Книга: Следопыты в стране анималькулей

Волшебная дверь

Злые, упорные ветры мечутся над пустыней Шаргын-Гоби, поднимая тучи колючего песка. Здесь нестерпимая жара летом, трескучие бесснежные морозы зимой.

Редко кто отваживался пересечь этот неприветливый край. Поэтому жители Западного Китая были несказанно удивлены, когда из Шаргын-Гоби к границам их отечества пришли с небольшим караваном отощавших верблюдов не виданные никогда ранее люди. Говорили они на непонятном языке, еле двигались от усталости и голода, одежда их висела лохмотьями, словно у нищих…

Так почти семьсот лет назад венецианец Марко Поло и его спутники первыми из европейцев проникли в континентальный Китай сухопутным путем — через пустыни и полупустыни Средней и Центральной Азии.

После многолетнего изнурительного и опасного путешествия европейцы оказались в стране, поразившей их воображение. Словно волшебная дверь неожиданно распахнулась перед ними и привела их в иной, сказочный мир.

Они нашли здесь развитую культуру, увидели крупные торговые города, прекрасные дороги и мосты, роскошные дворцы и парки. Они познакомились с жизнью незнакомого, талантливого, многомиллионного народа.

Когда Марко Поло, пробыв много лет в Китае, вернулся на родину и рассказал обо всем, что видел и узнал, его подняли на смех, объявили выдумщиком и шарлатаном. Никто не хотел верить, что могут существовать на земле миллионы людей, остававшихся до сего времени неизвестными.

Подобная история, только совсем с другим результатом, произошла с людьми, первыми проникшими в мир незримых существ.

Ведь трудно было поверить в то, что есть животные, каждое из которых в тысячу раз меньше самой крошечной пылинки.

Над «червячками» Кирхера и «маленькими животными» Левенгука вначале добродушно посмеивались, как над плодом досужей фантазии, рассказывали о них забавные истории, сочиняли анекдоты. Потом, когда пошли слухи, что невидимок отыскали повсюду: и в капле воды, и во рту человека, и на пылинках, носящихся в воздухе, — решили, что это уж слишком неправдоподобно.

Нашлись люди, которые объявили охотников за невидимками бессовестными лжецами. Другие пытались убедить исследователей, что открытый ими новый мир — только обман зрения. Такие недоверчивые люди были во все времена. Даже знаменитый французский философ Вольтер, живший в XVIII веке, утверждал, что люди, которые возятся с микроскопами, занимаются рассматриванием «пятен в собственных глазах».

Но ни нападки научных противников, ни насмешки сомневающихся не обескураживали тех, кто с помощью микроскопа путешествовал в мире невидимок. Ведь сами-то микроскописты хорошо знали, что открытый ими мир не плод воображения, что он существует на самом деле. Неустанно отыскивали они повсюду таинственные маленькие создания. Их стали называть микробами, микроорганизмами, микроскопическими существами.

Ряды охотников за микробами росли. Уже десятки ученых сидели за микроскопами, зарисовывали невидимок, пытались возможно подробней описать их внешний вид, их поведение в капле воды.

Смотреть в микроскопы стало таким же модным занятием, как в свое время рассматривать насекомых через «блошиное стекло». Мастера-оптики шлифовали стекла и делали микроскопы на вкус различных потребителей. Появились микроскопы дешевые — картонные и очень дорогие — серебряные и золотые, с затейливым орнаментом.

Из орудия науки микроскоп превращался в забавную игрушку, на которую был большой спрос. Поэтому мастера меньше всего думали об улучшении качества своих микроскопов, которые по-прежнему давали недостаточно четкое изображение и сравнительно небольшое увеличение.

Такие микроскопы мало чем могли помочь исследователям. До боли в глазах смотрели они в свои стекла, пытаясь проникнуть в тайны мира невидимых существ. И бывало, что сомнения овладевали ими. Иные даже спрашивали себя: да, быть может, они и впрямь не живые, эти «маленькие животные»?

Ведь те, кто утверждает обратное, приводят немало веских доводов.

«Вы считаете своих „маленьких животных“ живыми, — говорят они, — только потому, что эти животные движутся и иногда заглатывают друг друга. Но если внимательно проследить за каплей масла в содовом растворе, то можно увидеть примерно то же самое. Капелька переползает с места на место и вбирает в себя, заглатывает разные соринки, которые попадаются на ее пути».

«Но ведь маленькие животные не только движутся и питаются — они растут за счет усвоенной пищи», — возражали микроскописты.

А их противники опровергали и это.

«Возьмите, — советовали они, — горсть кристаллов медного купороса, — квасцов или поваренной соли. Бросайте кристаллы одного из этих веществ в стакан с горячей водой до тех пор, пока часть кристаллов уже не будет растворяться, и поставьте стакан на солнце. Потом возьмите еще один маленький кристаллик, привяжите его к нитке и опустите в стакан с насыщенным раствором так, чтобы, находясь в растворе, он не падал на дно и не касался стенок стакана. Через несколько дней, вытянув нитку из стакана, вы убедитесь, что маленький кристаллик сильно вырос. Если его снова опустить в стакан, он вырастет еще больше».

«Всем ясно, что и капля масла и кристалл — тела неживые, — соглашались исследователи незримого мира. — Но в том-то и дело, что между ростом кристаллов и ростом живых существ имеется большая разница. Кристалл растет за счет веществ, растворенных в воде — эти вещества присоединяются к кристаллу, и он увеличивается в размерах, — а пища, которую поглощают живые существа, не присоединяется к ним, а перерабатывается коренным образом внутри их тела. Сначала она разлагается на составные части, а затем идет на поддержание сил организма или на образование новых сложных веществ, из которых организм построен».

Но, если «маленькие животные» действительно живые, как это доказать? Ведь для этого надо знать их особенности, знать, как они живут и размножаются.

Можно ли ответить на эти вопросы?

«Сначала надо, — решили ученые, — разобраться в массе этих крошечных существ, распределить их по сходным группам. Ведь именно так поступили с растениями».

Было время, когда древний человек знал только несколько сот разных растений. А в XVIII веке их знали уже более двадцати тысяч.

С накоплением знаний о природе появилась и потребность разобраться в массе растений, населяющих землю. Надо было выведать у растения, как оно питается, растет, размножается. Сначала попытались разбить растения на группы по внешним сходным признакам.

Растения делили на деревья, кустарники, травы. Но потом оказалось, что одно и то же растение в одних условиях можно встретить в виде кустарника, а в других — в виде дерева. Ива, растущая по берегам северных рек, — кустарник. А на юге ива растет в виде большого ветвистого дерева. Знакомые всем папоротники — это трава, прячущаяся в тенистых местах, под кронами высоких деревьев. А в жарких странах, в тропических джунглях, есть большие древовидные папоротники. Выходит, что деление растений на деревья, кустарники и травы не могло помочь ученым.

Тогда попробовали делить растения на листопадные и вечнозеленые, культурные и дикорастущие, цветущие и не цветущие. Но такое деление было очень сложно, да и не отражало действительности. Найдет ученый-путешественник дикую яблоню где-нибудь в горах Средней Азии, опишет ее и даст ей научное название, а другой в это время описывает культурную садовую яблоню и дает ей уже другое название. И многим невдомек, что это растения одного вида. В результате получалась невероятная путаница.

И вот шведский ученый Карл Линней нашел выход из положения. Наблюдая природу, он заметил, что все растения можно разделить на две большие группы: цветковые и бесцветковые. Примером бесцветковых могут быть папоротники, плауны и наши хвойные деревья. А цветковых гораздо больше. Среди них есть и деревья, и кустарники, и травы. Но и для них Линней отыскал один общий признак: все цветковые растения размножаются с помощью цветков.

Цветки у различных растений устроены по-разному, но обычно все имеют зеленую чашечку, венчик, сложенный из ярких лепестков, тычинки и пестик. Правда, бывают цветки без яркой окраски, а иногда и без лепестков вовсе, но тычинки и пестик есть всегда. Это общий, обязательный признак всех цветковых растений. И Линней по цветкам, по количеству тычинок распределил все известные ему растения на виды, роды и семейства. Такой способ деления растений оказался удобным и получил название системы Линнея. В ботанике — науке, изучающей растения, — был наведен порядок.

В наведении такого порядка в своей науке нуждались и исследователи невидимого мира. Много раз пытались они систематизировать жителей капли воды, разделить их на группы по каким-то общим признакам. И каждый раз отступали перед великим многообразием существ, населяющих этот странный мир.

Даже сам Линней, просидев немало дней за микроскопом, наконец махнул рукой и предложил всех микробов назвать одним общим именем «хаос».

«Видимо, бог, создавая этих „маленьких животных“, — заявил Линней, — имел в виду сохранить эту область жизни в тайне от человека».

Исследователи стояли у волшебной двери в новый, только что открытый ими мир. Но дверь была слишком узкой, в нее удавалось увидеть слишком мало подробностей.

Чтобы раздвинуть границы познания нового мира, нужно было прежде всего усовершенствовать микроскопы.

Именно в эти годы на научном небосклоне засияла новая яркая звезда, развернулся многогранный гений отца русской науки — Михаила Васильевича Ломоносова. Умея видеть далеко вперед, он понял, что микроскоп не игрушка, пригодная лишь для забавных «курьезных» опытов. В микроскопе Ломоносов разглядел инструмент, который может стать могучим орудием исследования природы.

Если бы можно было перенестись на двести лет назад и оказаться в Петербурге в 1760 году, мы бы не упустили случая побывать в Академии наук и посмотреть, как работали ученые того времени.

Путешествовать в прошлое можно. Конечно, лишь с помощью собственного воображения, заручившись предварительно всем необходимым: воспоминаниями людей, живших в давно прошедшие времена, трудами ученых-историков, старыми чертежами, рисунками и приборами, хранящимися в музеях.

Располагая таким «снаряжением», мы сможем довольно точно представить себе знаменитую химическую лабораторию Ломоносова.

Не думайте, что она была похожа на современные светлые, сверкающие стеклом и никелем химические лаборатории. Совсем нет. Химическая лаборатория Ломоносова была в низком, полутемном помещении с тяжелыми арочными сводами над головой. Вместо сверкающей химической посуды на полках стояли ряды грубых глиняных и стеклянных реторт, вместо легких бесшумных газовых горелок — большие чугунные сковороды, а на сковородах — раскаленные угли, раздуваемые при помощи кузнечных мехов.

Ученый-химик также не похож на современного. Он в малиновом кафтане, в чулках и туфлях, в длинном напудренном парике. Это Ломоносов. Возле него на маленьком столике стоит примитивный микроскоп, похожий на игрушечную мортиру.

Вокруг ученики. Они в таких же кафтанах и париках, а возрастом едва ли многим моложе своего учителя.

Ломоносов помещает под микроскопом стеклышко с каким-то предметом, и его громкий голос гудом гудит под низкими сводами лаборатории.

— Посмотрите в сей микроскоп на тоненькую шелковинку и вы увидите, что она состоит из девяноста пяти еще более тонких шелковинок. Эти шелковинки, как и шерстяные, и льняные, и пеньковые волокна, представляют собой полые трубки. При окрашивании волокон жидкость, которая находится внутри трубок, испаряется и замещается частицами краски.

Ученики по очереди приникают глазом к стеклам микроскопа и убеждаются, что все выглядит именно так, как говорит учитель.

— Посмотрите на искры, высекаемые из огнива, — продолжает Ломоносов. — Они покажутся вам частицами металла или стеклянными шариками. И это правильно, ибо искры не что иное, как раскаленные частицы стали или крупинки расплавленного кремня.

И вновь великовозрастные ученики выстраиваются в очередь возле микроскопа.

С удивлением разглядывают они срезы с зерен ржи, вишневой ягоды, зеленых листьев, пробки, древесины и видят, что все растительные ткани состоят из бесчисленного множества «пузырьков» — клеток. Но ведь все это имели возможность наблюдать и другие микроскописты. А Ломоносов хочет пойти дальше, расширить область применения микроскопа. Первым в мире он использовал этот инструмент для химических исследований.

Ученики Ломоносова могли быть уверены, что, кроме них, никто еще не видел таких чудес, как появление и рост мельчайших кристаллов в растворе солей и разложение медной проволоки в азотной кислоте.

Но сам Ломоносов недоволен микроскопом. Для исследований, которые он задумал, нужны приборы, дающие более крупные и более четкие изображения. По его инициативе в академических мастерских начинаются работы по созданию таких инструментов.

В 70-х годах XVIII века академические мастерские возглавлял замечательный механик-самоучка и изобретатель, бывший часовщик из Нижнего Новгорода, Иван Петрович Кулибин. Ему вместе с мастером Иваном Ивановичем Беляевым и принадлежит честь создания нового микроскопа. Кулибин, Беляев и член русской Академии наук профессор Леонард Эйлер долгое время изучали свойства, достоинства и недостатки микроскопов различных систем, которыми располагала Академия наук.

Были здесь простые микроскопы, подобные микроскопу Левенгука, то есть двояковыпуклые линзы в оправе. Широко применялись карманные и ручные микроскопы с двумя линзами, вставленными в концы короткой раздвижной трубки с ручкой. Такие микроскопы давали увеличение до четырехсот раз. Были еще удивительные плавленые стеклянные шарики, увеличивающие предмет в девятьсот раз.

Однако наибольшее внимание русских мастеров привлекали сложные микроскопы. Это были усовершенствованные схемы микроскопов английского ученого Роберта Гука, который в свое время так содействовал славе Левенгука. Во всех этих микроскопах в концы медной трубки вставлены две линзы. Двояковыпуклая линза обращена к исследуемому предмету или, как говорят, «объекту» исследования, и называется поэтому «объектив». Вторая линза, плосковыпуклая, называется «окуляр» и обращена к глазу наблюдателя. Трубку с линзами уже не надо держать в руках, которые всегда немного дрожат. Трубка укреплена на подставке так, что ее удобно ставить на стол. К той же подставке, под трубкой, приделана пластинка с отверстием посередине. Она служит столиком, на который кладут рассматриваемый предмет. А через отверстие в пластинке этот предмет освещают снизу пучком света при помощи еще одной линзы или круглого зеркальца. Такие микроскопы дают изображения увеличенные и перевернутые. Предмет виден на светлом поле. Он кажется темным, окрашенным и всегда несколько расплывчатым.

Еще Роберт Гук, пытаясь добиться четкости изображения, добавил в свой микроскоп третью двояковыпуклую линзу, которую поставил между объективом и окуляром. Эта линза, правда, несколько уменьшала изображение, но зато делала его более четким.

Но и самые совершенные микроскопы того времени были далеки от требований, которые предъявляли к ним ученые-исследователи.

Сколько ни старались изобретатели микроскопов, они все же не могли сделать свои инструменты совершенными. Каждая точка, рассматриваемая в микроскоп, по-прежнему изображалась в виде кружка. А так как каждый предмет состоит из многих точек, то в изображении кружки накладывались друг на друга. В результате изображение предмета получалось не резким, расплывчатым.

Каковы же причины этого явления? Прежде всего надо найти ответ на этот вопрос, решили Эйлер, Кулибин и Беляев.

Они проделали сотни опытов, испробовали десятки различных комбинаций двояковыпуклых, плосковыпуклых и вогнутых линз. А ответ-то оказался очень прост.

Оказалось, что каждая точка изображается под микроскопом в виде кружка потому, что несовершенны сами линзы. Ведь световой луч состоит из лучей различного цвета. В стеклянной призме они преломляются по-разному, и белый луч разлагается на многоцветную радугу. То же самое получается и в линзах микроскопа. Лучи света, идущие от рассматриваемого объекта, преломляются в них по-разному, и изображение получается расплывчатое, с радужным ореолом.

Но, когда известна причина, уже легче устранить ее последствия. И Леонард Эйлер предложил делать линзы из двух сортов стекла, по-разному преломляющих световые лучи. Такие линзы соединяли преломляющие лучи в один общий пучок.

Кулибин и Беляев создали по чертежам Эйлера первый микроскоп нового типа, не имевший недостатков, которыми отличались его предшественники. В дальнейшем такие микроскопы стали изготовлять во всех странах Европы.

Для ученых-исследователей микроскопы стали волшебной дверью в таинственный мир невидимок.