме, что он не сможет причинить ему никакого вреда.
Химия протоплазмы — это наука, которая быстро растет, или, говоря менее высокомерно и более правильно, наши знания о путях протоплазмы, Химика, значительно увеличились за последние несколько лет. Мы можем только наблюдать за работой протоплазмы. Наши эксперименты, так называемые, — это лишь окна, которые мы открываем в стенах его лаборатории. Мы не можем взять работу из его рук. Методы минеральной химии бесполезны в этом поиске знаний. И, естественно, чем дольше мы наблюдаем, тем больше деталей мы обнаруживаем в том, что поначалу казалось обобщенной процедурой. Мы признаем, что для выполнения реакции, которая, как мы полагали до сих пор, происходит в одну стадию, требуется несколько манипуляций. Это не то место, где следует давать отчет о предмете, который из-за его приложений считается принадлежащим к области патологии. Но Природа едина, сколько бы компаний мы ни делили исследователей ее тайн. Мы попытались сделать лишь самый общий набросок наблюдений, сделанных до настоящего времени, и представили результаты ради того света, который они проливают на то, как ферменты подготавливаются по мере необходимости для удовлетворения потребностей нормального повседневного пищеварения и метаболизма, а не с целью показать методы, которыми протоплазма борется с болезнью.
Среди химических явлений жизни — дыхание. Дыхание в этом самом общем смысле означает окисление. Сила, которая проявляется в жизни, получается из соединения органических материалов с кислородом под руководством протоплазмы. Это верно как для растений, так и для животных. Это верно даже для подразделения бактерий, называемых анаэробными, потому что они не могут жить на воздухе. Они выделяют ферменты, которые позволяют им разлагать соединения, содержащие кислород, чтобы они могли использовать кислород для дыхания. Можно было бы предположить, что зеленые растения, получающие лучистую энергию от солнца, преобразуют эту энергию в силы, которые позволяют протоплазме проявлять явления жизни. Но это не так. Энергия, которую зеленые растения получают от солнца, используется в конструктивном метаболизме, а не в поддержании жизни. Жизненная сила, если мы можем использовать это выражение, происходит от окисления веществ, которые солнечные лучи позволяют растению создавать. Растение, так же как и животное, дышит. Различие между конструктивным метаболизмом растения и его дыханием может быть ярко выявлено путем введения ему достаточного количества анестетика, чтобы остановить первое, не останавливая второе. Его можно парализовать, не убивая. Если водоросль — рдест (potamogeton) наиболее удобен — поместить в колокол, наполненный водой и перевернутый над чашкой с водой, и поставить на солнце, пузырьки газа поднимутся от растения. Они скапливаются в верхней части колокола. Если газ удалить и проанализировать, обнаружится, что это кислород с небольшой примесью углекислого газа. Если второй колокол с водорослью подвергнуть воздействию при тех же условиях во всех отношениях, за исключением того, что в воду добавлено небольшое количество хлороформа, газа, который собирается в верхней части колокола, будет гораздо меньше. Обнаружится, что это углекислый газ без примеси кислорода. Способность, которой обладает хлорофилл разлагать углекислый газ с фиксацией углерода и высвобождением кислорода, приостанавливается анестетиком; в то время как дыхание не нарушается.
Наконец, мы должны приписать протоплазме способность к росту. Активность протоплазмы зависит от постоянного молекулярного обмена. Она включает молекулы пищи. Она исключает молекулы отходов. Если пищи много, а «жизненная сила» бьет ключом, она берет больше, чем отдает. Она растет.
Если мы попытаемся сформулировать определение протоплазмы, мы обнаружим, что наши идеи далеки от ясности из-за недостатка знаний. Вопросы «Что такое протоплазма?», «Что такое жизнь?» одинаково неразрешимы. Их определение взаимно. Протоплазма — это вещество, материал, который проявляет жизнь. Жизнь — это комплекс явлений, проявляемых протоплазмой. Все части тела живы, в своей степени. Ядро клетки живет, так же как и ее клеточное тело. Его капсула может быть менее живой — то есть менее вибрирующей, — чем мягкое клеточное вещество, которое она заключает; но она живет. Так называемое межклеточное вещество, или матрикс, живо. В растущем хряще матрикс не ведет себя как мертвое вещество. Он не трескается и не зияет под давлением делящихся и размножающихся клеточных тел, которые он содержит. Если бы окна дома были наделены способностью самопроизвольно увеличиваться, стены были бы раздавлены. Они бы выпятились, сломались, рухнули. Матрикс хряща оказывает такое же небольшое сопротивление увеличению клеток, которые он заключает, как плазма крови — размножению кровяных телец. Он растет вместе с клеточными телами и должен рассматриваться как делимый на области, каждая из которых является периферией клетки. Мышца жива. Так же как кости, зубы, волосы, ногти. Но по мере того, как мы продвигаемся наружу, мы обнаруживаем, что качество живости становится все менее и менее заметным, пока, наконец, мы не признаем, что оно неузнаваемо. Вибрации уменьшаются по амплитуде и быстроте, пока материал, из которого сделано тело, не кажется находящимся в покое.
Биологи применяют термин «протоплазма» к самому живому веществу, из которого состоят растения и животные. Может быть, существует сущность — протоплазма. Может быть, в определенных ситуациях она существует в несмешанном состоянии. Может быть, степень живости ткани или составной части ткани варьируется в зависимости от количества протоплазмы, которое она содержит. Тенденция протоплазмы располагаться в виде ретикулума, в ячейках которого накапливаются другие вещества, благоприятствует такому взгляду. Клетки более глубоких слоев кожи богаты ею. Поверхностные слои состоят главным образом из кератина. Возможно, что сеть раскрывается, и ее нити становятся все тоньше и тоньше по мере накопления кератина. Но нельзя доказать, что это так. Нет вполне удовлетворительной причины для заключения, что жизнь клетки кожи заключается в ее протоплазматической сети, в то время как ее кератин инертен.
Было предпринято много попыток доказать, что живые клетки содержат нечто, чего не содержат мертвые клетки; но никаких доказательств, которые выдержали бы проверку, до сих пор не было приведено в поддержку этого тезиса.
ГЛАВА III ЕДИНИЦА СТРУКТУРЫ
Сразу после своего открытия в семнадцатом веке составной микроскоп был применен к изучению мельчайших растений и животных, их органов и тканей. В этой связи и для этой цели микроскоп постоянно совершенствовался, пока почти не было достигнуто совершенство. Расчеты, основанные на физических свойствах преломляющих сред, показывают, что пределы помощи, которую он может оказать глазу, были почти достигнуты. Одним из первых результатов применения микроскопа к изучению частей растений было открытие их клеточной структуры. Роберт Броун, глядя на срезы пробки, увидел, что ее ткань разделена на отсеки. Трудно установить, кто первым использовал слово «клетка». Сходство среза растительной ткани или вида поверхности лепестка цветка с сотами настолько поразительно, что такое сравнение, вероятно, приходило в голову каждому, кто его видел. Дальнейшее изучение с помощью лучших инструментов показало, что клетки не пусты. Каждая клетка содержит клеточный сок, или клеточное вещество, а в центре клеточного вещества — миниатюрную клетку, ядро. Поэтому натуралисты расширили значение термина. Клетка больше не была пространством с ограничивающими стенками; у нее было содержимое. Ядро неизменно было составной частью клетки. Клетка рассматривалась как анатомическая единица, состоящая из стенки, клеточного содержимого и ядра. В 1839 году Теодор Шванн, используя свой микроскоп при изучении тканей животных, признал сходство между животными и растениями. Животные также, обнаружил он, являются совокупностями клеток. Он сформулировал Клеточную теорию. Философы всегда готовы обобщать. Это их дело. Видя, что огромное количество организмов являются одиночными клетками, что они питаются, дышат, делятся и воспроизводят свой род — фактически, выполняют все функции жизни — как изолированные клетки, они пришли к идее, что видимое растение или животное — это сообщество клеток, каждая из которых является организмом сама по себе. Как пчелы являются единицами роя, как мужчины и женщины являются единицами государства, клетки — это единицы, которые ради взаимной защиты остаются связанными в многоклеточном теле. Физиологические или социологические аспекты этой концепции мы рассмотрим вкратце; но анатомическая основа клеточной теории была заложена без достаточной проверки фактов, на которых она покоится; или, скорее, следует сказать, что, хотя аксиома, сформулированная Вирховом, когда он применил клеточную теорию к опухолям и другим болезненным разрастаниям, Omnis cellula a cellulâ, остается в силе, применения теории, которые сделали некоторые из ее поздних сторонников, не являются необходимыми следствиями.
Каждое растение, каждое животное начинает свое существование как одиночная клетка. Организм, который постоянно является одноклеточным, делится. Каждая из отдельных клеток, на которые он делится, является новой особью. Высшие растения выделяют определенные клетки как семяпочки, которые в свое время, после конъюгации с пыльцевыми зернами, вырастают в растения. Таким же образом яйцеклетки животных путем повторного деления клеток воспроизводят вид. Особь начинается как одиночная клетка. Ее сложное тело, состоящее из различных органов и различных тканей, формируется путем размножения клеток. Каждая из бесчисленных клеток, из которых оно состоит, имеет структуру и, следовательно, может считаться способной выполнять все разнообразные функции одноклеточного организма. Но из этого не следует, что клетки сохраняют свою индивидуальность. Даже одноклеточные растения (например, необычные уксусные и дубильные грибы, миксомицеты) могут на время слить свою индивидуальность в общую массу, образованную совокупностью многих клеток.
Клетки высших растений не всегда, или даже вообще, анатомически различны. Их протоплазма, существенная часть каждой клетки, соединена с протоплазмой соседних клеток нитями, которые проходят через клеточные стенки. Клетки соединительных тканей животных объединены в сеть, или синцитий. Это особенно заметно на ранних стадиях роста. Нервные клетки соединены между собой проводящими нитями (нейрофибриллами). Возможно, что нервные клетки и мышечные волокна, которые они иннервируют, с самого начала соединены нервными нитями — что нервная клетка и мышечная клетка растут врозь, не разрывая эту нитевидную связь. Некоторые анатомы рассматривают нервный тяж, который соединяет клетку в центральной нервной системе с рядом мышечных волокон, расположенных, возможно, на большом расстоянии от нервной клетки, как мост, который никогда не был разорван в процессе деления и перемещения клеток, превратившего одну примитивную клетку в нервную клетку и группу мышечных клеток. Мышечные волокна — это не отдельные клетки, а клеточные комплексы. Каждое мышечное волокно содержит десятки, в некоторых случаях сотни ядер (рис. 16). Это цилиндр, возможно, 2 дюйма длиной, в котором деление клеток неполное. Сухожилия — это пучки чрезвычайно тонких волокон, которые лежат бок о бок, как шелковые нити в мотке. Ряд клеток, который дает начало сухожилию, подвергается неполному делению клеток. Их ядра делятся, и небольшое количество мягкого телесного вещества откладывается для каждого ядра. Остальная часть массы состоит из слившихся клеток. Она представляет собой непрерывный стержень, который становится фибриллярным по мере роста. Растительные клетки разделены клеточными стенками. Животные клетки имеют тенденцию развивать промежуточные перегородки; но перегородки настолько толстые, что их уже нельзя описать как стенки. В хряще клеточные тела погружены в большую массу межклеточного вещества, или матрикса. В этом межклеточном веществе могут происходить сложные развития. В нем могут появиться эластичные волокна, образующие эластичный хрящ, как в случае с надгортанником. В этих различных случаях, хотя совершенно верно, что ткани образуются путем деления клеток, клетки, строго говоря, не являются отдельными единицами. Они не полностью отделены друг от друга. Невозможно распознать их анатомические границы.
Но есть гораздо более серьезная трудность в применении клеточной теории — трудность определения того, что является существенными частями клетки. Давно было признано, что многие животные клетки — например, белые кровяные тельца — не имеют клеточной стенки. Поэтому было решено, что клеточное тело и ядро являются единственными существенными частями. Но что сказать о красных кровяных тельцах млекопитающих? (рис. 4). Являются ли они клетками? У них нет ни клеточных стенок, ни ядра; и их вещество не представляет структуры, которая обычно ассоциируется с «телесным веществом» клеток. Они не производятся, если мнение, разделяемое многими гистологами, верно, путем деления клеток в обычном смысле этого термина, а появляются как пятна, постепенно вырастающие в диски внутри тела кроветворной клетки. Диски выталкиваются, когда достигают своих полных размеров. И все же ткань, кровь, состоит из этих кровяных дисков и промежуточного вещества — плазмы крови. Кровь млекопитающих можно было бы списать как неклеточную жидкую секрецию, содержащую форменные элементы, если бы не ее история. У всех животных ниже млекопитающих красные тельца — это клетки с ядрами и клеточными телами. Отсутствие ядер у млекопитающих связано с признанием Природой того факта, что, поскольку от клеток крови никогда не потребуется делиться, расточительно снабжать каждую из них ядром. Ядро было бы не только бесполезным, но и занимало бы место, уменьшая способность тельца переносить гемоглобин. Процесс деления клеток в результате сокращается. Есть, правда, другие способы взглянуть на эту проблему. Клетки, выстилающие кровеносные сосуды, находятся в некотором роде питательной связи с кровью. Когда выстилающие клетки кровеносных сосудов повреждены или воспалены, кровь сворачивается. Но здесь опять же несколько натянуто говорить, что эти выстилающие клетки — это клетки крови, а кровь — своего рода межклеточное вещество; особенно потому, что пришлось бы делать различие между млекопитающими с безъядерными кровяными тельцами и птицами с полноценными клетками крови.
Физиолог, если он хочет чувствовать уверенность в своей почве, должен знать микроскопическую анатомию, а также анатомию тела невооруженным глазом. Но чего он не должен знать? Он должен быть химиком, физиком, биологом, патологом и экспертом в различных других областях науки. Микроскопическая анатомия, или гистология, как ее обычно называют, будет призвана в этой книге только тогда, когда у нее есть доказательства, которые имеют прямое отношение к физиологическим проблемам. Мы довольно подробно остановились на клеточной теории, потому что физиологу нужны отправные точки. Ему нужно иметь в своем уме концепцию фундаментальной структуры тела. Протоплазма — это материал, который живет. Мы начинаем с протоплазмы, хотя нашу концепцию протоплазмы так трудно сформулировать, что мы вынуждены признать, что, используя этот термин, мы почти виновны в игре словами. Протоплазма — это самое живое вещество. Вещество, которое наиболее живо, всегда предстает перед нами как несовершенно прозрачный, вязкий материал, который при анализе оказывается содержащим большое количество определенных белков, смешанных с различными органическими и неорганическими соединениями. Протоплазма организована в клетки или распределена среди них, которые в любой данной ткани имеют довольно одинаковый размер. Что определяет размер клеток? Говоря в общем, клетки малы — скажем, около 0,01 миллиметра в диаметре. На ранних стадиях роста деление клеток происходит, как только клетка достигает чего-то вроде этого размера. Казалось бы, когда питательных веществ много, клетки добавляют к своей протоплазме больше, чем теряют. Достигнув определенных размеров, при которых условия, наиболее удовлетворительные для жизни клетки, достигают своего предела, происходит деление клеток. Большая капля распадается на две меньшие капли, каждая из которых растет быстрее, чем большая капля росла в то время, когда она начала делиться. Но если существует оптимальный размер для питательных целей, этот предел во многих случаях приостанавливается, и по разным причинам. Возьмем в качестве примера саму яйцеклетку. Она значительно больше клеток, на которые она делится. Желток куриного яйца, когда он только сформирован, является одиночной клеткой. К тому времени, когда яйцо снесено, деление клеток уже началось. В эмбрионе есть клетки, которые превосходят средние размеры — необъяснимые «гигантские клетки», которые появляются в печени, как только ее можно распознать как таковую (ср. стр. 65). Они исчезают из печени, но на время заметны в селезенке. Большие клетки, найденные в костном мозге, некоторые с одним большим ядром, другие, содержащие пучок отдельных ядер, также показывают, что фиксированного предела размера нет. Обычно считается, что гигантские клетки костного мозга — или, во всяком случае, те, которые многоядерны, — это лейкоциты, которые заняты вычерпыванием кости; потребляя твердую ткань на внутренней поверхности полого цилиндра, чтобы путем отложения нового материала на внешней стороне цилиндра размер всей кости мог быть увеличен — лейкоциты, пирующие на кости, которая из-за нарушения ее кровоснабжения разрушается. У них нет времени делиться. Питание избыточно. Хотя они слишком велики для энергичного стандарта жизни клетки, они продолжают расти, откладывая обязанность деления клеток до тех пор, пока запас питательной пищи не начнет иссякать.