Айзек Азимов - Краткая история биологии. От алхимии до генетики

Более фундаментальные исследования, которые более прямо связывают поведение с нервной системой, были выполнены русским психологом Иваном Павловым (1849 — 1936). Павлов начал с неврологического контроля секреции пищеварительных соков, затем перешел к изучению рефлексов.

На примере с собакой Павлов обосновал свой термин «условный рефлекс».

Школа психологов, исповедовавших так называемый бихевиоризм, утверждала, что весь процесс обучения — это развитие условных рефлексов и новых навыков, так сказать нервная сеть. Любой человек, видевший когда-либо стул, как только слышит это слово, сразу представляет данный предмет. Выдающимися деятелями этой школы были американские психологи Джон Бродес Уотсоп (1878—1958) и Беррес Фредерик Скиннер (1904-1990).

Бихевиоризм — крайне механистический взгляд на психологию поведения, эта точка зрения сводит на нет все фазы работы сознания и видит в поведении только физику. Но если к мышлению и подходить механистически, то следует применять более тонкие методы.

Рассматривая нервную инфраструктуру, легко представить себе импульсы, путешествующие по разным путям, — однако из чего состоят эти импульсы в точности? Давнюю доктрину духовной субстанции, идущей по нервным путям, наголову разбили Халлер и Галль, однако после работ итальянского анатома Луиджи Гальвани (1737-1798) она возродилась вновь, хотя и в совершенно новой форме. В 1791 г. Гальвани обнаружил, что мускулы анатомированной лягушки производили механическую работу под электротоком. Он сообщил, что открыл животное электричество, производимое мускулатурой.

Это предположение в своей оригинальной форме было некорректным, однако в форме модифицированной стало верным. Немецкий физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон (1818—1896) еще в студенчестве написал работу об электрических рыбах; это возбудило в нем длительный интерес к электрическим явлениям в тканях. С 1840 г. он изобретал все новые методики, при помощи которых мог бы наблюдать небольшие электротоки в нервах и мускулатуре. Ученый показал, что нервные импульсы сопровождаются изменением электрического состояния нервной системы. Нервные импульсы несут электричество, но своей природе; это электричество столь же неуловимо и «эфирно», сколь была, по представлениям ее сторонников, духовная субстанция.

Электрические изменения продвигаются не только по нервам, но и по мускулам. В случае с ритмическими сокращениями мускулов электрические изменения также ритмичны — как в случае сердечных сокращений. В 1903 г. голландский физиолог Вильгельм Айнтховен (1860 — 1927) изобрел очень чувствительный проволочный гальванометр, способный определять слабые токи. Он использовал его для записи ритмично меняющихся электрических потенциалов сердца посредством электродов, наложенных на кожу. К 1906 г. он скоррелировал электрокардиограммы (ЭКГ) с разными типами нарушений деятельности сердца.

В 1929 г. подобный тест был проведен немецким психиатром Хансом Бергером (1873 — 1941), который прикрепил электроды к черепной коробке испытуемого. Они отразили ритмично меняющиеся потенциалы, отражающие мозговую активность. Электроэнцефалограммы (ЭЭГ) крайне сложны; их трудно интерпретировать. Однако имеются легко интерпретируемые изменения в случае серьезных нарушений мозговой активности, например при наличии опухолей. По изменениям ЭЭГ можно диагностировать эпилепсию.

Конечно, электрические потенциалы не могут дать ответы на все медицинские вопросы. Электрический импульс, путешествующий вдоль нерва, не способен сам по себе пересечь синоптический провал между двумя нейронами. Значит, совершить этот прыжок и инициировать электрический импульс в следующем нейроне должно нечто другое. Немецкий физиолог Отто Леви (1873-1961) в 1921 г. продемонстрировал, что нервный импульс сочетает в себе как химические изменения, так и электрические. Химическая субстанция, высвобождаемая простимулированным нервом, и совершает этот прыжок, пересекая синапс. Английский физиолог Генри Халлет Дейл (1875—1968) определил химический состав этого вещества, назвав его ацетилхолином.

Были открыты и другие химические вещества, связанные с нервной деятельностью. Некоторые из них производят симптомы психических нарушений. Пока нейрохимия находится в своей «младенческой» стадии развития, однако есть большие надежды, что со временем станет представлять собой мощный инструмент для изучения человеческого сознания.

Успехи теории нейронов не абсолютны. Электрические «посланники», курсирующие вдоль нерва, не единственные контролеры тела. Через кровь курсируют также посланники химические.

В 1902 г. два английских физиолога — Эрнест Генри Старлинг (1866 — 1927) и Уильям Мэддок Бэйлисс (1866 — 1924) обнаружили, что если уничтожить все нервные окончания, ведущие к поджелудочной железе, то она все равно будет выполнять свою функцию. Железа начинает производить пищеварительные соки, как только в кишечный тракт поступает кислотное содержимое желудка. Выяснилось, что внутренняя оболочка тонкого кишечника под влиянием желудочной кислоты выделяет вещество, названное Старлингом и Бэйлиссом секретином.

Два года спустя Старлинг предложил называть все вещества, выбрасываемые в кровоток эндокринной железой, гормонами (от греческого слова, означающего «вызывающий активность»). Гормоны служат для побуждения к деятельности того или иного органа.

Гормональная теория зарекомендовала себя исключительно полезной, поскольку вскоре было обнаружено множество гормонов, поступающих в кровоток в следовых (крайне малых) количествах, которые поддерживают жизненно важный баланс химических компонентов тела либо привносят хорошо контролируемые изменения там, где они необходимы. Японско-американский химик Йокихи Така-мини (1854— 1922) в 1901 г. выделил из адреналиновой железы вещество, которое сейчас называется эпинефрин (коммерческое наименование — адреналин). Именно адреналин стал первым выделенным, с известной структурой и применяемым гормоном.

Обмен веществ в организме является гормоноконтролируемым. Магнус-Леви в свое время показал взаимосвязь между изменениями в обмене веществ и заболеванием щитовидной железы. Американский биохимик Эдуард Кальвин Кендалл в 1916 г. выделил из щитовидной железы вещество, названное им тироксин. Выяснилось, что производство этого гормона в небольших количествах контролирует общий обмен веществ.

Наиболее показательный результат работы гормонов — взаимосвязь их содержания с заболеванием диабетом. Нарушения здесь касаются процесса разложения Сахаров для высвобождения энергии, в результате чего происходит резкое повышение содержания сахара в крови. В результате тело освобождается от избытка сахара через мочу, и присутствие сахара в моче является симптомом приближающегося диабета. До XX в. заболевание неизменно приводило к смерти.

В 1893 г. у немецких физиологов Йозефа фон Меринга (1849 — 1908) и Оскара Минковского (1858—1931) возникло подозрение, что диабет каким-то образом связан с деятельностью поджелудочной железы. При удалении поджелудочной железы у подопытных животных в проведенных учеными опытах диабет развивался стремительно. На основании гормональной теории Старлинга и Бэйлисса было логичным предположить, что поджелудочная железа производит гормон, контролирующий процесс разложения сахара.

Попытки выделить гормон из поджелудочной железы, как Кендалл изолировал тироксин из щитовидной железы, провалились. Конечно, главной функцией поджелудочной железы является производство желудочных соков — таким образом, чтобы в них было большое содержание протеинрасщепляющих энзимов. Если гормон сам по себе является протеином (что было доказано позднее), он разрушится в процессе экстракции.

В 1920 г. канадский физик Фредерик Грант Бантинг (1891 — 1941) провел опыт с перевязыванием поджелудочной 'железы у животных. Сама железа при этом не удалялась.

Аппарат пищеварительных соков при этом дегенерирует, поскольку пищеварительные соки не поставляются; однако порции, которыми гормон выбрасывается в кровь, надеялся Бантинг, останутся эффективными. В 1921 г. он со своим- ассистентом Чарлзом Гербертом Вестом проверил свое предположение на практике. Ему удалось выделить гормон инсулин. Использование инсулина позволило контролировать развитие диабета, и хотя диабет неизлечим и больным приходится всю жизнь проходить лечение, но жизнь их удается спасти и сделать вполне нормальной.

Впоследствии были выделены и другие гормоны. Половые гормоны (контролирующие развитие вторичных половых признаков в подростковом возрасте и полового цикла у женщин) из яичников и яичек выделил немецкий химик Адольф Фридрих Йоханнес Бутенандт (1903-1995) в 1929 г.