Идея Брюкке о том, что элементарный организм (клетка) не может иметь простого строения, поскольку он является организмом, явилась ведущей для большинства цитологических исследований конца XIX в.
Брюкке (1861) считал, что гомогенная структура протоплазмы (а гомогенность рассматривалась им как признак простой структуры) не может обеспечить всей сложности жизненных отправлений. Но как было выяснено позднее, оптическая гомогенность вовсе не предполагает структурной простоты. Целым рядом новейших исследований показано, что протоплазма имеет исключительно сложное, не дифференцируемое даже с помощью лучших объективов микроскопа (мицеллярное и сверхмицеллярное) строение Другими словами, ее структура находится за пределами видимости светового микроскопа. Но эта точка зрении, подкрепленная многими фактическими данными, явилась реву ль татом Исследований только последних десятилетий. Ученым же конца XIX в. идея Брюкке представлялась чрезвычайно убедительной. Считали, что структура протоплазмы должна быть видимой, поэтому и было описано очень большое количество разнообразных структур.
Весьма характерным является как раз то обстоятельство, что единства мнений в этом вопросе не удалось достигнуть. Каждый автор представлял себе строение протоплазмы по-своему и, прежде всего, как мы теперь видим, они определялись методикой, которой он пользовался.
Уже сам Брюкке в 1863 г. описывал ячеистое строение протоплазмы животных клеток, в особенности так называемых слюнных телец (лимфоцитов, обнаруживаемых в слюне).
Не упоминая более мелких работ из специальной литературы того времени, мы прежде всего остановимся несколько подробнее на исследованиях Юлиуса Гейтцмана (1847—1922).
Гейтцман в своих построениях исходил из наблюдений над амебами и белыми кровяными тельцами человека. Он описывал в них сетчатое строение протоплазмы и высказал точку зрения, согласно которой протоплазма в основном состоит из двух субстанций: из субстанции плотной (в форме сеточки и зернышек) и из субстанции жидкой. Сеточке Гейтцман приписывал свойства живой сократимой материи, а содержащуюся в ячейках жидкость считал несократимой, неживой субстанцией. По Гейтцману, механизм сокращения протоплазмы заключается в укрупнении зернышек (мест пересечений нитей сеточки) и соответственном укорачивании находящихся между ними ниточек. При этом зернышки должны сближаться друг с другом. При растяжении протоплазмы (ее расслаблении) происходит как раз обратное: зернышки могут уменьшаться вплоть до своего полного исчезновения, одновременно при этом происходит растягивание нитей. Таким образом, была уже создана теория, объяснявшая механизм подвижности протоплазмы.
Весьма важно остановиться на методике, которой пользовался этот исследователь. Знакомство с ней объясняет нам полностью, каким образом он пришел к изложенным выше взглядам. Дело в том, что Гейтцман изучал кровь, подогревая ее мазок на предметном стекле. Он отмечал, что структуру протоплазмы увидеть очень трудно и что она отчетливо выявляется только после нагревания объекта. Впоследствии было выяснено, что описанная Гейтцманом структура является результатом коагуляции белка под влиянием высокой температуры; изменяя свое коллоидное состояние и образуя хлопья, белок высаждается, создавая сетчатую структуру.
Гейтцман не остановился на приведенных выше теоретических представлениях; он пошел дальше и развил ряд обобщений, трактующих о построении организма в целом. Он различал, как уже указывалось, в клетке живую субстанцию (сетчато-гранулярную) и субстанцию неживую (жидкую). Отсюда Гейтцман заключил, что структура, которую называют клеткой, оказывается только частично построенной из живой субстанции, а затем следовал вывод, что клетка является не элементарным, а сложным организмом. Элементарными живыми частицами являются, следовательно, описанные им зернышки на пересечении нитей.
Естественно возникли и такие вопросы: 1) является ли клетка последней организованной неделимой биологической единицей; 2) какова структурная природа тканей и органов?
На первый вопрос (изучая обособленные клетки — амебы, белые кровяные клетки) Гейтцман дает в своем исследовании отрицательный ответ. Второй вопрос он разрешает, изучая уже ткань (орган), которая фиксировалась им хромовой кислотой и обрабатывалась на срезах азотнокислым серебром или хлорным золотом. При этом он обнаруживал ячеистость строения тканевых клеток и связь с помощью нитей не только между зернышками одной клетки, но и непосредственную связь с помощью перемычек между всеми соседними клетками. А отсюда уже делался вывод, что клетки не существуют как изолированные индивидуумы и что их живая субстанция (плотные ниточки) непосредственно переходит из одной клетки в другую.
Общий вывод из всех этих наблюдений Гейтцман делает такой: животный организм представляет собой единую протоплазматическую массу. Подобно тому как амеба является протоплазматическим комочком, заключающим живую субстанцию в форме густой ячеистой сети, тело любого высокоорганизованного животного представляет собой единую массу, пронизанную живой ячеистой структурой с узловыми точками живой материи в форме протоплазматических комочков. На рис. 26 приводится схема ткани, данная Гейтцманом. На ней нетрудно увидеть полную связь всех ниточек ячеистой протоплазматической сети.
Схема клетки и схема тканевой структуры, предложенная Гейтцманом, в значительной степени, конечно, надуманна и исходит из предвзятой идеи. Однако известное основание для построения данной теории этот исследователь имел. Пользуясь методикой изучения мертвого, фиксированного препарата, он видел артефактную структуру. С другой стороны, он обнаруживал настоящие анастомозы между соединительнотканными клетками, хотя это второе обстоятельство играло в его работах значительно меньшую роль. Следовательно, основная ошибка Гейтцмана заключается в том, что ему оставалась неизвестной суть явления артефактов — структур, возникающих в результате фиксации (гибели) клетки веществами, осаждающими белки (спирт, сулема и многие другие). Он слишком некритически относился к препарату, вернее — к применяемому метолу исследования.
Исследования Гейтцмана были далеко не одиноки. Почти одновременно с ним описание структуры протоплазмы было дано Карлом Купфером (1847—1922). Этот автор пользовался очень оригинальным методом, по-видимому, впервые им и примененным. Купфер прижизненно вводил в кровь кроликам и лягушкам растворы разных красителей и затем изучал отложения их в различных клетках, в печени и почках в первую очередь. Идея Купфера, которую он развивает, такова: тело клетки состоит из гомогенной субстанции, пронизанной тончайшими канальцами, соединяющими кровеносные сосуды печени с желчными ходами, а в почке — с мочевыми канальцами. Инъецируя в кровь краситель, он стремился выявить с большей отчетливостью клеточные канальцы.
Конкретные наблюдения Купфера сводятся к описанию зернышек или окрашенных вакуолек в теле клетки, которые будто бы всегда связаны между собой тончайшими канальцами. Он также различает две субстанции тела клетки: прозрачную гиалиновую субстанцию (он назвал ее параплазмой) и мелкозернистую нитчатую — протоплазму.
Но дело в том, что введенные в организм красители всегда откладываются в клетках только в виде гранул, и, таким образом, никакой нитчатой протоплазмы этот метод выявить не может. Тем не менее, в то время наблюдения Купфера казались очень убедительными в том смысле, что данный метод будто бы позволял четко разграничивать две различные субстанции тела клетки.
Нужно добавить, что и веществу ядра как Гейтцманом, так и Купфером в общем приписывалась аналогичная структура.
Целую серию работ по этому же вопросу опубликовал ботаник Фромман (1798—1880). Принципиально он придерживался аналогичной точки зрения и говорил о разделении протоплазмы на твердую и жидкую составные части, давая им, однако, иную конкретную трактовку.
Принципиально того же взгляда придерживался и такой крупный цитолог, как Вальтер Флемминг (1843—1903), применивший значительно более совершенный метод исследования. Флемминг дал свою трактовку строения протоплазмы, известную под названием филярной (нитчатой) теории. В свое время она пользовалась большим успехом и постоянно излагалась в учебниках вплоть до 20-х годов нашего века. Сущность теории Флемминга сводится к тому, что тело клетки состоит из гомогенной массы и большего или меньшего количества нитей (fila — нить). Мы не останавливаемся подробно на конкретных представлениях Флемминга, ибо они не представляют большого интереса в своей фактической части. Значительно важнее то, что Флемминг в гораздо более ясной и отчетливой форме, чем кто-либо другой, использовал новые данные о тонкой структуре протоплазмы для пересмотра общетеоретических представлений о клетке. Флемминг написал большую книгу, посвященную строению клетки. В одной из первых глав он останавливается на пересмотре клеточной теории и считает основными следующие положения.
1. Клеткой называется комочек живой субстанции, имеющий определенную пространственную ограниченность, несмотря на отсутствие особой мембраны — оболочки.
В этом пункте мы ясно видим влияние теоретических высказываний Шультце.
2. Для клетки характерно наличие ядра — определенного отграниченного тела особой химической природы (нуклеиновой).
3. Клетка представляет собой образование, характеризующееся обменом веществ.
4. Клетки размножаются делением.
Излагая это последнее положение, Флемминг отмечает, что его следует считать несколько гипотетичным, ибо оно противоречит теории первичного возникновения клеток. Правда, далее он замечает, что до сих пор ни разу никем не был доказан процесс свободного образования клеток, так же как и процесс свободного ядрообразования.
3. Новым понятием в определении клетки, которое вводится Флеммингом, является представление о двойственности субстанции тела клетки, состоящего ил твердого и жидкого вещества. Флемминг употребляет термины Купфера: протоплазма и параплазма. Однако он считает, что его морфологические наблюдения, открывающие в клетке наличие отдельных ниточек, дают основание пользоваться другой терминологией. Он говорит о филярной массе, обозначая этим всю массу нитей, и затем об интерфилярной, или межуточной, субстанции. Он употреблял также термины «мигом» и «интермитом», беря для словообразования не латинский, а греческий корень. Дело, конечно, не в том, какие термины вводил Флемминг; важно понять, что именно он наблюдал и насколько близки к действительности его описания. В настоящее время наше познание природы клетки шагнуло значительно вперед, и мы можем дать довольно точную оценку наблюдениям Флемминга. Если посмотреть на его рисунки с живых хрящевых и печеночных клеток (прижизненные наблюдения), то на них нетрудно видеть нитчатые образования. Они являются не чем иным, как хондриосомами (митохондриями), изученными и описанными подробно лишь 15—20 лет спустя. Однако эти структуры непосредственного отношения к строению самой протоплазмы (точнее — цитоплазмы), как это, видимо, считал и сам Флемминг, не имеют.
Принципиально сходные взгляды на строение тела клетки были в то время широко распространены и в какой-то степени разделялись большинством цитологов. Однако в конкретных описаниях структуры протоплазмы никакого единства мнений не было. Именно этот разнобой в конкретных наблюдениях и указывал, что описываются не реальные структуры, а структуры, возникающие вторично в результате воздействия на клетку различными агентами (так называемые артефакты). Поскольку единство методики в работах ряда авторов не сохранялось, естественно, что наблюдения различных исследований не совпадали.
Вопрос о структуре протоплазмы продолжал занимать умы исследователей еще и в 90-х годах, ибо именно в разрешении проблемы организации протоплазмы надеялись раскрыть сущность жизни. Эти чаяния хорошо выразил Отто Бючли. В своей речи на съезде зоологов в 1891 г. он говорил, что «подобно тому, как все дороги ведут в Рим, все биологические вопросы сводятся в конце концов к этой полной тайн субстанции, которая составляет тело клетки и обозначается нами как протоплазма».
Чем обширнее и обоснованнее будут познаны особенности и деятельность этой субстанции, тем глубже и яснее будут, как считалось, представляться нам все процессы, происходящие в сложных организмах. Говоря о представлениях гомогенного строения протоплазмы, Бючли категорически отрицал теорию гомогенного строения, считая ее отвергнутой. Однако Бючли полагал, что конкретное разрешение вопроса о структуре тела клетки остается крайне неудовлетворительным. Он подчеркивал, что организация клетки не представляет собой ничего мистического и непознаваемого и что в ней надо искать различные конструктивные и различно функционирующие образования, проводя, таким образом, аналогию с построением высших организмов. Бючли, как и другие исследователи, считал протоплазму резко гетерогенной структурой, но приписывал ей (в противоположность другим) пенисто-ячеистую структуру. Он исходил из своих наблюдений над протоплазмой простейших. Количество исследований очень значительно, и их число все больше и больше возрастало, поскольку Бючли создал большую школу учеников, работавших в этом же направлении. Его учениками являются такие крупные исследователи, как протозоологи В. Т. Шевяков, Шуберг и др.
Наблюдения Бючли и его школы принципиально не отличались от всего того, что было сделано ранее. Опровергая сетчатое и нитчатое представление о структуре протоплазмы, он заменил его пенисто-ячеистым. Так возникла еще одна теория строения протоплазмы. Но Бючли считал, что он сделал дальнейший шаг к познанию протоплазмы, который, как ему казалось, решал проблему ее организации. Он стал на путь создания моделей протоплазмы из различных субстанций. Он готовил тончайшие пены и достиг в этом большого искусства, добиваясь действительно огромного внешнего сходства комочков пены с клетками. Его пены, которые он изготовлял путем омыления различных масел, продолжали двигаться иногда по нескольку суток. Движения эти Бючли совершенно правильно объяснял изменением поверхностного натяжения в капле при разрушении ячеек пены и выхода при этом раствора мыла. Другими словами, он объяснял подвижность своих моделей элементарными, чисто физико-химическими закономерностями. Выводы, которые сделал из этих аналогий Бючли, принципиально ошибочны с методологической стороны и могут служить классическим примером механистического понимания жизни. Он был убежден в принципиальном сходстве между ротационным движением протоплазмы и наблюдавшимся им переливанием капель жиромыльной пены и даже считал, что ему удавалось изготовлять модели, ничем не отличающиеся от настоящей протоплазмы. Способ создания таких моделей, как считал Бючли, открывает перед исследователями путь к познанию возникновения протоплазматических структур. Он был вполне убежден также в том, что, идя этим путем, в скором времени можно будет изучить все свойства протоплазмы и ядра и, следовательно, окончательно отвергнуть мистические воззрения на явления жизнедеятельности, поскольку все процессы будут полностью сведены к физико-химическим реакциям.
На критике этих воззрений не стоит сколько-нибудь подробно останавливаться, ибо ясно, что свести процессы жизнедеятельности к простым физико-химическим явлениям невозможно. Идея эта порочна в корне. Сравнение комочка пены с протоплазмой является только лишь дидактической аналогией, ничего не говорящей по существу вопроса. Все явления, которые наблюдаются в комочке пены, обусловлены только одной-единственной реакцией (в данном случае омылением жира), следствием которой является диффузия мыла и изменение поверхностного натяжения капли, ведущее к изменению ее формы. Предлагая свою модель, Бючли не учел и не понял ее принципиального отличия от живой протоплазмы. Живое черпает энергию из лежащих в его основе процессов ассимиляции и диссимиляции, процессов построения и разрушения своей специфической субстанции. Живое обладает целым рядом признаков, которые в полной мере отсутствуют у такой модели. Например, модель не обладает явлением раздражимости. Любопытно отметить, что Бючли пытался раздражать свои движущиеся комочки пены электрическим током, но сам отмечал полную неудачу этих опытов. Тем не менее точка зрения Бючли в свое время пользовалась большим успехом.
Здесь уместно вспомнить, что еще Г. Валентин, говоря в 1842 г. о принципиально совершенно сходных опытах Ашерсона, дал в общем правильную критику этого сугубо механистического направления исследований и указал на всю его недостаточность при трактовке проблемы возникновения органических структур.