Жизнь сосредоточена в клетках

Теодор Шванн (Theodor Schwann) – знаменитый немецкий биолог. Родился 7 декабря 1810 г. в Нейсе, близ Дюссельдорфа. Его дед и отец были ювелирами. Позже отец Шванна открывает типографию. Семьдесят лет спустя в этой типографии печатается юбилейный сборник, посвящённый сорокалетию профессуры Теодора Шванна.

По окончании начальной школы, десяти лет, Шванн поступает в прогимназию в Нейссе, а шестнадцати лет переходит в иезуитскую гимназию в Кёльне. Семья Шванна всегда отличалась религиозностью, это, вместе с воспитанием в иезуитской школе, наложило отпечаток на Теодора Шванна, и позже остававшегося ревностным католиком. В гимназии Шванн проявлял значительный интерес к математике и физике.

По окончании гимназии он поступает на философский факультет Боннского университета, готовясь к духовной карьере. Однако склонность к естественным наукам побеждает, и Шванн переходит на медицинский факультет того же университета. На этот выбор, да и вообще на значительный период его дальнейшей жизни, оказала влияние встреча с Иоганнесом Мюллером, получившим тогда профессуру в Боннском университете. Шванн становится ревностным поклонником Мюллера, посещает его лекции и помогает ему в постановке опытов. Таким образом, мюллеровская школа началась для Шванна еще в студенческом периоде.

Осенью 1831 г. Шванн переходит в Вюрцбургский университет, где лучше были поставлены клиники. В апреле 1833 г. он переезжает в Берлин, где к этому времени Мюллер получил кафедру. В 1833 г. Шванн оканчивает университет и, по совету Мюллера, темой для диссертации берет исследование значения кислорода для развития куриного зародыша. Шванн выясняет, что следы развития могут иметь место и в бескислородной среде, но при отсутствии кислорода развитие приостанавливается на ранних стадиях.

Защитив в 1834 г. диссертацию, Шванн занимает у Мюллера место сотрудника анатомического музея. Пять лет остается Шванн в этой должности, напряженно работая под руководством своего учителя, а впоследствии и самостоятельно. Эти пять лет принесли Шванну всемирную славу; за этот период он выполняет и свои замечательные микроскопические исследования.

Генле, старший товарищ Шванна по лаборатории, делится воспоминаниями о Шванне в берлинский период его жизни: «Я вижу его перед собою, человека среднего роста, с бритым лицом, имеющим почти детское и неизменно ясное выражение, с гладкими, но зачесанными кверху темно-русыми волосами, в окаймленном мехом шлафроке, в узкой, несколько мрачной задней комнате второго этажа ресторана (менее чем второго ранга) на углу Фридрих и Моренштрассе, в комнате, которую он не покидал много дней подряд, окруженный немногими книгами, но зато бесчисленными колбами, бутылками, склянками с реактивами и самодельными примитивными аппаратами».

В 1838 г. Шванн назначен профессором анатомии в Лувене (Бельгия), затем работал в Льежском университете (1848-1878).

Первые научные работы Шванна касаются вопросов физиологической химии, преимущественно искусственного пищеварения, причём он впервые доказал, что действующим фактором при пищеварении служит не слизь, выделяемая слизистой оболочкой желудка, а неизвестное до тех пор вещество - пепсин; в то же время он впервые нашёл аналогию между процессами пищеварения и спиртового брожения. Тогда Шванн не мог решиться присоединить к этим двум процессам и процесс гниения, который он рассматривал в духе времени с точки зрения витализма; лишь впоследствии он опровергнул возможность произвольных процессов в природе, чем и проложил путь к современным взглядам в области биологии. Доказав экспериментальным путём органическую природу ферментов гниения и брожения (открытую в одно и то же время и французом Латуром), Шванн посвятил себя исследованиям в области гистологии, создавшим его всемирную славу.

Как гистолог Шванн известен работами по тонкому строению кровеносных сосудов, гладких мышц и нервов. Он установил клеточное строение спинной хорды, стенок кровеносных сосудов, мускулов, хряща и др.

Одновременно Шванн изучает физиологию мышечного сокращения с помощью сконструированных им «мышечных весов». Дюбуа-Реймон писал, что это была первая работа, где жизненные силы были изучены с чисто физической точки зрения и нашли математическое выражение.

В 1838 г. описал тонкую оболочку, окружающую нервные волокна

(„Шваннова оболочка").

Молодой Шванн поражал своим трудолюбием и це¬леустремленностью даже умудрённых исследователей. Открытий, сделанных им всего за пять лет, хватило бы не на одну трудовую жизнь учёного. Он занимался самыми различными исследованиями: например, изучая физиоло¬гию пищеварения, обнаружил в желудочном соке особое вещество, переваривающее пищу, которое назвал «пеп¬син». Это открытие он сделал, когда ему было 26 лет. Че-рез год им были открыты дрожжевые грибки (правильнее будет сказать— заново открыты). Истории науки извес¬тны случаи, когда разные исследователи приходили к оди¬наковым результатам почти в одно и то же время. В 1836— 1837 гг. независимо друг от друга немецкие ботаники Ф.Т.Кютцинг и М.Шлейдон разгадали тайну брожения.

Рассматривая дрожжи под микроскопом, Шванн ус¬тановил, что они представляют собой живые организмы. И тогда молодой учёный решил попытаться найти неоспо¬римое доказательство того, что дрожжи являются истин¬ной причиной брожения. С этой целью он стал проводить многочисленные опыты.

Когда Шванн нагрел бродившую жидкость до высокой температуры, процесс брожения прекратился. Вероятно, это произошло потому, что высо-кая температура убивает дрожжевые грибки. В таком слу¬чае только живые дрожжевые грибки преобразуют сахар в спирт. При брожении образуется углекислый газ (тот самый газ, благодаря которому вода становится газиро-ванной, в хлебе при выпечке образуются поры, а в пиве — пена). В результате своих опытов Шванн пришел к выво¬ду, что углекислый газ образуется только там, где присут¬ствуют дрожжи.

Как и его предшественник Кютцинг, он заявил: «Дрожжи — живые клетки. Они растут, размно¬жаются и преобразуют сахар в спирт и углекислый газ».

Это заявление молодых неизвестных учёных опровер¬гало теорию немецкого химика Либиха, который считал, что брожение является результатом чисто химического процесса, при котором сахар преобразуется в спирт. Ли¬бих пользовался большим авторитетом среди европейс¬ких химиков, и его слова сомнению не подвергались. По¬этому учёные встретили сообщение Шванна отчасти рав¬нодушно, а отчасти даже с некоторым пренебрежением.

В это время ему посчастливилось встретиться с хорошо тогда известным в научном мире М.Шлейденом, идеи ко¬торого будоражили воображение многих естествоиспы¬тателей. Встреча состоялась в октябре 1838 г. Вскоре Шлейден и Шванн стали друзьями. Шлейден обосновал свою клеточную теорию для растений. Но оставались ещё животные. Шванн решил своими исследованиями отве¬тить на вопрос о том, можно ли говорить о едином для всего живого законе клеточного строения.

Изучая зародыши и ткани животных, учёный обнару¬жил в них образования, напоминающие растительные клетки. Он поделился своими мыслями со Шлейденом. Следует сказать, что, занимаясь исследованиями в обла¬сти биологии, оба учёных часто обменивались мнениями по возникающим вопросам. Шлейден не видел принципи¬альной разницы в строении животных и растений. Обсуж¬дая вопрос о предполагаемой клеточной структуре тканей животных, Шванн и Шлейден всё больше убеждались в правильности своих предположений. Нужны были мно-гочисленные доказательства. Лаборатория, микроскоп, срезы заполнили всё существование Шванна. Шлейден дал ему в руки хороший компас — искать ядра клеток. Ядро было постоянной частью и животных клеток. Шванн в своей работе применил приём Шлейдена — сначала ис¬кать ядра клеток, затем оболочки. Он умело использовал все методические приемы Шлейдена, например, следил за постепенным развитием органов.

В кратчайший срок — всего за год — Шванн закон¬чил свой титанический труд. В книге «Микроскопичес¬кие исследования» учёный обобщил результаты всех сво¬их прежних работ. Этот труд, вышедший в свет в 1839 г., познакомил научный мир со многими данными, ранее со¬вершенно неизвестными науке. Главная идея книги, ко¬торая вызвала революцию в биологии, была такой — жизнь сосредоточена в клетках!

Теодор Шванн был первым учёным, который установил, что клетка является тем микроскопическим элементом, из которого состоят все живые ткани, все органы и все микроскопические живые существа. Он выдвинул гипотезу, что растения и животные развиваются на одинаковой основе, что закон строения клеток у них один и тот же.

Клеточная теория Шванна включала три главных положения:

теорию образования клеток, доказательство клеточного строения всех организмов, распространение этих двух положений на рост и развитие растений и животных. Многие учёные-микроскописты (Р. Гук, М. Мальпиги, К. Вольф и др.) наблюдали клетки и даже клеточные ядра (Ф. Фонтана, 1781). Но эти учёные были далеки от осмысления своих наблюдений. Только Шванн понял, что клетки, которые он вначале считал полыми пузырьковидными образованиями, являются главным элементом построения всех живых тканей.

Наряду с законом сохранения и превращения энергии и эволюционной теорией, клеточная теория входит в число "трёх великих открытий".

Вместе со М. Шлейденом Шванн долго проверял при помощи микроскопа правильность этих предположений. В 1839 г. Шванн опубликовал работу "Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений". Этот труд вызвал переворот в биологии и сделал известными обоих учёных. Творцом первоначального понятия "клетка" был англичанин Роберт Гук (1635 - 1703), но создателями клеточной теории стали Шлейден и Шванн.

Труды Шванна относятся к различным областям биологии: действие кислорода на развитие птиц из яйца, процесс гниения, брожение с участием дрожжевых грибов; открыл пепсин (пищеварительный фермент) в 1836 году, изучал клеточное строение хряща и хорды под микроскопом на личинках земноводных, на базе работ М. Шлейдена разработал клеточную теорию.

Данное положение вошло в большинство учебников биологии под названием клеточной теории Шлейдена-Шванна. Однако это не совсем верно. Дело в том, что изу¬чением строения тканей живых организмов занимались и другие учёные, чьи исследования способствовали фор¬мированию клеточной теории, выдвинутой впоследствии Шлейденом и Шванном.

Биография Шванна своеобразна и поучительна. Его заслуги в области биологии не ограничиваются созданием клеточной теории. Шванн делает ряд физиологических и гистологических открытий, каждое из которых само по себе могло бы дать известность учёному. Все они были сделаны Шванном на протяжении пяти лет, в то время как его научнопедагогическая деятельность продолжалась около пятидесяти лет. В течение пяти лет берлинского периода своей работы Шванн проявляет себя как научный гений, в течение сорока с лишним лет последующей профессорской деятельности - это скромный профессор провинциального университета.

М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно считали, что клетки в организме возникают путем новообразования из первичного неклеточного вещества. Это представление было опровергнуто выдающимся немецким ученым Рудольфом Вирховым. Вирхов, ученик Мюллера, изучал медицину в Берлине и специализировался на гистологии патологических тканей.

Он сформулировал (в 1859 г.) одно из важнейших положений клеточной теории: "Всякая клетка происходит из другой клетки", утвердив мнение о преемственности образования клеток. "Там, где возникает клетка, ей должна предшествовать клетка, подобно тому, как животное происходит только от животного, растение - только от растения". Благодаря созданию клеточной теории стало понятно, что клетка - это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Она их главный компонент в морфологическом отношении, так как именно из клеток состоят ткани и органы.

Изобретенный в 30-х годах XX в. электронный микроскоп, дающий увеличение до 10 в 6-ой степени раз, позволяет увидеть взаимное расположение компонентов клеток. Было выявлено удивительное сходство в тонком строении клеток разных организмов. Все клетки покрыты оболочкой - плазматической мембраной. Эукариотические клетки (содержат ядро) - информационный центр, в котором находятся хромосомы. Количество и форма хромосом у каждого вида

организмов строго специфичны. В них записана наследственная (генетическая) информация обо всех структурах и функциях отдельной клетки и всего организма в целом. Ядерная оболочка отделяет генетический материал от остальной части клетки - цитоплазмы . Цитоплазма представляет собой вязкую жидкость. В нее погружены органеллы - внутриклеточные структуры, имеющие определенную форму и выполняющие специфические функции. Некоторые органеллы являются "фабриками" по созданию веществ, необходимых самой клетке, другие работают "на экспорт". Есть органеллы, выполняющие функции мусорщиков,- в них разрушаются соединения, не нужные клетке в данный момент. "Энергетические" органеллы трансформируют один вид энергии в другой, необходимый клетке, например энергию солнечного излучения в энергию химических связей. Несмотря на принципиальное сходство внутренних структур, клетки могут очень сильно отличаться по размеру и форме. Нервные клетки имеют причудливую форму с многочисленными отростками, некоторые из них могут быть длиннее 1 м. Клетки объединяет способность к обмену веществ и энергии, росту, развитию, размножению, к реакции на раздражения из внешней среды. Иначе говоря, они обладают всеми признаками и свойствами, необходимыми для поддержания жизни.

Основные положения клеточной теории на современном уровне развития биологии можно сформулировать следующим образом: Клетка - элементарная живая система, основа строения, жизнедеятельности, размножения. Вне клетки жизни нет. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток. Клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу. Рост и развитие многоклеточного организма - следствие роста и размножения одной или нескольких исходных клеток. Клеточное строение организмов - свидетельство того, что все живое имеет единое происхождение.

После морального кризиса, который Шванн пережил в 1838 г., у него проявились признаки невроза и его научная смелость потерялась в попытках соединить научное миропонимание с религиозной мистикой. Однако речь, произнесенная Шванном на юбилее за два года до смерти, это - речь учёного, с задором отстаивающего «физическое», т. е. материалистическое понимание жизни. Чувствуется, что обстановка юбилея, в котором участвовал весь учёный мир, снова зажгла в престарелом учёном потухший факел его научного гения.

Шванн был членом Лондонского королевского общества (с 1879), Парижской Академии наук (с 1879), Королевской бельгийской академии наук, литературы и изящных искусств (c 1841).

Через три года после выхода на пенсию, 11 января 1882 г., Теодор Шванн скончался от апоплексического удара в Кёльне и был похоронен в семейной гробнице.

Бронзовая статуя Шванна установлена у входа в Институт зоологии Университета Льежа, Бельгия.