Удивительно, но один из самых значимых вкладов в развитие анатомии принадлежит не врачу, а художнику и изобретателю ― Леонардо да Винчи. Он жил в эпоху Возрождения, когда все деятели искусства и науки отчаянно пытались вырваться за рамки церковной схоластики и мистицизма. Широко известно, что Леонардо писал сочинения по геометрии, гидродинамике, гидравлике, астрономии, геологии и ботанике, а вот о его достижениях в области медицины и физиологии мало кто знает. Между тем он глубоко изучил строение тела человека и сделал открытия, заставившие пересмотреть многие положения анатомической науки, бытовавшие ранее.

Изысканиями в этой области Леонардо занялся под влиянием анатома Маркантонио делла Торре, читавшего лекции по медицине галлов. Впоследствии Маркантонио выпустил капитальный труд по анатомии, оформив его иллюстрациями великого художника. Да Винчи с удивительной точностью изобразил формы и пропорции всех частей скелета, впервые в истории науки предположил, что крестец состоит из пяти, а не из трех позвонков, описал лордозы и кифозы (искривления) позвоночного столба, рассмотрел наклон и изгибы ребер, что было необходимо для понимания механизма дыхания, безошибочно нарисовал суставные поверхности костей. А кроме того, «прикрепил» к скелету нервы и мускулы, чего раньше не делал никто.

Кровь от сердца бежит по артериям к органам, а от органов по венам поступает обратно в сердце. Об этом сейчас знают даже школьники, однако во времена Уильяма Гарвея (1578–1657) — английского врача, физиолога и анатома‑экспериментатора — данный факт вовсе не был очевидным.

«Он тверд в споре, непоколебим во взглядах, никогда не меняет своих суждений… Он слепо верит нашим древним учителям и не желает даже слушать о так называемых открытиях нашего века касательно кровообращения…» Так восхвалял достоинства врача доктор Диафуарус — герой комедии Мольера «Мнимый больной». Именно с такой позицией столкнулся выдающийся исследователь человеческого организма Гарвей после публикации своего сочинения о работе сердца и движении крови. Ученому пришлось вступить в борьбу с господствовавшей тогда традицией, основанной на учении античного лекаря Галена, а Парижский медицинский факультет, чьи профессора непоколебимо придерживались «допотопных» взглядов, объявил Уильяму настоящую войну.

Последователи «древнего учителя» полагали, что артерии содержат мало крови и много воздуха, в то время как вены наполнены кровью. Казалось бы, откуда возникло данное убеждение? Ведь при любом ранении, затронувшем артерию, кровь бьет ключом! Это знали даже первобытные люди, да и античная публика не раз наблюдала такую картину во время жертвоприношений. Но медики основывались на ином опыте ― полученном при вскрытиях. Естественно, в мертвом теле артерии бескровны, тогда как вены полны.

Первые «кирпичики» в построение клеточной теории были заложены более 350 лет назад английским натуралистом Робертом Гуком (1635–1703). Пытаясь заглянуть за горизонт человеческих познаний, Гук установил на термометре «точки отсчета» — кипения и замерзания воды, изобрел воздушный насос и прибор для определения силы ветра, а затем его чрезвычайно увлекли необыкновенные возможности микроскопа. Под стократным увеличением он рассматривал все, что попадалось под руку, будь то муравей, блоха, песчинка или водоросли. Однажды под объективом Гука оказался кусочек пробки, и молодой ученый увидел нечто невероятное, похожее на пчелиные соты. Позже, обнаружив подобные ячейки и в живой ткани, Гук назвал их клетками и вместе с полусотней других наблюдений описал в книге «Микрография». Вскоре он переключил все внимание на другие идеи и больше никогда не возвращался к микроскопу, а о клетках и думать забыл. Зато другие ученые открытием заинтересовались. Так, рассматривая в микроскоп разные части растений, итальянец Марчелло Мальпиги обнаружил, что те состоят из мельчайших «трубочек», «мешочков» и «пузырьков». Вдохновленный, Мальпиги взялся исследовать кусочки тканей человека и животных, но из‑за несовершенства техники никаких клеток там не увидел.

Как образуются клетки? Этим вопросом впервые задались Маттиас Якоб Шлейден и Теодор Шванн. Шлейден выдвинул теорию свободного клеткообразования из слизи, заключенной в существующих клетках. Шванн поначалу поддерживал эту мысль, однако, как ни старался, не мог найти убедительных картин рождения новых клеток внутри старых (нечто подобное обнаружилось только в хряще и хорде). Поэтому у него возникло предположение, что новые клетки появляются не только в старых, но еще и в особом межклеточном веществе — цитобластеме.

Надо заметить, в то время уже было известно о размножении клеток путем деления. В 1832 г. Б. Дюмортье наблюдал за делением клеток у нитчатых водорослей. А три года спустя этот процесс был описан в труде Г. Моля. Изучая водоросли Conferva glomerata, Моль обнаружил перешнуровку протоплазмы и образование перегородки между дочерними клетками, более того — определил различные стадии деления, но, к сожалению, упустил из виду ядро. Не сумев обобщить результаты своих наблюдений, Моль так и не создал на их основе новую теорию клеткообразования.

Гомеостаз — один из четырех важных принципов современной биологии, наряду с эволюцией, генетикой и клеточной теорией. Основная идея умещается в короткую фразу: организмы сами регулируют свою внутреннюю среду.

Впервые идею гомеостаза выдвинул Клод Бернар (1813–1878), плодовитый ученый, который добился серьезных успехов в понимании физиологии, невзирая на то, что любовь к вивисекции разрушила его первый брак. Однако истинная важность гомеостаза, названного им milleu interieur, была признана спустя десятилетия после смерти Бернара.

В чем же состояло открытие ученого? Он считал, что для живого организма существуют «две среды: внешняя, в которую помещен организм, и внутренняя, в которой живут элементы тканей». В 1878 г. Бернар сформулировал концепцию, согласно которой внутреннюю среду составляет не только кровь, но также все происходящие из нее плазматические и прочие жидкости. «Внутренняя среда, — писал ученый, — образуется из всех составных частей крови: азотистых и безазотистых, белковины, фибрина, сахара, жира… за исключением кровяных шариков, которые являются самостоятельными органическими элементами». Главным свойством внутренней среды Бернар считал то, что она находится «в непосредственном соприкосновении с анатомическими элементами живого существа». А значит, изучая физиологические свойства этих элементов, необходимо учитывать их зависимость от окружающей внутренней среды.

Свое название белки получили от яичного белка, который с незапамятных времен использовался человеком в пищу и применялся как лечебное средство. Однако подлинная история этого вещества началась с появлением сведений о химических свойствах белков (свертываемость при нагревании, разложение кислотами и крепкими щелочами и т. п.). Образование сгустков крови при ее свертывании было описано еще основателем учения о кровообращении У. Гарвеем. Среди растительных белков пальма первенства принадлежит нерастворимой в воде клейковине из пшеничной муки, которую впервые получил Я. Беккари, отметив сходство клейковины с веществами животной природы.

Впервые термин «белковый» (albumineise) в значении «жидкость животного организма» был введен французским физиологом Ф. Кене в 1747 г. и в таком толковании вошел в «Энциклопедию» Д. Дидро и Ж. Д’Аламбера. С той поры исследования белков приобрели систематический характер. В 1759 г. А. Кессель‑Майер описал выделение клейковины из растений и охарактеризовал ее свойства. В 1762 г. А. Галлер исследовал процесс образования и свертывания казеина (молочного белка), а в 1777 г. А. Тувенель назвал творог белковой частью молока. В то же время французский химик А. Фуркруа доказал единую природу белков, выделенных из растительных и животных организмов, а также обозначил три главных белковых компонента крови: альбумин, желатин и фибрин.

В 1930 г. немецкий биолог, сын еврейского врача Ханс Кребс (1900–1981) вместе со своим студентом открыл процесс обезвреживания аммиака в организме. Цикл образования мочевины (именно в этом состоял данный процесс) позже получил название «цикл Кребса № 1». Но главное открытие ученого было еще впереди. В середине 1930‑х он бежал из нацистской Германии в Британию, там нашел место в лаборатории Кембриджского университета и занялся изучением механизма превращения организмом пищи в энергию.

В 1935 г. А. Сент‑Дьёрди заметил, что янтарная, оксалоуксусная, фумаровая и яблочная кислоты (все четыре — естественные химические компоненты клеток животных) усиливают процесс окисления в грудной мышце голубя, где метаболические процессы идут с наибольшей скоростью.

Два года спустя Ф. Кнооп и К. Мартиус обнаружили, что лимонная кислота превращается в изолимонную через промежуточный продукт — цис‑аконитовую кислоту. Кроме того, изолимонная кислота может превращаться в α‑кетоглутаровую, а та — в янтарную.

Первые жители Земли — микробы — появились 3,9 млрд лет назад, когда на планете практически не было кислорода. Постепенно они заселили все пригодные для жизни ниши — от ледников до гейзеров, а также изловчились создавать колонии внутри крупных организмов. Всего пять столетий назад люди могли видеть лишь доступное невооруженному взгляду, и до XVII в. никто не подозревал, что совсем рядом обитают микроскопические организмы. Человеком, открывшим мир микроорганизмов, стал Антони ван Левенгук (1632–1723).

Антони никогда не думал, что его имя будет стоять в ряду великих ученых. Сын промышленника и торговца из Делфта, он тоже торговал сукном, однако врожденное любопытство постоянно подталкивало его к исследованиям окружающего мира. В течение 20 лет Левенгук осваивал у оптиков искусство обтачивать и шлифовать стекла, посещал алхимиков и аптекарей, выведывая у них тайные способы выплавлять металлы из руд, учился обращаться с золотом и серебром. Голландия всегда славилась мастерами оптики, но Левенгук достиг небывалых успехов. Свои линзы он вставлял в небольшие оправы из меди, серебра или золота, которые сам вытягивал на огне, среди дыма и чада. В итоге его микроскопы, состоявшие всего из одной линзы, получались гораздо сильнее тех, что имели несколько увеличительных стекол. Антони утверждал, что сконструировал 200 приборов — весьма неудобных, зато дававших увеличение до 270 раз.

В 1680 г., впервые рассмотрев с помощью своего самодельного микроскопа пивные дрожжи, голландец Антони ван Левенгук описал их и зарисовал в виде почкующихся круглых клеток, образующих скопления. Эти наблюдения значительно опередили время: только в 1835 г. француз Ш. Каньяр де Ла‑Тур и немец Ф. Кютцинг доказали, что дрожжи относятся к низшим растительным организмам, которые имеют ядро, размножаются почкованием на питательных сахаросодержащих средах и вызывают брожение. Однако тогда данное открытие не получило всеобщего признания.

Дело в том, что в середине XIX в. была распространена химическая теория брожения. Скажем, Г. Э. Шталь утверждал, что гниение сопровождается движением, следовательно, процесс этот связан с передачей движения от гниющего тела к здоровому. Ю. Либих и Й. Берцелиус не видели разницы между гниением и брожением и полагали, будто сгнившие органические вещества превращаются в ферменты, ускоряющие химические реакции внутри организма. Ферменты также постоянно движутся и вызывают сбраживание негниющих веществ, например сахара, путем разложения последних на частицы. Чтобы это произошло, сбраживаемая среда должна содержать клейковину или другое органическое азотистое соединение и контактировать с воздухом — в итоге на дно сосуда выпадает нерастворимый осадок, способный запустить новое брожение. Либих не отрицал, что для ферментации сахара нужны дрожжи, но предлагал использовать неживой продукт: мол, брожение запускается именно отмирающими, гниющими грибками.

Во второй половине XIX в. ученые были уверены, что пищевая ценность продуктов заключается в содержании жиров, белков, углеводов, воды и минеральных солей. Но почему‑то многие категории людей — мореплаватели, военные, путешественники, жители осажденных городов и заключенные, чей рацион включал все эти вещества, но был лишен свежих овощей, фруктов и мяса, — все равно страдали цингой, куриной слепотой, пеллагрой, бери‑бери и рахитом. Так, моряки в плавании питались солониной и сухарями — продуктами длительного хранения — и в итоге заболевали цингой, которая проявляется в хрупкости сосудов, кровоточивости десен, выпадении зубов, язвах на коже. По подсчетам историков, за время великих географических открытий от цинги скончалось более 1 млн моряков — только в индийской экспедиции Васко да Гама были сражены 100 человек из 160. Медики той эпохи пытались объяснять причины заболеваний токсинами, ядами и инфекциями, хотя еще древние египтяне знали, что от куриной слепоты — неспособности видеть в темное время суток — помогает печень (теперь мы знаем, что она богата витамином А).

В 1330 г. придворный диетолог китайского императора Ху Сыхуэй опубликовал трехтомный труд «Важные принципы пищи и напитков», где указал, что для поддержания здоровья необходимо комбинировать в рационе различные продукты. Два столетия спустя индейцы Северной Америки спасли от цинги команду французского землепроходца Жака Картье, предложив больным воду, настоянную на сосновой хвое.

Создателями учения о нейроне считаются Сантьяго Рамон‑и‑Кахаль и Камило Гольджи. Первый использовал технику окрашивания, предложенную вторым, чтобы разглядеть в микроскоп тончайшие волокна — отростки нервных клеток. Увидев, что клетки образуют целые нейронные сети, Сантьяго зарисовал их, а в 1894 г. на лекции в Королевском сообществе Лондона сделал доклад о своем открытии, но… из‑за отсутствия убедительных доводов не нашел сторонников.

Впрочем, мало кто знает, что у истоков учения также стоял знаменитый создатель психоанализа Зигмунд Фрейд. В 1877 г., будучи студентом‑медиком, он устроился на работу в лабораторию физиолога Эрнста Брюкке и сразу же увлекся изучением биологии нервной ткани. Брюкке среди прочего интересовался эффектом воздействия электричества на нервно‑мышечную ткань и яро опровергал теорию витализма, согласно которой все живое отличается от неживого некой «жизненной искрой», «энергией», связанной с душой. Физиолог считал, что живые сущности функционируют благодаря определенным физико‑химическим законам, и эту идею Фрейд использовал впоследствии в построении своей «Психодинамической теории личности».

Как бы ни был велик успех нейронной теории, ученые понимали, что вещества‑медиаторы, курсирующие по нервным путям, не могут считаться единственными регуляторами организма. Должны быть еще и такие химические сигнализаторы, которые путешествуют по крови и вырабатываются железами внутренней секреции. Обычные железы — слюнные, желудочные, кожные и т. п. — легко распознать, поскольку образуемый ими продукт выходит через выводные протоки наружу, однако у желез внутренней секреции выводного протока нет, потому долгое время они не считались железами. Понять их назначение удалось только с помощью микроскопа.

В 1848 г. геттингенский физиолог Арнольд А. Бертольд удалил у шести петухов яички, а затем двум подопытным подсадил железы в брюшную полость. В результате эти птицы остались петухами, тогда как остальные превратились в кастратов: гребень у них сморщился, половой инстинкт угас, оперение потускнело, тело обросло жиром. Дальнейшие исследования показали, что пересаженные яички хорошо прижились, а это означало только одно: нормальную жизнедеятельность данных органов обусловливают не нервы, как считалось раньше, а «воздействие яичка на кровь и на весь организм в целом». Увы, работу Бертольда не оценили — лишь 60 лет спустя на нее обратил внимание австрийский физиолог Артур Бидль.

Долгое время, пока наука не знала о гормоне инсулине, сахарный диабет, проявляющийся выделением большого количества «сладкой» мочи, жаждой, снижением веса и онемением конечностей, считался смертельно опасным заболеванием. Единственным известным методом лечения была строгая диета, предложенная доктором Алленом и заключающаяся в резком ограничении углеводов. Однако такая диета быстро приводила к истощению, поэтому пациенты могли продлить себе жизнь всего на несколько лет…

И вот в 1860‑е немецкий студент Поль Лангерганс, изучая поджелудочную железу, обнаружил «маленькие клетки с блестящим содержимым, расположенные группами хаотично по всей поджелудочной железе». Впоследствии в честь ученого эти клетки были названы островками Лангерганса, хотя сам Поль так и не смог понять их функции.

Исследования продолжил другой ученый, Оскар Минковский, который в 1889 г. обнаружил, что у собак с удаленной поджелудочной железой развивается диабет. Дальнейшие опыты показали: если перевязать проток, по которому сок поджелудочной попадает в кишечник, то у животного возникнут трудности с пищеварением, зато уровень глюкозы в крови повышаться не будет. На этом основании Минковский сделал вывод, что поджелудочная железа вырабатывает не только пищеварительные соки, но и вещество, которое выделяется в кровь и регулирует уровень глюкозы. Казалось бы, стоит добыть это вещество, и лекарство от диабета найдено. Но тут дело застопорилось.

Первый антибиотик — пенициллин, действие которого основано на подавлении синтеза внешних оболочек бактериальных клеток, — был открыт совершенно случайно. «Проснувшись на рассвете 28 сентября 1928 года, я, конечно, не планировал революцию в медицине своим открытием первого в мире антибиотика — убийцы бактерий», — эту запись в дневнике сделал Александр Флеминг, человек, который открыл пенициллин.

В начале XX в. человечество уже пользовалось телеграфом, телефоном, радио, автомобилем и самолетом — но вместе с тем такие болезни, как тиф, дизентерия, легочная чума, пневмония и сепсис, оставались для людей смертельной угрозой. Идея борьбы с микробами с помощью самих микробов была выдвинута Луи Пастером, который выяснил, что под воздействием некоторых микроорганизмов бациллы сибирской язвы погибают. А диссертация студента‑медика Эрнеста Дучесне свидетельствует о том, что уже в 1897 г. он использовал плесень (точнее, содержащийся там пенициллин) для борьбы с бактериями, вызывающими брюшной тиф у морских свинок. Увы, эпохальное открытие Дучесне так и не совершил, поскольку… скоропостижно скончался.

На рубеже XIX и XX вв. состоялось величайшее событие в биологии и медицине: австрийский иммунолог Карл Ландштейнер (1868–1943) открыл группы крови.

Эксперименты с переливанием крови или ее компонентов проводились в течение многих сотен лет. Началом истории переливания можно считать 1628 г., когда английский врач Уильям Гарвей открыл циркуляцию крови. Если кровь циркулирует, почему бы не попробовать переливать ее тем, кто в ней нуждается? — подумали ученые. И потратили на эксперименты более 30 лет. Только в 1665 г. появилась первая достоверная запись об успешном переливании крови: земляк Гарвея — Ричард Ловер — сумел внедрить кровь от одной живой собаки другой. Медики продолжали эксперименты, но результаты их не радовали. Переливание крови животных человеку вскоре было запрещено законом, а вливание других жидкостей вроде молока приводило к серьезным побочным реакциям.

Полтора века спустя в той же Британии акушер Джеймс Бландел попытался спасти рожениц с послеродовым кровотечением. Выжила только половина его пациенток, но и это был уже отличный результат. В 1840 г. состоялось успешное переливание цельной крови для лечения гемофилии, в 1867 г. зашла речь о применении антисептиков при переливании, а спустя год на свет появился Карл Ландштейнер.

Вступление в XX век ознаменовалось бурным развитием экспериментальной генетики, принесшей множество новых данных о наследственности и изменчивости. Отправной точкой в этом процессе стало открытие законов Менделя.

Грегор Мендель (1822–1884) — австрийский ученый‑ботаник и послушник Августинского монастыря в городе Брюнн — не только служил Богу, но также работал в госпитале, преподавал математику, изучал физику и цитологию, занимался виноделием, земледелием и садоводством. Во время обучения в Венском университете он увлекся гибридизацией растений и по возвращении в Брюнн принялся экспериментировать в монастырском саду со скрещиванием разных сортов гороха.

Надо заметить, тогда считалось, что при скрещивании родительские признаки либо вовсе не расщепляются («слитная наследственность»), либо наследуются мозаично: одни — от матери, другие — от отца («смешанная наследственность»). В основе этой концепции лежало убеждение, будто в потомстве наследственность родителей смешивается, сливается, растворяется. Однако такие представления не позволяли аргументировать теорию естественного отбора. Ведь если бы при скрещивании наследственные приспособительные признаки в потомстве не сохранялись, а «растворялись», то и отбирать было бы нечего. Дабы избавить свою теорию естественного отбора от неувязок, Ч. Дарвин выдвинул теорию пангенезиса, согласно которой признаки родителей передаются потомству посредством мельчайших частиц геммул, поступающих в половые клетки из всех других клеток организма. Однако и это не могло быть правильным решением вопроса.

Во второй половине XIX в. биология была совсем молодой наукой. Ученые только приступали к исследованию клетки, а представления о наследственности, сформулированные Г. Менделем, не получили широкого признания.

Весной 1868 г. молодой швейцарский врач Фридрих Мишер приехал в университет немецкого города Тюбинген, чтобы заняться научной работой и узнать, из каких веществ состоит клетка. Экспериментируя с лейкоцитами, которые легко добываются из гноя, Фридрих отделил ядро от протоплазмы, белков и жиров и обнаружил соединение с большим содержанием фосфора. Эту молекулу он назвал нуклеином — от латинского «нуклеус» (ядро).

Открытое соединение проявляло кислотные свойства, поэтому возник термин «нуклеиновая кислота», а приставка «дезоксирибо‑» призвана была сообщать, что молекула содержит водородные группы и сахара. Впоследствии ученые выяснили, что на самом деле это соль, но название решили не менять.

Вскоре стало известно, что нуклеин содержится в хромосомах — компактных структурах, которые возникают в делящихся клетках, — и представляет собой полимер (то есть очень длинную гибкую молекулу из повторяющихся звеньев), каждое звено которого сложено четырьмя азотистыми основаниями: аденином, тимином, гуанином и цитозином.

Ученых давно интересовала тайна главного свойства всех живых организмов — размножение. И почему дети — идет ли речь о людях, животных, растениях или микроорганизмах — похожи на своих родителей, бабушек, дедушек, дальних родственников?..

После открытия ДНК — молекулы, которая содержит инструкции для производства белков, выполняющих всю основную работу в клетке, — ученым захотелось выяснить подробности процесса копирования и переноса наследственной информации из ядра в цитоплазму, к месту синтеза белка. Уже было известно, что белки — это полимеры, состоящие из повторяющихся наборов (последовательностей) 20 аминокислот. Все виды животных отличаются друг от друга набором белков в клетках, то есть разными последовательностями аминокислот. Ученые догадывались, что эти последовательности задаются генами — базовыми «кирпичиками» жизни. Но что такое гены, никто в точности не представлял.

Ясность внес один из авторов теории Большого взрыва, физик Георгий Гамов — сотрудник Университета Джорджа Вашингтона. Основываясь на модели двухцепочечной спирали ДНК Уотсона и Крика, он предположил, что ген — это определенный участок ДНК, то есть некая последовательность звеньев‑нуклеотидов.

Начало развитию науки о высшей нервной деятельности положил Иван Павлов — выдающийся врач, физиолог и ученый, который открыл условный рефлекс.

Процессами, протекающими в человеческом мозгу, и, в частности, рефлексами Павлов заинтересовался в 1869 г., когда еще учился в рязанской духовной семинарии. Однажды в руки ему попала книга профессора И. Сеченова «Рефлексы головного мозга», и оттуда Павлов узнал, что все происходящее в организме сводится к рефлексам. Как пояснял автор, нервные пути рефлекса образуют рефлекторную дугу, которая состоит из чувствительной ветви, передающей в мозг сигналы от органов чувств, и двигательной ветви, отходящей от мозга и идущей к «рабочим органам» — мышцам и железам. Загоревшись желанием изучить эту теорию глубже, Иван поступил в Петербургский университет на курс физиологии животных, после выпуска устроился на работу в физиологическую лабораторию Устимовича, а затем возглавил собственную лабораторию при клинике Боткина. Именно там он активно занялся вопросами пищеварения, точнее, причинами секреции (выделения) слюны и желудочного сока.

Технологии, основанные на использовании так называемых стволовых клеток, привлекают огромное внимание во всем мире. Но в массовом сознании использование стволовых клеток ассоциируется с клонированием и выращиванием человеческих эмбрионов «на запчасти».

«Ни одна область биологии при своем рождении не была окружена такой сетью предубеждений, враждебности и кривотолков, как стволовые клетки», — считает член‑корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии В. Репин. Хотя термин «стволовая клетка» был введен еще в 1908 г., статус отдельной науки эта область клеточной биологии получила лишь в последнее десятилетие ХХ века.

В 1999 г. журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних «инструкций» она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.

Какой металл первым вошел в жизнь людей? Золото? Серебро? Железо? Нет, это была медь: ее нашли 6000 лет назад. Правда, в то время наши предки орудовали каменными топориками и костяными ножами, потому находкой не особо заинтересовались. Однако со временем древний человек разочаровался в материалах, из которых мастерил свои инструменты: камень был очень тяжелым, а кость часто ломалась. Довелось искать что‑то иное, попрочнее да полегче, и тут на помощь пришел необычный минерал — желто‑красный, с зеленцой, еще и блестящий.

Это оказалась медь — точнее, медная руда, но люди приняли ее за камень и попытались делать с ней то же, что с обычными камнями: придавать нужную форму, многократно откалывая по кусочку. Результат получался неожиданный: мягкая медь гнулась, принимая самые причудливые формы, и становилась тверже. Значит, из нее можно что‑то выковать, сообразили древние мастера. Потом кто‑то случайно сунул породу в огонь, она стала плавиться, и людей осенило: в таком состоянии из материала можно ковать все, что угодно, — хоть наконечники копий, хоть крючки для ловли рыбы, хоть бусы и браслеты. Да, медные ножи выходили не такими крепкими, как костяные и каменные, зато затачивать их не составляло труда, да и починить можно было на раз‑два, вместо того чтобы делать новые.

О существовании этого волшебно красивого желтого металла, словно позаимствованного Землей у Солнца, люди узнали в глубокой древности — более 5 тысячелетий назад, еще в ту эпоху, когда все предметы быта и оружие делались из камня. Однако древний человек быстро оценил преимущества золота: из него легко можно было выковать любую вещь, оно не портилось ни в воде, ни при долгом пребывании на воздухе, не билось и вдобавок роскошно выглядело.

В 1972 г. обычный болгарский рабочий Райчо Маринов рыл траншею в городе Варна, чтобы проложить подземный кабель, как вдруг заметил в ковше что‑то блестящее. Присмотревшись, Райчо ошеломленно присвистнул: вместе с грунтом ему попались настоящие золотые украшения и ритуальные фигурки вроде амулетов. Вещицы явно были старинными, потому Маринов отнес их археологам. Те сразу же приехали на место, где был найден клад, и провели тщательные раскопки, которые привели их к древнему, 5,5‑тысячелетнему захоронению. Рядом со скелетами людей в могильнике лежали рабочие инструменты, луки, копья, булавы, бусы и прочие интересные предметы — все из золота.

Железо в прямом смысле слова свалилось людям на голову — в составе метеорита. Осколки небесного тела были найдены 5 тысяч лет назад жителями Египта и Шумера — они‑то и обнаружили, что кусочки этой породы представляют собой металл, более твердый, чем уже известные в то время медь, олово и золото. Данное свойство определило название металла: «железо» («залізо») на праславянском языке означало «камень, скала». А латинское «феррум» восходит к словам из санскрита, переводящимся как «твердеть» и «крепкий, тяжелый». Правда, в метеоритной породе был еще и никель, который укреплял мягкое железо, но древние об этом не знали. Обрадовавшись находке, они принялись плавить новый металл и ковать из него кинжалы, бусы, браслеты, а также разнообразные подвески в оправе из… золота. Поскольку последнее родилось на Земле, а железо было ниспослано небом, шумеры и египтяне посчитали «крепыша» божественным подарком и оценили выше желтого металла.

Однако во II тысячелетии до н. э. выяснилось, что в земных недрах железо тоже есть, только существует оно не самостоятельно, а в составе руд: бурого железняка, болотной руды, шпата, гематита и пр. Первыми выплавлять железо из руды и обрабатывать его научились хатты — народ, населявший территорию современной Турции. Когда во владения хаттов вторглись воинственные соседи хетты, какой‑то местный кузнец подарил хеттскому царю железный трон и скипетр. Вскоре завоеватели и сами научились управляться с дивным металлом, более того, впервые изготовили из него боевую колесницу собственной конструкции, а также придумали много новых видов оружия (сам фараон Египта попросил однажды хеттских мастеров выковать ему железный кинжал). Очевидно, именно это и стало залогом непобедимости хеттов.

Чеканенные картины, золоченые рамы, пластмассовые безделушки, искусно замаскированные под серебряные или бронзовые украшения, гипсовые копии старинных скульптур, для красоты и солидности покрытые бронзой… Все эти вещи имеют кое‑что общее: их делают с помощью гальванопластики.

Что это за техника такая? Если в двух словах — это такой процесс, в ходе которого электричество пропускается через соли металлов, и они распадаются, покрывая своими частичками другие предметы. Ну а если подробнее, все происходит примерно так. Сначала вещица, которую нужно одеть в металлические доспехи, опускается в раствор соли — поскольку такие растворы хорошо проводят ток — и подсоединяется к минусовому полюсу источника, превращаясь в катод. Затем в ту самую жидкость погружаются металлические пластинки, которые подводятся уже к плюсовому полюсу и берут на себя роль анода. Электрическая цепь замыкается, атомы анода и катода заряжаются — первые превращаются в положительные ионы, а вторые в отрицательные, — и тогда положительные ионы металла отрываются от пластинок и мчатся к катоду, у которого имеются лишние электроны. Цепляясь за эти отрицательные частицы, атомы металла снова становятся нейтральными и оседают на поверхности катода (покрываемой вещи).

История каучука началась в XVI в., в период Великих географических открытий. Вернувшись из Америки в Испанию, путешественник и первооткрыватель Христофор Колумб привез множество диковин, одной из которых был эластичный мяч из «древесной смолы». Снаряд, которым туземцы играли в нечто наподобие баскетбола, легко подпрыгивал, отскакивая от земли, сжимался и быстро восстанавливал свою первоначальную форму. Материал мяча был странным на ощупь — индейцы называли его «каучук», что переводится как «слезы млечного дерева». Чтобы изготовить каучук, коренные американцы сцеживали в чашечки белый, словно молоко, сок бразильской гевеи (латекс), затем сливали в большой сосуд и нагревали. Сок быстро сворачивался, превращаясь в темный смолоподобный эластичный материал. Помимо мячей, индейцы делали из него непромокаемые ткани, обувь, сосуды, детские игрушки.

Все эти вещи частенько завозились в Европу последователями Колумба, но европейцы почему-то не оценили материал по достоинству, хотя самим испанцам очень нравилось играть с экзотическим мячом — на основе индейских правил они даже придумали свою игру, похожую на современный футбол.

Со временем о южноамериканской диковинке забыли, и только в XVIII в. члены французской экспедиции обнаружили в Южной Америке дерево, выделяющее удивительную, затвердевающую на воздухе смолу, которая была названа резиной (от лат. resina ― смола). В 1738 г. французский исследователь Ш. Кондамин представил в Парижской академии наук образцы каучука, изделия из него и описание процесса его добычи, после чего начались поиски всевозможных способов применения этого вещества.

По мнению историков, нефть была обнаружена на берегу Каспийского моря более 500 000 лет назад, а на берегу Евфрата ее стали добывать в VI―IV-м тысячелетиях до н. э. Древние люди использовали «черное золото» для различных целей, в том числе в качестве лекарства. Египтяне добывали «асфальт» (битум, или окисленную нефть) у берегов Мертвого моря и использовали для бальзамирования и приготовления строительных растворов. У жителей южных берегов Каспийского моря нефть издавна применялась для освещения жилищ, а также являлась частью зажигательного средства, вошедшего в историю под названием «греческий огонь».

В Средние века нефтью освещали улицы в городах Ближнего Востока и Южной Италии. В XIX в. россияне и американцы научились изготовлять из «черного золота» осветительное масло — керосин. В 1853 г. львовяне Иван Зег и Игнатий Лукасевич изобрели лампы, где использовался керосин, и в том же году впервые на Украине керосиновая лампа осветила операционный стол во львовском госпитале, во время срочной ночной операции.

До середины XIX в. нефть добывалась в небольших количествах, в основном из неглубоких колодцев вблизи ее естественных выходов на поверхность земли. Но в конце столетия спрос на нефть стал возрастать в связи с широким использованием паровых машин и развитием промышленности, которая требовала больших количеств смазочных веществ и мощных источников света. Внедрение в конце 1860-х бурения нефтяных скважин считается началом зарождения нефтегазовой промышленности.

Само понятие «газ» (от греч. «хаос» — сияющее пространство) возникло в XVII в. благодаря голландскому химику Я. Б. ван Гельмонту (1580–1644). Ученому удалось разложить воздух на две части: одна из них поддерживала горение, а другая нет. Но поскольку обе они заполняли все доступное пространство без особого изменения своих свойств, чем и отличались от жидкостей и твердых тел, Гельмонт назвал их газами.

В широкий же научный обиход слово «газ» ввел А. Лавуазье (1743―1794), доказав, что углекислый газ (диоксид углерода) — это соединение кислорода с «углем» (углеродом), а вода — соединение кислорода с водородом.

Впрочем, с природным горючим газом (смесью газов, которые образуются в земных недрах путем бескислородного разложения органических веществ) человечество сталкивалось с древнейших времен. Выходя под давлением по трещинам из-под земли, газы нередко воспламенялись, потому люди дали им название «вечные огни». Такие природные факелы были широко распространены в Месопотамии, Иране, у подножий Кавказского хребта, в Северной Америке, Индии, Китае, на Малайских островах и считались священными. Люди поклонялись им, как божеству, и строили рядом храмы.

 

Вплоть до XIX в. в естественных науках господствовала концепция витализма. Химики и биологи полагали, будто в веществах, составляющих организмы растений и животных, присутствует некая загадочная «жизненная сила», которая делает невозможным получение органических веществ из неорганических — ведь у последних просто отсутствует необходимый компонент.

Так, шведский химик Йенс Якоб Берцелиус (1779–1848) считал, что в органическом мире действуют иные силы и законы, нежели в неорганическом. У неорганических веществ сильно проявляются электрохимические свойства, и получить эти вещества (в том числе благородные металлы) можно лишь с помощью химических превращений. Отличительной же особенностью органических соединений, по мнению Берцелиуса, является специфическое происхождение и соответствующие свойства, поэтому «тела растительного и животного царств» можно выделить лишь из «живой материи» — частей растений, животных и человека, а также из продуктов их жизнедеятельности. «Существо живого тела, — писал Берцелиус, — заключается не в его неорганических элементах, а в чем-то другом, что в состоянии склонить неорганические, общие для всех живых тел элементы к осуществлению определенных, своеобразных для каждого рода результатов. Это нечто, называемое нами жизненной силой, целиком лежит вне неорганических элементов и не является одним из первоначальных свойств, как вес, непроницаемость, электрическая полярность и прочее. Что оно собой представляет, где его начало и где конец — мы не знаем».

Водород — самый распространенный химический элемент во Вселенной. Он составляет примерно половину массы Солнца и других звезд, а также межзвездного пространства и газовых туманностей. На Земле водород находится в связанном состоянии — в виде соединений. Вместе с углеродом он входит в состав нефти, природных газов и всех живых организмов. Немного свободного водорода содержится и в воздухе, но там его совсем мало — 0,00005 %. В атмосферу он попадает из вулканов.

Еще средневековый ученый Парацельс заметил, что при действии кислот на железо выделяются пузырьки какого-то «воздуха», но что это такое — объяснить не смог. Теперь известно, что это был водород.

Латинское название элемента Hydrogenium состоит из двух греческих слов — «вода» и «рождаю», то есть «рождающий воду». Так в XVIII в. его назвал французский естествоиспытатель А. Лавуазье. Понятие «водород» было предложено в 1824 г. русским химиком М. Соловьевым по аналогии с «кислородом». А до XIX в. в химической литературе России можно было встретить названия «горючий газ», «загораемый воздух», «водотвор», «водородный газ», «водотворное существо».

Очень долго опыты по изучению и открытию газов оставались без внимания, поскольку ученые попросту не замечали этих невидимых веществ. Лишь со временем стало ясно, что газ — полноценная материя, без исследования которой невозможно полностью понять химическую основу мира.

На открытие кислорода претендуют сразу трое ученых: шведский химик Карл Вильгельм Шееле, английский священник Джозеф Пристли и французский химик Антуан Лавуазье.

Первым, кто получил относительно чистую пробу кислорода, был Карл Шееле (1742–1786). Работы Шееле охватывают всю химию того времени: учение о газах, химический анализ, химию минералов, начала органической химии. В 1769 г. он выделил из соли — «винного камня» (гидротартрата калия) — винную кислоту. В 1774 г., исследуя пиролюзит («черную магнезию»), показал, что это вещество является соединением неизвестного металла, впоследствии названного марганцем, а также выделил «тяжелую землю» — оксид бария. Кроме того, воздействуя на «черную магнезию» соляной кислотой, Шееле открыл зеленоватый удушливый газ, названный им «дефлогистированной соляной кислотой». Позже этому газу было присвоено название «хлор».

Год спустя Шееле приготовил мышьяковую кислоту, затем — синильную, мочевую, щавелевую, молочную, лимонную, яблочную, галловую, а также глицерин. Особый интерес представляет выделение синильной кислоты из угольного ангидрида, угля и аммиака — этот опыт, по сути, стал первым органическим синтезом, осуществленным за 40 лет до Ф. Вёлера. Кроме того, Шееле первым получил и исследовал перманганат калия (всем известную марганцовку, которая теперь широко применяется в медицине), разработал способ получения фосфора из костей, открыл сероводород.

Top.Mail.Ru Яндекс.Метрика