В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (“Математические начала натуральной философии”)30 – труд настолько широкий и глубокий, что он пошатнул прошлое и сформировал ландшафт науки будущего. Среди открытий Ньютона был закон всемирного тяготения. Однако Гук утверждал, что он раньше уже сформулировал законы гравитации, а Ньютон украл его наблюдения.

Это заявление было абсурдным. Гук и некоторые другие физики действительно предполагали, что планетарные тела притягивались к Солнцу невидимыми “силами”, но по математической точности и научной глубине анализа никто из них даже отдаленно не смог приблизиться к тому, что изложил Ньютон в Principia. Конфликт между Гуком и Ньютоном^[16] длился несколько десятилетий, но последним, очевидно, посмеялся Ньютон. Бытует история, возможно вымышленная, о том, что через семь лет после смерти Роберта Гука, в 1710 году, когда Ньютон наблюдал за переездом Королевского общества на новое место в Крейн-Корт, в коллекции портретов недосчитались одного-единственного, а именно – портрета Гука, и Ньютон не заказал посмертную версию. Новатор в области оптики, человек, позволивший увидеть целую новую вселенную, остался невидимым для нас. До нас не дошло ни одного достоверного изображения или портрета Гука^[17].

Универсальная клетка. “Мельчайшие частицы этого маленького мира”

Я мог отчетливо видеть, что вся она продырявленная и пористая, очень похожая на соты, но только эти поры были неровными… Эти поры, или клетки… на самом деле были первыми микроскопическими порами, которые я увидел1.

Роберт Гук, 1665

Как только для изучения структуры растений стали применять микроскоп, невероятная простота их строения… сразу привлекла внимание1.

Теодор Шванн, 1847

В истории биологии долины тишины часто сменяются пиками монументальных открытий. После открытия генов Грегором Менделем в 1865 году наступил период “одного из самых странных затиший в истории науки”, как выразился один историк3: о генах (“факторах” или “элементах”, как назвал их Мендель) не вспоминали почти сорок лет, пока они не были заново открыты в начале 1900-х годов. В 1720 году лондонский врач Бенджамин Мартен утверждал, что туберкулез (или чахотка, как раньше называли эту болезнь) – заразное респираторное заболевание, которое, вероятно, переносят микроскопические организмы. Он называл эти заразные элементы “невероятно мелкими живыми существами”4 и “живой заразой”5(contagium vivum, обратите внимание на слово “живой”). Мартен мог бы стать отцом современной микробиологии, если бы углубил свои медицинские исследования, но прошло еще около ста лет, прежде чем микробиологи Роберт Кох и Луи Пастер связали болезнь и гниение с микробными клетками.

Но если внимательнее приглядеться к “долинам тишины”, выясняется, что это вовсе не области затишья и застоя. Это удивительно плодотворные периоды, когда ученые пытаются осмыслить масштаб, универсальность и значение открытия. Является ли конкретное открытие универсальным и всеобъемлющим принципом функционирования живых систем или же уникальной особенностью курицы, орхидеи или лягушки? Объясняет ли оно необъяснимые ранее наблюдения? Скрывается ли за ним другой уровень организации?

В какой-то степени такие затишья объясняются тем, что для ответа на подобные вопросы требуются новые инструменты и модельные системы, а для их создания нужно время. Генетикам пришлось ждать исследований биолога Томаса Моргана, который в 1920-е годы доказал физическое существование генов, проанализировав механизмы наследования признаков у дрозофил, а также зарождения рентгеновской кристаллографии, с помощью которой в 1950-е была расшифрована трехмерная структура таких молекул, как ДНК, что в конечном итоге позволило установить физическое строение генов. Для подтверждения атомной теории, впервые выдвинутой Джоном Дальтоном в начале 1800-х годов, пришлось ждать появления катодной трубки в 1890-м и создания в начале XX века математических уравнений, необходимых для построения моделей квантовой физики, которые позволили прояснить строение атома. Клеточная биология ждала развития методов центрифугирования, биохимического анализа и электронной микроскопии.

Но еще одна причина может заключаться в том, что для перехода от описания элемента (клетка под микроскопом, ген в качестве единицы наследственности) к пониманию универсальных принципов организации, функции и поведения необходимы концептуальные эвристические изменения. Атомистические идеи являются самыми смелыми: они предполагают фундаментальный пересмотр представлений о мире на основании универсальных единичных сущностей. Атомов. Генов. Клеток. О клетках нужно думать в ином ключе: не как о предмете под лупой, а как о функциональной ячейке, в которой происходят все физиологические химические реакции, как об организующей единице всех тканей и как о едином источнике всех физиологических и патологических процессов. Требуется перейти от представления о непрерывной организации биологического мира к описанию, основанному на существовании дискретных, отдельных, самостоятельных элементов, объединяющих этот мир. Используя метафору, можно сказать, что нужно смотреть сквозь “плоть” (непрерывную, телесную и видимую субстанцию) и воображать “кровь” (невидимую, корпускулярную и дискретную).

Период с 1690-х по 1820-е годы был именно такой долиной в развитии клеточной биологии. После открытия Гуком клеток (точнее говоря, клеточных стенок) в срезе коры многие ботаники и зоологи принялись устанавливать под микроскопами образцы растительных и животных тканей, чтобы исследовать их микроскопическую структуру. Антони ван Левенгук до самой своей смерти в 1723 году смотрел в микроскоп и описывал элементы (“живые атомы”, как он их называл) невидимого мира. У него возбуждение от первого прикосновения к этому невидимому миру так и не прошло (подозреваю, что не пройдет и у меня).

В конце XVII и начале XVIII века такие микроскописты, как Марчелло Мальпиги и Мари Франсуа Ксавье Биша поняли, что “живые атомы” Левенгука могли быть не только одноклеточными существами, ткани более сложных организмов растений и животных образованы из клеток. В частности, французский анатом Биша идентифицировал двадцать одну (!) элементарную ткань в составе человеческих органов6. К сожалению, он умер в тридцать лет от туберкулеза. И хотя Биша в некоторых случаях ошибался относительно строения этих элементарных тканей, он продвинул клеточную биологию в сторону гистологии – изучения тканей и систем кооперирующих клеток.

Однако вывести теорию клеточной физиологии на основании этих ранних наблюдений в большей степени, чем все микроскописты, пытался Франсуа-Венсан Распай. Он признавал, что клетки существуют буквально повсюду – ив растительных, и в животных тканях, но, чтобы понять, зачем они существуют, нужно понять, что они делают.

Распай был человеком дела7. Этот ботаник, химик и микроскопист-самоучка родился в 1794 году в Карпантра, в департаменте Воклюз на юго-востоке Франции. Он считал себя независимым мыслителем, отказался от католических обетов и посвятил жизнь противостоянию моральным, культурным, научным и политическим авторитетам. Он не примыкал к научным сообществам, считая их излишне закрытыми и старомодными, и не учился на медицинском факультете. Однако он без угрызений совести присоединился к тайному обществу, намеревавшемуся освободить Францию во время революции 1830 года, из-за чего период с 1832 до начала 1840 года провел за решеткой. В тюрьме он обучал сокамерников правилам антисептики, санитарии и гигиены. В 1846 году Распай вновь был арестован за участие в антиправительственных манифестациях, а также за то, что давал заключенным врачебные рекомендации, не имея официального медицинского образования. Распая сослали в Бельгию, но даже его обвинители стыдились собственного приговора: “Сегодня перед судом предстоит знаменитый ученый, человек, которым медицинское сообщество могло бы гордиться, если бы он присоединился к нему и принял диплом медицинского факультета”8. Распай в своей манере отказался^[18].

Несмотря на активную политическую деятельность и отсутствие формального биологического образования, в период с 1825 до 1860 года Распай опубликовал более пятидесяти статей на целый ряд тем, включая ботанику, анатомию, криминалистику, клеточную биологию и антисептику. Более того, он пошел дальше своих предшественников и начал исследовать состав, функцию и происхождение клеток.

Из чего состоят клетки? “Каждая клетка выбирает из среды, забирая только то, в чем нуждается”9, – писал Распай в конце 1830-х годов, предзнаменуя начало века биохимии клетки. “У клеток есть разные возможности для выбора, обеспечивающие разное содержание воды, углерода и оснований, входящих в состав их клеточных стенок. Легко представить, что некоторые стенки позволяют проходить определенным молекулам”, – продолжал он, постулируя идею селективной пористой клеточной мембраны, обеспечивающей автономность клеток, и утверждая представление о клетках как о метаболических единицах.

А что клетки делают? “Клетка – это… своего рода лаборатория”, – утверждал он. Остановимся на минуту, чтобы оценить масштаб этой идеи. Исходя лишь из основных предположений о химии и клетке, Распай сделал вывод о том, что клетка осуществляет химические процессы, обеспечивающие функцию тканей и органов. Иными словами, клетка обеспечивает физиологию. Он назвал клетку центром, где протекают жизненно важные реакции. Но биохимия все еще находилась в зачаточном состоянии, так что он не знал, какая химия и какие реакции реализуются в этих клеточных “лабораториях”. Он мог описывать эти процессы только теоретически. Это была гипотеза.

Наконец, откуда берутся клетки? В 1825 году в качестве эпиграфа к одной из рукописей Распай выбрал латинский афоризм Omnis cellula e cellular “Каждая клетка происходит из клетки”10. Он не рассматривал вопрос подробнее, поскольку у него не было инструментов или экспериментальных методов, чтобы это доказать, но уже этим он изменил фундаментальные представления о том, что такое клетка и что она делает.

Нестандартным людям достаются нестандартные награды. Распай, который посмеивался как над обществом, так и над разными Обществами, так и не был признан научной элитой Европы. Зато его именем назван один из самых длинных бульваров Парижа, простирающийся от катакомб до бульвара Сен-Жермен. Прогуливаясь по бульвару Распай, вы пройдете мимо Института Джакометти, где застыли в бесконечных размышлениях фигуры одиноких тощих людей на островках-пьедесталах. Каждый раз, проходя там, я думаю об одиноком и дерзком новаторе клеточной биологии (хотя Распай, надо заметить, тощим не был). Я возвращаюсь к идее о клетке как о физиологической лаборатории организма: любая клетка, растущая у нас в лабораторном инкубаторе, является лабораторией. Т-клетки, которые я разглядывал под микроскопом в оксфордской лаборатории, были “наблюдательными лабораториями”, плавающими в жидкости в поисках патогенных вирусных частиц, спрятавшихся в других клетках. Сперматозоиды, увиденные Левенгуком с помощью его стекол, были “информационными лабораториями”, которые содержали наследственную информацию мужской особи и, упаковав ее в ДНК, с помощью мощного плавательного мотора отправляли к яйцеклетке для репродукции. Как выясняется, клетки проводят физиологические опыты, забирая и отдавая молекулы, создавая и разрушая химические соединения. Это лаборатории для реакций, благодаря которым существует жизнь.