Кольцовское начало
15 июля исполняется 100 лет со дня рождения Николая Константиновича Кольцова (1872–1940), замечательного биолога-дарвиниста, чей огромный вклад в отечественную биологическую науку сопоставим лишь с тем, что было внесено в нее в XX веке Иваном Петровичем Павловым и Николаем Ивановичем Вавиловым.
Кольцову принадлежат классические труды по эволюционной эмбриологии, первые в России исследования физико-химических свойств живой клетки, пионерские изыскания по биологии развития, экспериментальной цитологии и генетике. Он по праву считается одним из основоположников современной молекулярной биологии: еще в 1927 году Кольцовым была сформулирована пророческая гипотеза о матричном механизме самовоспроизведения в клеточном ядре молекул, несущих генетическую информацию. С поправкой — во времена Кольцова генетическая роль ДНК не была еще установлена и хромосомы считались белковыми телами — его замечательное предвидение было подтверждено в эксперименте четверть века спустя.
Но Кольцов был не только блестящим исследователем, чьи мастерские методические подходы, ювелирные опыты и смелые теоретические концепции закладывали основы современной экспериментальной биологии. Как А.Ф. Иоффе в физике, как Н.И. Вавилов в области сельскохозяйственных дисциплин, Николай Константинович Кольцов был выдающимся организатором советской биологической науки, основателем большой и блестящей школы экспериментальной биологии, в первую очередь советской школы классической генетики.
О творчестве Кольцова и о нем самом на страницах нашего журнала рассказывают двое из многих его учеников — председатель Всесоюзного гидробиологического общества, доктор биологических наук Г.Г. Винберг и заведующий отделом химической генетики Института химической физики АН СССР, доктор биологических наук И.А. Рапопорт.
Мне досталось счастье быть учеником Николая Константиновича Кольцова. Студентом я восторженно слушал его удивительные лекции по курсам общей биологии и систематической зоологии. Прошел памятный всем его ученикам большой зоологический практикум, блестяще Кольцовым придуманный и организованный. Окончил биологическое отделение физмата МГУ при кафедре Николая Константиновича по специальности физико-химическая биология — годы моей учебы совпали с кратким временем, когда на кафедре существовала эта специализация. Наконец, три года аспирантуры по этой же специальности в Институте экспериментальной биологии, любимом создании Н.К. Кольцова, уже необратимо, закрепили в мышлении кольцовское начало, столь знакомое его ученикам и сотрудникам и оказавшее огромное влияние на формирование сегодняшней отечественной биологии. Суть этого начала кратко сформулировать нелегко, как нелегко выразить в двух словах основу и любой другой подлинно научной школы.
Николай Константинович по образованию был зоологом. В Московском университете он учился у академика М.А. Мензбира, известного своими трудами по сравнительной анатомии животных, и первые исследования Кольцова были сделаны в этой же области.
И его первая студенческая работа «Развитие таза у лягушки», и тем более выполненный вскоре после окончания университета ныне классический труд «Развитие головы у миноги» выделялись среди сравнительно-анатомических исследований того времени, хотя они были выполнены в традициях описательной морфологии. Николай Константинович уже тогда увлекся новыми направлениями, рождавшимися в биологии в последние годы прошлого столетия.
Этими новыми направлениями были экспериментальная эмбриология, экспериментальная цитология, генетика и физико-химическая биология. Не просто описывать структуру или функции живого организма, а проникать в его механизм, выяснять причинную обусловленность основных явлений жизни посредством эксперимента, который так много дал для развития физики, химии и других наук о неорганической природе, — вот какую задачу ставили себе биологи новой формации. Их основные надежды были связаны тогда с успехами коллоидной химии, которая, как им казалось, позволит разобраться во многих свойствах «полужидкой» протоплазмы, основного субстрата жизни. В частности, успехи изучения осмотических процессов уже открыли возможность использовать полупроницаемость клеточных мембран и воздействовать на клетку, изменяя ионный состав среды.
Если современный читатель, не искушенный в истории науки, решит знакомиться с трудами по физико-химической биологии первой четверти нашего века, он наверняка будет шокирован упрощенными представлениями об основных жизненных процессах и возможных методах раскрытий загадок жизни. И однако позволительно спросить, кто больше делает для науки — энтузиасты, в своих увлечениях упрощающие задачу, или скептические эрудиты, видящие всю сложность явления, видящие ограниченность средств его изучения и не делающие поэтому ни шагу вперед?..
Да и не так уж слепы в своем увлечении были зачинатели физико-химической биологии. Когда немецкий физиолог Рудольф Гебгр в 1902 году выпустил книгу «Физическая химия клетки и ткани» (этот труд тридцать лет был настольным для приверженцев физико-химической биологии), он оснастил его таким эпиграфом из «Космоса» Александра Гумбольдта:
«В обычае тех, кто охотно водит на вершины гор, представлять своим спутникам путь более торным и приятным, чем это оказывается в действительности, и восхвалять вид с гор, даже когда они предвидят, что все вокруг будет укутано облаками. Они знают, что воздушная даль содержит таинственные черты, оставляющие чувственное впечатление бесконечного, картина, которая оказывает глубокое и возбуждающее влияние на ум и чувства».
И разве не должны мы оценить бесстрашие, например, такой постановки задачи биолога-исследователя, какую провозгласил в первые годы нашего века борец с витализмом Жак Лёб:
«...Задача всякого научного работника сводится к двум пунктам: во-первых, к определению независимой переменной изучаемого явления, во-вторых, к выработке формулы, позволяющей вычислить значение функции для всякого значения аргумента».
Ж. Лёб был поистине великим оптимистом. Он столь беспредельно верил в силу и значение науки, что дошел до такого утверждения:
«...Если бы наши законодатели получили естественно-историческое образование, они никогда не допустили бы, чтобы общие источники энергии, как залежи нефти и угля, сила падения воды и проч., составляли частную собственность. Все эти запасы энергии составляют общее достояние, как кислород воздуха или лучистая энергия солнца».
Мысли и дела ученого с дистанции в полвека можно оценивать по-разному. Можно говорить, что Лёб не учитывал социальные факторы. Что он был ярким представителем механического материализма и упрощал значение специфических особенностей биологических объектов и т.д. — все это будет верно. Но можно вспоминать о нем и о других ученых этого направления с благодарностью за то, что они смело утвердили в умах идею познаваемости биологических явлений методом эксперимента. За то, что они подорвали позиции витализма. За их святую веру в могущество науки, в ее способность преобразить мир.
Эта вера, этот великолепный оптимизм в высшей степени был присущ и Кольцову.
Еще во вступительной главе своей книги «Исследования о спермиях десятиногих раков в связи с общими соображениями относительно организации клеток» (1905), которую Кольцов не без основания считал главным трудом своей жизни, он писал: «...достигла особенного развития молодая наука — физическая химия, некоторые главы которой, в особенности учение об осмотическом давлении, приобрели чрезвычайно важное значение для биолога... только знакомство с учением об осмотическом давлении дает гистологу возможность исследовать в неизмененном или малоизмененном виде клетки животного организма».
В начале века многие биологические проблемы, естественно, представлялись Кольцову более простыми, чем мы их видим сегодня. И все-таки даже в самых ранних работах он возражал против односторонних и упрощенных представлений, согласно которым клеточная структура живого вещества сводилась только к физическим свойствам коллоидов (что было у Ж. Лёба). Уже в 1905 году, опираясь на свой опыт цитолога и экспериментатора, Кольцов доказывал другое: «самое представление о протоплазме как о живом веществе есть понятие отвлеченное» искусственное; реальное значение имеет только понятие о клетке как о живом механизме».
Теперь мы вместо «механизм» сказали бы «система».
На основе экспериментов Кольцов пришел к выводу, что клетки состоят из двух фаз: жидкой коллоидной протоплазмы и твердых фибрилл, придающих клетке определенную четкую структуру. Этот «кольцовский принцип» строения клетки в его конкретном выражении теперь уже потерял свое значение, но все последующее развитие цитологии подтвердило и развило основную мысль Кольцова о том, что ареной жизни могут быть только структурные образования.
В 1911 году Кольцов собственноручно выполнил блестящие для своего времени экспериментальные исследования о влиянии электролитов на сократительный аппарат простейших (инфузорий) и зависимости биологической активности разных ионов от их физико-химических свойств. Позднее он изучал влияние ионов на раздражимость пигментных мускульных и железистых клеток.
В одной из своих классических работ 1915 года Кольцов установил, что такой важный биологический процесс, как фагоцитоз, зависит у простейших от концентрации водородных ионов в среде. И это было сделано, когда представление кислотности среды как о концентрации водородных ионов и сам водородный показатель (рН), предложенный Серенсеном в 1909 г., еще не сделались общеупотребительными в среде биологов. Сам Кольцов еще не пользовался понятием рН — он исчислял концентрацию водородных ионов в долях моля.
Поднятая им проблема зависимости биологических процессов от реакции среды стала главной в исследованиях лаборатории физико-химической биологии Института экспериментальной биологии, — ею заведывал С.Н. Скадовский. Итогом многолетней работы был том трудов под редакцией С.Н. Скадовского «Применение методов физической химии к изучению биологии пресных вод» — важное подтверждение того, что физико- химическое направление Н.К. Кольцова получило продолжение в делах его учеников и сотрудников. И однако научные горизонты Кольцова не были ограничены перспективами физико-химической биологии. Он вполне справедливо считал ее одним из равноправных направлений биологических исследований. Первым направлением изучения избранного им объекта он провозгласил исторический или сравнительно-морфологический аспект: как данный живой объект возник в процессе эволюции. Вторым — аспект биофизический, а точнее, физико-химический. И третьим — физиологический. Такой подход предусматривал всестороннее изучение биологических явлений с применением всего арсенала экспериментальных методов. Кольцов всегда стремился именно к синтезу и к тому, что ныне принято называть «стыком наук». Физико- химической биологии в этой системе отводилась важная, но подчиненная роль, — именно такой взгляд на вещи и выделял Кольцова среди биологов.
Стремление к синтезу знаний, накапливаемых разными биологическими дисциплинами, пронизывало всю деятельность Кольцова. Круг его интересов был огромен. А его работоспособность и память потрясали: он всегда знал, что происходит в различных, иногда, казалось бы, далеких одна от другой областях биологии. Его знания были энциклопедическими, а взгляды на явления жизни невероятно широки — именно это и послужило предпосылкой того, что именно, он, Кольцов, первым сформулировал представление о хромосоме как о гигантской молекуле, создал блестящую гипотезу о матричном принципе воспроизведения вещества-носителя наследственности и вслед за гарвеевским «omne vivum ex vivo» — «все живое из живого», вирховским «omnis cellula e cellula» — «каждая клетка от клетки» провозгласил блестящий принцип «omnis molecula ex molecula» — «каждая молекула от молекулы».
Этот принцип возвестил рождение науки будущего — сегодняшней молекулярной биологии.
Доктор биологических наук
Г.Г. Винберг
См. также:
Академик Николай Константинович Кольцов (1965 №5)
Кольцов, каким я его помню
Мощное древо Кольцова. Московские корни биологии XXI века (2001 №7)
Старая и новая наука Николая Кольцова (2018 №12)