10 важнейших открытий в биологии
Очень легко забыть, что идеи, которые сегодня кажутся очевидными, не просто появились, а оттачивались на протяжении веков группой умных людей. Тот факт, что мы рассматриваем данные, является лишь верхушкой айсберга интересной истории. Давайте посмотрим глубже.
Осознание того, что животные могут исчезнуть
Если вы гуляете по пляжу и находите интересный камешек, то вскоре понимаете, что он может принадлежать к виду, который давно исчез. Идея исчезновения видов настолько привычна для нас, что трудно представить себе время, когда люди верили, что все виды существ по-прежнему живут повсюду. Люди верили, что Бог создал все — зачем создавать то, что не может выжить?
Джордж Кубьер был первым, кто задал такой вопрос. В 1796 году он написал статью о слонах, где описал африканские и азиатские породы. Он также упомянул третий вид слона, известный науке только по его костям. Кювье заметил важные различия в форме челюстей третьего слона, указывающие на то, что этот вид должен быть особенным. Ученые назвали его мастодонтом, но где же тогда живые люди?
По словам Кювье, «поскольку все эти события согласуются друг с другом и не противоречат другим ссылкам, можно доказать существование мира, который предшествовал нашему и был разрушен катастрофой». Он не остановился только на этой революционной идее. Кювье изучал окаменелости других древних животных, случайно введя термин «птеродактиль», и обнаружил, что рептилии когда-то были доминирующим видом.
Первые клетки, выращенные вне тела
Если биологи хотят изучить внутреннюю работу клеток животного, это гораздо проще, если эти клетки в то время не были частью животного. Сейчас биологи культивируют широкую полосу in vitro, что значительно облегчает проект. Первым, кто попытался сохранить жизнь клеток вне организма хозяина, был немецкий зоолог Вильгельм Ру. В 1885 году он поместил часть куриного зародыша в солевой раствор и поддерживал его жизнь в течение нескольких дней.
Исследования продолжались таким образом в течение десятилетий, но в 1907 году кто-то вдруг решил разработать новые клетки в растворе. Росс Харрисон смог взять фетальную ткань лягушки и вырастить из нее новые нервные волокна. Сегодня образцы клеток могут жить практически бесконечно долго — ученые до сих пор экспериментируют с клеточной тканью женщины, умершей 50 лет назад.
Открытие гомеостаза
Возможно, вы что-то слышали о гомеостазе, но обычно очень легко забыть, насколько он важен. Гомеостаз — один из четырех важнейших принципов современной биологии, наряду с эволюционной, генетической и клеточной теориями. Основная идея укладывается в короткую фразу. Организации регулируют свою внутреннюю среду. Но, как и другие важные понятия, которые можно уместить в короткие и исчерпывающие фразы: объекты с массой притягиваются друг к другу, Земля вращается вокруг Солнца и не существует ТРАП — это действительно важная картина природы нашего мира.
Идея гомеостаза была впервые предложена Клодом Бернаром, плодотворным ученым XIX века. Бернар добился серьезных успехов в понимании физиологии, хотя любовь к зоотомии разрушила его первый брак — жена взбунтовалась. Однако истинная важность гомеостаза, называемого milieu interieur, была признана спустя десятилетия после смерти Бернарда.
В лекции 1887 года Бернард описал свою теорию следующим образом. Организм нуждается в окружающей среде, но относительно независим от нее. Эта независимость от внешней среды обусловлена тем, что в организме ткани по существу разделены. Он защищен от непосредственных внешних воздействий, прежде всего, фактической внутренней средой, которая состоит из жидкостей, циркулирующих в организме.»
Ученый, опередивший свое время, часто остается непризнанным, но других работ Бернарда было достаточно, чтобы утвердить его репутацию. Однако науке потребовалось почти 50 лет, чтобы проверить, подтвердить и оценить свои самые важные идеи. Его статья в Британской энциклопедии 1911 года ничего не сообщает о гомеостазе. Шесть лет спустя в той же статье Бернар назвал гомеостаз «самым важным достижением того времени».
Первое выделение фермента
О ферментах обычно впервые узнают в школе, но если вы пропустили урок, позвольте мне объяснить. Это крупные белки, которые помогают протекать химическим реакциям. Они также используются для изготовления эффективной чистящей пыли. Они также позволяют проводить десятки тысяч химических реакций на живых организмах. Ферменты так же важны для жизни, как и ДНК — наш генетический материал не может воспроизводиться без них.
Первым обнаруженным ферментом была амилаза, также известная как размер, которая сейчас находится у вас во рту. Он расщепляет крахмал до сахара и был открыт французским химиком-промышленником Ансельмом Пайеном в 1833 году. Фермент был выделен, но смесь была не очень чистой. Долгое время биологи считали, что выделить чистые ферменты невозможно.
Потребовалось почти 100 лет, чтобы американский химик Джеймс Батчлер Самнер доказал, что они ошибались. В начале 1920-х годов Самнер начал выделять ферменты. Его цель была настолько дерзкой, что стоила ему дружбы многих ведущих экспертов, которые считали, что его план провалится. Самнер продолжил работу и в 1926 году выделил уреазу — фермент, который расщепляет мочевину на химические вещества. Некоторые из его коллег в течение многих лет подвергали сомнению полученные результаты, но в конце концов им пришлось сдаться. Работа Самнера принесла ему Нобелевскую премию в 1946 году.
Предположение, что у всей жизни есть общий предок
Кто предложил, что вся жизнь произошла от одного существа? Вы скажете: конечно, Чарльз Дарвин. Да, Дарвин развил эту идею в «Происхождении видов», написав, что «этот взгляд на жизнь имеет различные проявления, так как сначала воплощается в различных формах или в одной». Однако мы не преуменьшаем заслуг Дарвина, но идея общего происхождения была предложена на несколько десятилетий раньше.
В 1740 году знаменитый француз Пьер Луи Моро де Мопертюи предположил, что «слепая судьба» породила широкий круг людей, из которых выжили только самые способные. В 1790-х годах Иммануил Кант предположил, что речь может идти о первопредке жизни. Пять лет спустя Эразм Дарвин написал, что Внук Чарльза решил, что это «не слишком много» и предложил
Изобретение окрашивания клеток
Если вы когда-либо видели фотографии клеток, сделанные под микроскопом (или видели их), то, скорее всего, сначала они были окрашены. Окрашивание позволяет нам увидеть части клетки, которые обычно не видны, и в целом повышает четкость изображения. Существуют различные методы окрашивания клеток, и это один из самых основных методов в микробиологии.
Первым человеком, взявшим образцы для исследования под микроскопом, был голландский натуралист Ян Сваммердам. Сваммердам наиболее известен тем, что открыл эритроциты, но он сделал карьеру, рассматривая все под микроскопом. В 1680-х годах он писал о «цветной жидкости» из измельченных червей.
К сожалению, этот текст не был опубликован по крайней мере 50 лет, а к моменту публикации Ян уже умер. В то же время его соотечественник и натуралист Антони ван Левенгук имел ту же идею, независимо от Сваммердама. В 1719 году Левенгук использовал шафран для окрашивания мышечных волокон для дальнейшего исследования и считается отцом этой техники.
Развитие клеточной теории
Фраза «Все живые существа состоят из клеток» нам знакома, как и фраза «Земля не плоская». Сегодня клеточная теория воспринимается как данность, но на самом деле она оставалась за пределами общеизвестного до 19 века, через 150 лет после того, как Роберт Гук впервые увидел клетки под микроскопом. В 1824 году Анри Дюроше написал о клетке следующее. ‘Очевидно, что он представляет собой основную единицу организованной ситуации.
Помимо того, что клетка является основной единицей жизни, клеточная теория также предполагает, что новая клетка образуется, когда другая клетка делится на две части. Дюрош упустил эту часть (по его мнению, новая клетка образуется в родительской). Окончательное понимание того, что клетки делятся и размножаются, принадлежит другому французу, Бержереми Демортье, но были и другие люди, внесшие значительный вклад в развитие идеи клетки (Дарвин, Галилей, Ньютон, Эйнштейн). Клеточная теория была создана с помощью маленьких клещей, точно так же, как сегодня создается современная наука.
Секвенирование ДНК
До своей недавней смерти британский ученый Фредерик Сэнгер был единственным ныне живущим человеком, получившим две Нобелевские премии. Именно его работа над второй премией позволила ему попасть в наш список. В 1980 году он и американский биохимик Уолтер Гилберт получили премию «Главный ученый». В 1977 году они опубликовали метод, который потенциально мог раскрыть последовательность строительных блоков в цепи ДНК.
Важность этого открытия отразилась в скорости, с которой Нобелевский комитет присудил ученым премию. В конечном итоге, метод Сэнгера стал дешевле и проще и стал стандартом на четверть века. Сангер проложила путь для революций в таких областях, как уголовное правосудие, эволюционная биология и медицина.
Открытие вирусов
В 1860-х годах Луи Пастер стал известен благодаря своей теории микробных заболеваний. Однако бактерии Пастера были лишь половиной успеха. Первые сторонники микробной теории считали, что все инфекционные заболевания вызываются бактериями. Однако оказалось, что обычная простуда, грипп, ВИЧ и бесконечное множество других проблем со здоровьем вызываются чем-то совершенно другим — вирусами.
Мартинус Бейеринк был первым, кто признал, что виноваты не только бактерии. В 1898 году сок из табачных растений взял то, что он назвал мозаичной болезнью. Затем он процедил сок через слишком тонкое сито, которое должно отфильтровать все бактерии. Когда Бейеринк поила соком здоровые растения, они все равно болели. Он повторил эксперимент — и они по-прежнему были больны. Бейеринк пришел к выводу, что проблема была вызвана чем-то другим, возможно, жидкостью Это называется инфекция vivum fluidum, или растворимые живые бактерии.
Бейеринк также взял староанглийское слово «вирус» и дал его таинственному агенту. Открытие того, что вирусы не являются влажными, приписывается американцу Уэнделлу Стэнли. Он родился через шесть лет после открытия Бейеринка и, очевидно, сразу понял, что нужно делать. Стэнли был удостоен Нобелевской премии по химии в 1946 году за работу над вирусами. Вы помните, кто им поделился? Да, Джеймс Самнер и его работы по энзимам.
Отказ от преформизма
Одна из самых необычных идей в истории когда-то была вершиной теории о сотворении младенца. Как следует из ее названия, теория предполагала, что все существа имеют предварительную форму — то есть их форма уже готова до того, как они начали расти. Проще говоря, люди верили, что в каждом сперматозоиде или яйцеклетке находится миниатюрное человеческое тело, которое ищет место для роста. Этого маленького человечка звали Гомункулус.
Одним из главных сторонников преэмфазиса был Ян Сваммердам, изобретатель технического окрашивания клеток, о котором говорилось выше. Эта идея оставалась популярной в течение 100 лет, с середины 17-го до конца 18-го века.
Альтернативой преэмпиризму была инспирация — идея о том, что жизнь включает в себя множество процессов. Первым, кто сформулировал эту теорию о любви к крайней плоти, был Каспар Фридрих Вольф. В 1759 году он написал работу, описывающую развитие зародыша из нескольких слоев человеческих клеток. В то время его работа вызывала много споров, но с развитием микроскопа все встало на свои места. Эмбрион еще не объявлен мертвым, но он уже мертв, простите за каламбур.
