Джордж Джонсон - Десять самых красивых экспериментов в истории науки

• Название: Десять самых красивых экспериментов в истории науки
• Автор: Джордж Джонсон
• Издательство: М.: КоЛибри, 2009. — 224 с.
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-389-00586-0

В наше время научные открытия совершатся большими коллективами ученых, но не так давно все было иначе. В истории навсегда остались звездные часы, когда ученые, задавая вопросы природе, получали ответы, ставя эксперимент в одиночку.

Джордж Джонсон, замечательный популяризатор науки, рассказывает, как во время опытов по гравитации Галилео Галилей пел песни, отмеряя промежутки времени, Уильям Гарвей перевязывал руку, наблюдая ход крови по артериям и венам, а Иван Павлов заставлял подопытных собак истекать слюной при ударе тока.

_{Перевод опубликован с согласия Alfred A, Knopf, филиала издательской группы Random House, Inc.}

---

Хотя Гарвей выглядел тщедушным, его горящие темные глаза и волосы цвета вороного крыла производили на людей сильное впечатление. Английский литератор Джон Обри описывал его как вдумчивую, но холерическую натуру («Глядя на него, нельзя было не сказать, что человек — всего лишь проказливый павиан») и подмечал, что тот никогда не расставался с кинжалом. Такова была мода, признавался Обри, но «этот доктор не стеснялся обнажать кинжал при каждом удобном случае».

Ум Гарвея был столь же остр, как и его скальпель. И при своих обходах в больнице, и при чтении лекций над трупом во Врачебном колледже, он не упускал ни одной особенности человеческой анатомии. Если внутренний орган не совпадал с тем, что предписывал канон Галена, Гарвей дипломатично замечал, что, вероятно, со времен Галена человеческое тело успело измениться. В узком кругу он бывал гораздо более откровенным.

Начав свои исследования с простейших существ, он пришел в изумление: сердца у них бьются так быстро, что эти движения практически неразличимы! Он знал, что существует два сердечных движения: систола, когда сердце сжимается, и диастола, когда оно расширяется. Но когда Гарвей стал наблюдать процесс in vivo, он понял, что на глаз эти два движения различить невозможно.

Ибо я не мог правильно поначалу определить, когда происходит систола, а когда — диастола; так же не мог я понять, когда и где происходит расширение и сжатие, по причине большой частоты движения, которое у многих животных происходит в мгновение ока, со скоростью блеснувшей молнии; поэтому я воспринимаю как систолу то одно движение, то другое, при этом с диастолой происходит то же самое. Вдруг все меняется местами, и создается впечатление, что движения переходят одно в другое и становятся неразличимы. Поэтому мой разум пребывает в большом смятении, ибо я сам не могу прийти ни к какому выводу и не знаю, можно ли верить другим. Вот и Андрей Лаврентиус признавался в том, что для него движения сердца настолько необъяснимы, насколько необъяснимы были для Аристотеля приливы и отливы Еврипа.

Лаврентиус — врач, живший в эпоху Ренессанса, а Еврил — пролив между Грецией и островом Евбеей, где приливы и отливы происходили семь раз в день. Существует предание, повествующее о том, что, отчаявшись объяснить сие явление, Аристотель утопился в этом самом проливе.

Гарвей же, чтобы понять приливы и отливы сердца, решил, что нужно наблюдать их при меньших скоростях — так, как поступил Галилей с ускоряющимся шариком. Сердца холоднокровных животных — амфибий, рыб, рептилий — позволяют себе работать менее интенсивно. Однако эти довольно простые сердца, возможно, работают по тем же принципам, что и сердца млекопитающих и человека. Постепенно, от одного эксперимента к другому, Гарвей усложнял свои опыты.

Он довольно быстро обнаружил, что даже в теплокровных животных метаболизм заметно замедляется в последние мгновения перед смертью, когда организм ослаблен, и сердце несчастного существа начинает биться все реже и реже, пока наконец животное не испустит дух, или пневму, или то, что еще за мгновение до этого поддерживало в нем жизнь.

Сильно отличаясь по своим задачам и функциям, две системы циркуляции» по Галену, сходятся в сердце, в миллиметре друг от друга. «Голубая кровь», переносимая верхней и нижней полыми венами, постоянно вырабатывается в печени и прокачивается через правые желудочки сердца. В левой части, отделяемой толстой стенкой, которая называется септум («перегородка»), течет красная артериальная кровь. Сосуды также ведут в легкие, которые служат для охлаждения крови и переноса пневмы, т. е. воздуха, в сердце. Именно здесь пневма оживляет венозную кровь, незначительная часть которой с помощью невидимых пор проникает через септум в артериальные протоки.

Часть этой схемы уже подвергалась сомнению. Фламандский врач Андрей Везалий в труде «О строении человеческого тела» (De corpore humatti fabrica), впервые опубликованном в 1543 году (в том самом году, когда была обнародована гелиоцентрическая теория Коперника), отрицал возможность проникновения крови через сердечную перегородку. Как он ее ни разглядывал, никаких, даже самых маленьких, пор найти не смог. Он оказался прав в одном, но допустил ошибку в другом. Сегодня мы знаем, что ткани тела имеют множество микроскопических отверстий. Точку в этом вопросе поставил Гарвей: он вскрыл сердце быка и, налив воду в правую часть, обнаружил, что в левую часть ничего не пролилось.

Сторонники Галена также учили, что два типа крови — венозная и артериальная — движутся по типу приливов, вперед и назад, внутри своих систем. Сосуды, оживляемые жизненным духом, одновременно расширяются, всасывая кровь. При их сокращении кровь выбрасывается в обратную сторону. Таким образом, сердце, сжимаясь и расширяясь, работает, как мехи, и заставляет кровь двигаться.

Однако это противоречило тому, что наблюдал Гарвей. Когда сердце сжимается во время систолического этапа цикла, оно, как рука, сжимающаяся в кулак, становится бледнее, словно кровь выдавливается из него. При расширении во время диастолы оно снова становится красным, словно кровь вновь приливает к нему. Более того, когда Гарвей прикасался пальцем к артерии, он чувствовал, как она расширяется в тот момент, когда сердце сжималось. Похоже, что сердце приводило в движение всю систему. У Галена все выглядело наоборот. На самом деле кровь приводилась в движение сжатием, а не расширением сердечной мышцы. Если перерезать артерию живого млекопитающего, то кровь начнет обильно выливаться, «словно выталкиваемая из шприца».

Если сердце представляет собой насос, рассуждал Гарвей, то можно понять принцип его работы.

Человеческое сердце в разрезе Из «Анатомии» Генри Грея. 1918 год

Анатомы уже знали, что сердце разделено на четыре камеры. Сверху были левое и правое ушки предсердия, ниже находились левый и правый желудочки. Однажды во время вскрытия Гарвей нажал пальцем на левый желудочек. Он расширился и наполнился кровью, а ушко над ним сократилось. Мгновение спустя желудочек самопроизвольно сократился, вытолкнув кровь из камеры в артерии. То же самое произошло и с правой частью сердца. И тут Гален ошибался, поскольку кровь прокачивалась не справа налево, а сверху вниз: «Эти два движения — одно желудочка, а другое — ушка — происходят последовательно, — писал Гарвей, — но таким образом, что между ними сохраняется определенная гармония, или ритм, причем в каждый момент времени обнаруживается только одно движение».

Он сравнивал движение сердца с движением станка: «Одно колесо передает движение другому колесу, но при этом кажется, что все колеса вращаются одновременно». Он знал, что некоторые из его читателей будут оскорблены таким механистическим описанием, чего ему меньше всего хотелось. «Придает ли сердце ускорение крови, локально сообщая ему движение и распределяя ее по телу, или добавляет ей что-то еще, например, тепло, дух, совершенство, — это вопрос будущего, который должен решаться на другой почве». Он подозревал, что в теле происходят не только физические процессы и что сердце является «солнцем микрокосмоса», а кровь — духовной субстанцией, «инструментом небес». Однако все это отнюдь не означало, что движение сердца нельзя изучать.

Приводимые здесь цитаты взяты из прекрасной работы «О движении сердца и крови у животных». Небольшая книжечка, опубликованная в 1628 году после двух десятилетий исследований, несмотря на некоторые повторы, до сих пор представляет собой достойное чтение. С упорством прокурора, выступающего на суде, Гарвей раз за разом представлял свои неопровержимые доказательства. Этого доктора легко представить в зале суда обращающимся к присяжным.

Сначала он предлагает аудитории рассмотреть артериальную систему. Из его экспериментов следует, что левая часть сердца предназначена для прокачивания крови по артериям, которые доставляют ее к конечностям. Кроме того, ясно, что, в отличие от приливов, движение крови происходит только в одном направлении: между левым желудочком и аортой существуют клапаны, которые не дают крови двигаться в противоположном направлении.

Рассмотрим венозную систему. Давно было известно, что вены в руках и ногах снабжены своими собственными клапанами. Эти ostiola («дверцы») обнаружил еще падуанский учитель Гарвея, выдающийся анатом Фабриций, но он считал, что они служат для замедления движения крови, предотвращающего «захлебывание». Гарвей вводил длинный зонд в сосуд и пытался протолкнуть его в направлении от сердца, однако что-то сопротивлялось этому движение. Зато в противоположном направлении зонд двигался беспрепятственно. Оказалось, что вены — это улицы с односторонним движением. Артериальная кровь двигалась от сердца к органам, тогда как венозная кровь — от органов к сердцу.