Ученые, философы и естествоиспытатели, пытались давно решить его и решали каждый раз сообразно степени развития современной науки. Естественно, что, пока науки естественные находились в младенчестве, и решения вопроса этого были крайне неудовлетворительны, не выдаваясь над уровнем догадок и смутных предположений. Только в то время, когда в конце XVIII в. химия сделала громадные успехи, можно было надеяться при посредстве ее приступить к серьезному обсуждению указанного нами выше вопроса, хотя окончательное его решение и теперь еще не предвидится.
В половине истекшего столетия большая часть ученых объясняла процессы органического мира механическими теориями. Так, Гейлс утверждал, что все движение питательных соков в растениях совершается под господством двух законов: испарения через листья и закона волосности. С развитием химии ученые пытались применить открытые ею законы и силы к объяснению совершающихся в растениях и животных процессов. Гумбольдт принадлежит тоже к числу исследователей, и притом самых выдающихся, которые искали помощи и ответа у химической науки.
В «Афоризмах» [1794] своих он делит тела природы на две группы: к первой он относит те, которые повинуются законам химического сродства, а ко второй – те, которые, не будучи им подчинены, соединены между собой иным образом. Так как Гумбольдт полагал, что различие это обусловливается не элементами и их естественными свойствами, а их распределением, то он и называет веществами неоживленными, недеятельными, как бы апатичными, те из них, которых составные части смешаны по законам химического сродства; напротив, к оживленным, или органическим телам он относил такие, которые, несмотря на постоянное стремление изменить свой вид, не изменяют его вследствие присутствия какой-то внутренней силы, сдерживающей их в этой первоначальной форме. Эту-то внутреннюю силу, разрушающую узы химического сродства и мешающую свободному сочетанию веществ, Гумбольдт называет «жизненной силой».
Пример уяснит мысль его. Возьмем известку и подвергнем ее действию углекислоты; от соединения их мы получим углекислую известь, которая не изменяется. Но если мы на это новое вещество нальем азотной кислоты, то углекислота улетучивается, а азотнокислая известь остается. Если мы опять на эту последнюю нальем серной кислоты, то она, вытеснив азотную, займет ее место, образовав опять новое вещество – гипс. Пример этот доказывает, что серная кислота отличается более сильным сродством к известке, чем азотнокислая, а последняя, в свою очередь, бóльшим, чем углекислота. Мы, конечно, не знаем причины, почему сродство это больше в одном случае и почему оно меньше в другом, но из опыта мы узнаем это явление, которое постоянно повторяется, сколько бы раз мы ни предпринимали эти опыты. Совершенно другое замечаем мы, когда имеем дело с органическим веществом. Мускул, например, остается мускулом до тех пор, пока животное остается живым, но как только оно умерло – он не остается неизменным, как углекислая известь или гипс, но подвергается разложению, он гниет, и только продукты, при этом образующиеся, оказываются постоянными, следуя законам сродства, указанным выше в телах неодушевленных. Что мускул в течение жизни оставался мускулом – этому и причиной жизненная сила, и что здесь химические законы не господствуют и не преобладают – это мы видим из судьбы мускула после смерти. Таким образом, жизненная сила, по мнению Гумбольдта, есть деятельность, зарождающаяся вместе с явлением органического тела на свет, и исчезающая с его смертью; она стоит выше сил химических, которым следуют только вещества минеральные.
Гумбольдт оставался недолго приверженцем особенной жизненной силы: плодом его занятий раздраженными мышечными и нервными волокнами была теория (изложенная во втором томе этих исследований, появившихся в 1797 и 1799 гг.), совершенно отличная от прежней. Изучив влияние раздражающих средств и убедившись, что оно выражается каждый раз более или менее сильным физическим или химическим изменением раздраженного органа, Гумбольдт заключает из этого, что вся жизнь организма не что иное, как непрерывная цепь раздражений, и что соединения, вызываемые химическими законами потому только не могут проявиться, что они постоянно встречают противодействие, которое с прекращением жизни исчезает. Но чем обусловливается, спрашивает он, это изменение явлений, это исчезновение органических тканей, это наступающее гниение? Гумбольдт объясняет их причинами троякого рода. Произвольные движения мышц и иные физиологические явления показывают, что на вещество действует нечто вне-чувственное, представление, имеющее возможность даже изменять относительное положение элементов. Поэтому возможно, что это нечто вне-чувственное (сила представления) и удерживает в равновесии основные силы вещества, и иначе определяет во время жизни химические сродства веществ, чем после смерти. Возможно однако, продолжает Гумбольдт, что причину этого внутреннего равновесия следует искать в самом веществе и притом в неизвестном элементе, составляющем исключительную принадлежность растительных и животных особей, изменяющем законы сродства. Точно так же возможно, по мнению Гумбольдта, что причина эта лежит в том отношении действующих органов между собой, вследствие которого каждый из них постоянно передает другому новые вещества, вследствие чего более ветхие не могут достигнуть той степени пресыщения, до которой они, при полном внутреннем покое мертвой природы, беспрепятственно достигают. При полной неизвестности внутреннего состояния органического вещества, Гумбольдту казалось лучше умолчать о первых двух предположениях, в особенности, когда последнее представляет вероятность объяснить физические явления не только при посредстве физических законов, но не прибегая к неизвестному веществу. Поэтому Гумбольдт отказывается теперь от своего прежнего взгляда на жизненную силу как на неизвестную причину, тем более что взгляд этот, по его собственному сознанию, совершенно опровергнут трудами Рейля, Фейта, Акермана [30] и Рёшлауба [31].
Если он не решается теперь признавать особенной силой того, что, может быть, достигается при посредстве давно уже известных материальных сил, то он не останавливается, однако, перед определением, так необходимым в науке, веществ живых и неоживленных, которое возможно вывести из химических отношений веществ. Он называет вещество живым, когда его произвольно разделенные части после этого разделения, при неизменных внешних условиях изменяют свои составные отношения. Равновесие элементарных частей вещества живого сохраняется так долго, пока они составляют часть целого. Один орган определяет другой, сообщает ему температуру, при которой действует то, а не иное какое-нибудь сродство. Мы можем раздробить металл или камень на какие угодно мелкие части, и пока внешние условия остаются одни и те же, то раздробленные части их будут представлять ту же смесь, которую представляли и до их раздробления. Этого мы не замечаем в веществе живом, является ли оно в форме твердой или жидкой.
Скорость, с которой органические вещества изменяют свой внутренний состав, неодинакова. Кровь животных изменяется скорее, чем питательные соки растений; грибы переходят гораздо легче в гниение, чем листья; мышцы легче, чем кожа. Напротив, кожа, волосы, древесина, шелуха на плодах и прочее уже во время жизни приближаются к тому состоянию, которое они представляют после отделения от целого организма. Поэтому Гумбольдт выводит закон, по которому чем выше степень жизненности или способность раздражительности какого-нибудь живого вещества, тем скорее изменяется, после отделения его от целого, его внутренний состав.
Идеи эти приводят нас к одной из самых трудных глав физиологии – к понятию об индивидуальности, не в смысле эмпирической психологии, а в смысле эмпирических естественных наук. Разделим, например, плоский глист (Taenia), вьюнок (Nais) или кактус по длине их, каждый из них умирает; ни одна из их частей не остается живой, каждый изменяет свои составные части и предается гниению. Но попробуем разделить эти составные твари в ширину, по сочленениям, что мы видим? Все части их остаются живыми, не разлагаются, сохраняя тот же состав, который они представляли до разделения. Опыт этот не изменяет упомянутого выше определения живых и неоживленных веществ. Он показывает, что не при каждом произвольном разделении сохраняется равновесие элементов. Где же, напротив, подобное разделение, мешающее изменению составных частей, возможно, в тех случаях не подлежит сомнению, что мы имеем дело с организмом сложным; в таких случаях органы сплочены механически. Здесь мы имеем критерий для определения индивидуальности, но критерий далеко не полный. Мы прибегаем к опыту, который, если он удастся, может служить доказательством сложности организма, но если он не удастся, то не служит еще доказательством противного. Наблюдая за расположением растений посредством листьев, мы убеждаемся, что лавровое дерево представляет почти такой же агрегат особей, как и Cactus. Напротив, нам никак не удастся взрастить ясколку (Cerastium) из отдельных листьев этого растения, несмотря на то, что оно и лавровое дерево соединены между собой целой цепью сходных типов.
Мы остановились на этой части деятельности Гумбольдта в особенности потому, что изложенные здесь взгляды его дают нам понятие об отношении его к вопросу, который в последнее время занимал ученый мир, разделившийся относительно его на два лагеря. Одни смотрят на жизнь и ее проявления как на непрерывный ряд химических и физических процессов, т. е. с той же точки зрения, как и Гумбольдт в только что изложенном взгляде своем, между тем как другие принимают жизненную силу, которую признавал и Гумбольдт, но от которой, как мы видели, отказался впоследствии.
Обратимся к исследованиям его о питании и дыхании растений. Давно уже было распространено мнение, что источниками первого были почва и вода, но какие части их они воспринимают в себя, – об этом не было речи. В VII в. врач ван Гельмонт старается решить этот вопрос. Он посадил иву в точно взвешенное количество земли, которую через 5 лет опять взвесил. Ива выросла значительно, а вес земли почти не уменьшился. Из этого ван Гельмонт выводит заключение, что почва не питает растений, а служит только местом прикрепления для них; питает же их исключительно вода, доставляющая им все необходимые составные части, твердые и жидкие. К этому выводу он пришел потому, что в течение 5 лет ива его получала извне только воду.
Теория эта могла держаться до тех только пор, пока не было обращено внимания на действия удобрения и различных составных частей почвы и пока современная химия проповедовала, что вода может превратиться в вещества сгораемые и твердые. Когда последнее положение (что вода заключает вещества твердые) рушилось, естествоиспытатели (в особенности Мальпиги, Перро, Мариотт и Грин) стали утверждать, что питание растений обусловливается солями, растворенными в дождевой воде и почве, которые путем любимого химиками XVII в. процесса, брожением, превращаются в составные части растений.
Около 1750 г. Бонне заметил, что листья, положенные в свежую воду, покрываются днем бесчисленным множеством воздушных пузырьков, которые при наступлении темноты опять исчезают. Пузырьки эти не показывались в отварной воде, а равно не видно было их и тогда, когда листья пролежали уже несколько дней в воде. Бонне объяснял явление это просто тем, что пузырьки эти – воздух, прежде механически заключенный в клетчатке и сосудах растений. Двадцать лет спустя Пристли, воспитывая растения под стеклянным колпаком, заметил, что они могут очищать нечистый воздух и что они даже гораздо лучше растут в последнем, чем в совершенно чистом; он нашел притом, что пузырьки эти заключают в себе совершенно иной газ, чем атмосферный воздух, более чистый (по теперешним нашим понятиям, более богатый кислородом). Так как здесь под испорченным воздухом понимается такой, который, поддерживая некоторое время горение и дыхание, становился наконец к этому негодным, то это замечание открывало путь к уразумению этого процесса. Прингл, в речи, произнесенной им в ноябре 1773 г., ставит уже положение, что растения очищают воздух, испорченный дыханием, питаясь им, а так как они сами служат пищей для животных, то оба царства природы взаимно себя обусловливают: животные насыщают воздух флогистоном, растения же уменьшают его количество в нем, питаясь им и вместе делая воздух опять годным для дыхания.
Быстрые открытия в области химии, следовавшие одно за другим в конце истекшего столетия повели и к изменению понятий о питания растений. Между тем как прежде предполагали, что соли растений соединены в отдельных органах последних с гипотетическим флогистоном, теперь поставили положение, что углерод составляет главную составную часть их; что он переходит в них из атмосферы, в которой он наполняется от дыхания животных, вознаграждающих этот расход его путем питания. Таким образом дыхание растений и животных есть не что иное, как переход углерода из одного царства природы в другое и в воздух.
Учение это, принятое с восторгом, вскоре нашло противников. Оказалось, что дело было не так просто, как казалось на первый взгляд. Шееле, повторяя опыты Пристли с бобами, получил совершенно противоположный результат, чем последний. Растения его выдыхали углерод и принимали в себя кислород, между тем как Пристли утверждал противное. Таким образом, по опытам Шееле, влияние дыхания растений на атмосферу оказывалось точно таким же, как и дыхание животных. Пристли повторяет свои опыты в 1778 г. Результат их был так неутешителен для его теории, что он готов был отказаться от нее. В это время Ингенхауз находит причину противоречий; он обратил внимание на обстоятельство, упущенное из виду обоими учеными, именно на громадное влияние, оказываемое при этом процессе, светом. При влиянии его зеленые части растений выдыхают кислород и вдыхают углекислоту, как утверждает Пристли, а в темноте происходит противное, как нашел Шееле. Незеленые части растений, по наблюдениям Ингенхауза, вдыхают постоянно кислород и выдыхают углекислоту. Окончательный результат процесса зависит от того, которая часть его значительнее. Если растения вдыхают более углекислоты (состоящей, как известно, из углерода и кислорода), чем выдыхают, то они удержат часть ее; при выдыхании кислорода углекислота разлагается на составные части, углерод, составляя часть растений, накопляется в них, чем и обусловливается их рост. Противоположные явления приводят и к противоположному результату.
Если растения воспринимают углекислоту из воздуха, то последний должен содержать в себе достаточное количество ее. Лавуазье не отыскал однако ее в атмосфере; но позднейшие исследователи доказали, что количество ее в атмосфере очень незначительно, так что некоторые предполагали, что углерод растений отлагается в них из воды, которую они принимают в себя, другие же прибегали к тому объяснению, что углерод их получается ими из почвы.
В таком положении находился этот вопрос, когда Гумбольдт издал свои «Афоризмы» [1794]. Из того обстоятельства, что углерод, водород и кислород суть составные части растений, он заключает, что эти же элементы составляют и пищу их. Он полагает, что вода и углекислота разлагаются на свои составные части пока растительное тело живет, причем большая часть их отлагается в сосудах, между тем как остальная, меньшая, испаряется наружу путем листьев и корней. При этом он вооружается против мнения, что углерод растений происходит из воды; он показывает, что количество его, выделяемое дыханием людей и животных, а также происходящее от постоянного горения каменноугольных залежей, совершенно достаточно для питания растений. Если же в воздухе находится недостаточное, по-видимому, количество его, то это обусловливается живостью процесса вдыхания углерода растениями, составляющими его только небольшое количество свободным в атмосфере. Последняя содержит, смотря по местности и погоде от 1/64 до 1/10 углекислоты, которая, вследствие значительной тяжести своей, опускается на поверхность земли, где она в соединении с водой проникает в растения. Кроме того, рост растений обусловливается углеродом; чем сильнее потребность растения в нем, тем медленнее оно растет. Углекислота, найденная Соссюром на вершинах Альп, по мнению Гумбольдта, была растворена в водяных парах, вместе с которыми она и поднялась наверх.
Замечателен взгляд его на восприятие растениями солей. Не находя их в некоторых растениях, например в биссусе (Byssus), некоторых видах грибов (Octospora), пецице (Peziza), он не решался относить солей к необходимым средствам питания всех растений, но считает их все-таки настоящей пищей большинства растений. Замечание это было забыто, но гораздо позднее развито было далее Либихом, который поставил правилом, что различные растения нуждаются в различном количестве тех или других неорганических веществ. На этом Либих построил свою теорию о влиянии различных почв на растения. Начало ее высказано было уже Гумбольдтом. Так, он говорит: для растения, например, харовых водорослей (Chara), в котором мы постоянно находим известь, последняя так необходима, как углерод или водород. Между существенными частями нет иерархии или табели о рангах. С пророческим провидением он предсказывает, что с развитием химии мы узнаем влияние некоторых элементов, которые теперь стоят как будто изолированными в ряду других.
Не менее интересны опыты Гумбольдта над низшими растительными организмами – грибами. Он доказал, что они представляют замечательную противоположность с высшими, именно: они выдыхают из себя не кислород, а водород, следовательно разлагают принимаемую ими воду на ее составные части, из которых они удерживают только одну – кислород, а равно принимают углерод из углекислоты.
К веществам, отделяемым растениями, Гумбольдт относит кроме газов водяные испарения, слизь и эфирные масла. Последние обусловливают запах многих растений. Исходя из корешков, по преимуществу ночью, масла эти действуют нередко вредно на окружающие их другие растения, чем объясняется наблюдение, что по соседству с такими растениями не растут другие и они встречаются совершенно изолированными.