Живые часы - Ритчи Уорд

Следующей задачей ученого было измерить силу, которая заставляет чистую воду проходить через мембрану в раствор сахара. Пришло время перейти от качественных наблюдений к количественным.

Для количественных измерений потребовалось всего лишь очень простое дополнение к его сосудам. Их отверстия он заткнул пробками, в которые предварительно вставил стеклянные трубки. Теперь вода, втягиваемая в сосуд, поднималась по трубке до тех пор, пока осмотическое давление раствора не компенсировалось весом столба жидкости в трубке.

Пфеффер провел целую серию экспериментов, постепенно увеличивая концентрацию сахара в исходных растворах и измеряя высоту, на которую поднимались растворы в стеклянных трубках. Оказалось, что, чем большей была концентрация сахара в исходном растворе, тем выше поднимался столб жидкости. На графике зависимости высоты столба жидкости от концентрации сахара в растворе точки, соответствующие результатам измерений, выстраивались в прямую линию. Так было окончательно доказано, что осмотическое давление раствора прямо пропорционально концентрации растворенного вещества. Современные ученые полагаются на это количественное соотношение в своей повседневной работе как на нечто само собой разумеющееся. Да и те, кто работает в наше время в области клеточной физиологии, понимают работу внутренних механизмов клетки значительно глубже, чем Пфеффер. Но, как сказал Исаак Ньютон: «Если я и видел дальше… то стоя на плечах гигантов».

Рис. 11. Простой прибор, очень похожий на тот, которым пользовался Вильгельм Пфеффер, чтобы измерить осмотическое давление в растворе сахара.

В конце лета 1884 года профессор химии Рижского политехнического училища (в будущем известный физико-химик) Вильгельм Оствальд взошел на корабль, направлявшийся в Стокгольм. У него была диссертация молодого шведа по имени Сванте Аррениус, которую он считал блестящей. По его мнению, труд Аррениуса недооценили в Упсальском университете. Хотя Аррениусу и присудили докторскую степень (под аккомпанемент традиционного пушечного салюта), его работу классифицировали как труд «четвертого класса».

Идеи, выдвинутые Аррениусом, могли оказаться правильными, и их признание, несомненно, открывало для химии новые перспективы. Поэтому Оствальд не успокоился, пока не предстал перед Пером Клеве — директором Упсальской лаборатории, столь небрежно отвергнувшим новую теорию Аррениуса. Теория электролитической диссоциации (так называлась эта теория) впоследствии была восторженно принята всеми химиками мира и принесла Сванте Аррениусу Нобелевскую премию по химии.

Сущность теории электролитической диссоциации сводилась к тому, что неорганические вещества при растворении распадаются на ионы, то есть атомы, или группы атомов, несущие определенные электрические заряды: одни — положительные, другие — отрицательные. И в тех случаях, когда химическая реакция протекает в растворе, она идет только между этими ионами.

Если, например, взять столовую ложку обычной поваренной соли и растворить ее в воде, произойдет следующее:

Химический элемент натрий — это легкий белый металл. Он очень мягок (его можно резать даже тупым ножом). Натрий настолько бурно реагирует с водой, что не может сохраняться на открытом воздухе, если в нем присутствуют хотя бы следы водяного пара. Хлор представляет собой желто-зеленый ядовитый газ. Когда атомы этих двух элементов электрически заряжены и находятся вместе в водном растворе, мы имеем всего лишь обычную соленую воду. При этом ионы натрия и хлора способны быстро реагировать с другими ионами, добавляемыми в воду.

Представитель старой школы, Клеве, смотрел на Аррениуса как на молодого выскочку, считая безответственным его назначение доцентом в Упсале и подозревая, что эта новая теория граничит с помешательством.

Рис. 12. Сванте Аррениус, лауреат Нобелевской премии 1903 года по химии.

Карьера ученого, отважившегося бросить вызов укоренившимся идеям, началась весьма бурно. И последующие годы его деятельности также не были спокойными. Аррениус продолжал бороться, поддерживаемый, кроме Оствальда, еще несколькими химиками, в том числе голландским профессором Якобусом Вант-Гоффом, и спустя много лет победил. В 1903 году Аррениус был удостоен Нобелевской премии по химии, а вскоре после этого Берлинская академия наук пригласила его на должность профессора химии. Еще позже Шведская академия наук предложила Аррениусу пост директора Института физической химии в Стокгольме. Здесь, в прекрасно оборудованной лаборатории, Аррениус мог без помех работать над проблемами физической химии, биохимии, иммунохимии, метеорологии и космической физики.

Одной из увлекавших его проблем был вопрос о том, каким образом влияние космических факторов отражается на физиологическом состоянии растений, животных и человека. За разработку этой проблемы Аррениус взялся с присущей ему смелостью.

Он изучил данные о периодических вспышках бронхита, о периодичности рождений и смертей в разных частях земного шара, о периодичности менструаций у женщин. По мнению Аррениуса, период во всех этих случаях примерно соответствовал лунному месяцу. Были у него и данные, на основании которых можно было предположить периодичность приступов эпилепсии. Аррениус сравнил графики, которые отражали наибольшие и наименьшие частоты этих физиологических изменений с графиками изменений концентрации электрических зарядов в атмосфере и заключил, что между этими явлениями существует совершенно определенная зависимость.

Более того, он попробовал объяснить это. «Физиологическое воздействие атмосферного электричества, — писал он, — которое, как известно, оказывает влияние на растения, может влиять и на всю живую природу в целом. Высокая электрическая напряженность воздуха может вызывать химические реакции, которые оказывают влияние на организм, например, на репродуктивный цикл червей палоло и других животных. Вполне вероятно, что атмосферное электричество заметно сказывается на состоянии людей с расстроенной нервной системой».

Аррениус интересовался многими проблемами, предоставляя детальную разработку своих гипотез ученым с более методичным складом характера. Однако в течение полустолетия ничего не было сделано в отношении дальнейшей разработки проблемы влияния космических сил на периодичность у живых организмов[2].

4. Почему растения спят

Пожалуй, не так уж много ученых подарило миру идеи, которые коренным образом изменили взгляды человека на окружающую природу. Величайшими из этих гигантов были Галилео Галилей, Исаак Ньютон, Чарлз Дарвин, Альберт Эйнштейн. Труды Дарвина настолько всеобъемлющи и плодотворны, что до сих пор продолжают служить источником все новых и новых исследований и открытий.

24 ноября 1859 года на прилавках лондонских магазинов появился трактат Чарлза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Все издание книги — 1250 экземпляров — разошлось в один день. Так началась история «самой важной естественнонаучной публикации девятнадцатого столетия». Она же положила начало и самой ожесточенной дискуссии, которая продолжалась еще долгие годы спустя. Уже в нашем столетии, в июле 1925 года, в штате Теннесси был осужден преподаватель Дж. Скоупс. Его обвинили в нарушении закона, по которому запрещалось «с университетской кафедры, а также в любых других учебных заведениях штата провозглашать теории, отрицающие божественное происхождение человека, как учит тому Библия, и утверждающие, что человек произошел от более низкоорганизованных животных». Процесс вызвал широкие отклики в прессе, но никто из репортеров так и не смог поведать миру, правильна ли теория естественного отбора или нет. Судья просто не допустил обсуждения этого вопроса.

Такого развития событий Дарвин, разумеется, не мог предвидеть. Двадцать лет занимался он кропотливыми наблюдениями и экспериментами, изучил сотни трудов других исследователей. Написание самого «трактата» стоило ему, по его собственному признанию, «тринадцати с половиной месяцев тяжкого труда». Когда в 1869 году готовилось к публикации пятое издание, он писал Дж. Д. Хукеру, известному ботанику и своему давнишнему другу: «Если бы я прожил на двадцать лет больше и мог бы продолжать работать, я бы заново переписал «Происхождение»: очень многие его положения требуют переработки!».

Через десять с лишним лет после выхода в свет «Происхождения видов» Томас Генри Гексли, биолог, член десяти королевских комиссий, писал: «Что бы ни думали, что бы ни говорили об учении мистера Дарвина, несомненно одно — за десять лет «Происхождение видов» произвело столь же полную революцию в биологической науке, как «Начала» Ньютона в астрономии, потому что, как отметил Гельмгольц, в нем содержится по существу новая созидательная мысль».