/
Text
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ
БСТВСТВОЗНАНИЛ
КНИГА 15
Л. Ж. ГЁНДЕРСОН
СРЕДА
ЖИЗНИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛЕНИНГРАД
1924
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Под общей редакцией А. Д. Архангельского, В. Ф. Кагана, Н. К.
Кольцова, В. А. Костицына, П. П. Лазарева и Л. А. Тарасевича
======= КНИГА 15 ========
Л. Ж. ГЁНДЕРСОН
СРЕДА ЖИЗНИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
Л. Ж. ГЁНДЕРСОН
профессор биологической химии в Гарвардском Университете, в Кембридже
(С.-А. Соед. Штаты).
СРЕДА ЖИЗНИ
ЖССЛЕДОВАННЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
НЕОРГАНИЧЕСКОГО МИРА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ИХ ПРИСПОСОБЛЕННОСТИ
к потребностям: жизни
Перевод е последнего немецкого издания
С Н. СКАДОВСКОГО и В. Н. ШРЕДЕР
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА 1924 ЛЕНИНГРАД
/'(jjotyA, ар СИг в€ыыо €*\
/^^иЗАатбЛЪСтпво \
¦ (F <ТП. un о графияу)\
% Ш?оухарина /
Scan AAW
Гиз. №• 4357
7.000 экз. Ленинградский Гублит № 11072.
СОДЕРЖАНИЕ.
СТР.
Предисловие хш
Глава I. Приспособленность или биологическая
пригодность среды.
I. Целесообразность и порядок 1
Понятия: цель и порядок, как неопределенные
философские понятия, возникли с того времени, когда ум
человека стал выяснять свое отношение к окружающему миру.
II. Приспособленность 3
Хотя понятия Дарвина о приспособлении
одинаково распространяются как на то, что приспособлено (среда),
так и на то, что приспособляется (органиэм), или, лучше
сказать, указывает на взаимность их отношений, биологи со
времен Дарвина занимались исключительно явлениями
приспособляемости организма к окружающей среде.
III. Окружающий мир 5
Внешний мир, воспринимаемый нашими органами
чувств, это — мир материи, энергии, времени и пространства.
A. Материя 5
Различные факты из области химии привели к
заключению, что весь материальный мир состоит из известных
нам элементов. Научно обоснованные факты позволяют при
изучении условий жизненных явлений рассматривать
материю, как фактор, нам известный.
B. Энергия 9
Законы сохранения и рассеяния энергии, известные
так же, как первый и второй законы термодинамики,
показывают, что проявления энергии не только не случайны, но,
наоборот, тесно связаны между собой. Они подчинены
известному порядку и закономерности. Существует только
одна энергия, и она не разрушима.
C. Пространство и время 11
При изучении явлений жизни понятия о времени и
пространстве вполне соответствуют тем, которые были
известны Эвклиду и Галилею.
IV. Организм 12
Развитие физики и химии дало биологии возможность
получить точные и широкие знания о материальном мире
и воспользоваться ими при изучении взаимоотношений между
жизнью и средой.
VI
A. Обмен веществ 14
Превращения, претерпеваемые материей и энергией
во время протекания через живой организм, носят название
обмена веществ.
B. Органическая химия 16
Физические и химические основы жизни прочно
установлены. Состав живой материи, ее физическая структура,
превращение материи и энергии в процессе обмена веществ—
все это хорошо изучено.
C. Характеристика жизпи 17
Жизнь, насколько мы ее знаем, есть
физико-химический механизм. Сложность, известное постоянство и
питание — суть главные компоненты жизни, и мы не можем
себе составить иного представления о ней или о каком-либо
другом сходном с ней механизме. При нашем дальнейшем
исследовании мы можем исключить из понятия о жизни все
биологические представления.
V. Проблема 20
В какой мере свойства материи и энергии и
космические явления благоприятны для существования механизмов,
которые обладают сложным строением, способны к
саморегуляции и снабжены определенного рода материей и
энергией?
Глава П. Окружающий мир.
I. Астрономия 22
Простое логическое заключение указывает, что
солнечная система является некоторым типом, характерным для
всей вселенной, и что ее эволюция является типичным случаем
космического развития. Всякая другая гипотеза не находится
в согласии со множеством фактов и с дальнейшими
обобщениями современного знания.
II. Какая среда возможна для жизни 28
На основании наших сведений по космографии мы
можем заключить, что жизнь возможна только на
поверхности плотного, покрытого корою небесного тела.
Ш. Геофизика • 30
Земная кора и атмосфера над ней образовались
согласно общим законам. Они вполне типичны или были
таковыми во время своего возникновения.
IV. Атмосфера 31
Атмосфера, содержащая веду и углекислоту, есть
нормальная оболочка затвердевшего с поверхности
небесного тела.
V. Общие космографические заключения .... 35
Солнечная система, в основных ее чертах, невидимому,
является типичным феноменом вселенной; солнце есть
типичная неподвижная звезда; планеты оказываются членами
многочисленной группы сходных тел. Повсюду, на более или
менее продолжительное время, возникают климатические
условия, допускающие возникновение жизни.
vit
VI. Главнейшие составные элементы
окружающего мира 35
Химические и физические особенности воды и
углекислоты обусловливают возможность жизни на земле. Эти
вещества представляют из себя автоматически
образовавшийся подвижный материал, из которого, без сомнения, могли
возникнуть живые существа.
VII. Окончательная Формулировка проблемы ... 38
В какой мере физические, химические и общие
метеорологические особенности воды, углекислоты и других
соединений углерода, водорода и кислорода благоприятствуют
существованию механизмов, которые обладают сложностью в
физическом, химическом н физиологическом отношениях,
окружены способной к саморегуляции средой, сами способны
к саморегуляции, и кроме того обмениваются с этой средой
материей и энергией?
VIII. Метод решения проблемы 39
Необходимо сопоставить особенности воды,
углекислоты и углеродистых соединений, чтоб выяснить, обладают ли
они во всей своей совокупности исключительными свойствами
приспособленности для существования сложного и способного
к саморегуляции организма, обладающего энергичным
обменом веществ.
Глава III. Вода.
Общие рассуждения 42
Вода есть и будет самым распространенным и самым
важным веществом.
I. Термические особенности 47
A. Удельная теплота 47
Высокая удельная теплота, кроме воды, встречается
только у водорода и аммиака.
Высокая удельная теплота воды — бесспорно, в высшей
степени благоприятный фактор для регулировки температуры
тела самого организма и всего окружающего мира, воздуха
и воды, суши и моря. Это же свойство облегчает круговорот
воды в природе, вызывая образование морских течений и
ветров. Мы имеем, следовательно, поразительный пример
естественной приспособленности к особенностям жизни. Ни
одно вещество, за исключением аммиака, не обладает этим
свойством в такой степени.
B. Скрытая теплота 54
Из всех известных веществ вода обладает почти самой
высокой скрытой теплотой плавления. Чтобы превратить
определенную массу воды в лед, следует отнять большое
количество теплоты; несмотря на сильное охлаждение,
значительная часть воды все же остается в жидком состоянии;
поэтому некоторая масса воды при температуре 0° С может
нагреть значительный объем воздуха с образованием только
небольшого количества льда. Таким образом равномерность
термических условий в океане и смягчающее действие воды на
суровые климагы проявляется почти с максимальной интенсив-
VIII
ностью—таковы факты, непосредственновытекающие из физико-
химических свойств воды, факты, являющиеся особенно
благоприятными для живого организма. Скрытая теплота
испарения воды значительно выше, чем у всех остальных веществ.
Это обстоятельство имеет троякое значение: во-первых,
благодаря ему достигается значительное выравнивание и смяг-
ченпе температуры на земле, во-вторых, облегчается точная
регулировка температуры тела живых организмов и, в-третьих,
обусловливается метеорологический круговорот. Во всех трех
направлениях действие воды проявляется в наивысшей
степени, так как в отношении этого свойства ни одно вещество
не может итти в сравнение с водой.
C. Теплопроводность 63
Теплопроводность воды выше, чем у всех других
обыкновенных жидкостей. Эта особенность облегчает выравнивание
температуры.
D. Расширение перед замерзанием 64
Рассматривая явления развития вселенной с
биоцентрической точки зрения, мы должны признать, что вода,
благодаря своим термическим свойствам, является
единственным подходящим с точки зрения биологии веществом.
П. Действие воды на другие вещества 66
Некоторые характерные особенности воды определяют
физико-химические свойства тех систем, которые возникают
при соприкосновении воды с другими веществами.
A. Вода как растворитель 67
Нет другого вещества, которое в отношении этого
свойства может итти в сравнение с водой.
B. Электролитическая диссо'уиация 71
Диэлектрическая постоянная воды выше, чем у других
веществ (за некоторыми несущественными исключениями).
Вследствие этого электролитическая диссоциация
растворенных в ней веществ значительнее, чем во всяком другом
растворителе.
Ионы значительно обогащают внешнюю среду. Они
увеличивают многообразие химических веществ и
химических реакций. Они образуют группу чрезвычайно подвижных
агентов, они вызывают электрические явления: водные
растворы — лучшие источники ионов.
C. Поверхностное натяо/сение 76
Из всех обыкновенных жидкостей, за исключением
ртути, вода имеет самое большое поверхносгное натяжение.
Поверхностное натяжение и плотность определяют высоту,
на которую может подняться жидкость в капиллярной системе;
отсюда мы видим, что главным образом благодаря своему
поверхностному натяжению вода поступает в растения. Далее,
поверхностное натяжение имеет большое значение при
адсорбции. Адсорбция, несомненно, значительная сила природы;
определяющая физико-химическое строение протоплазмы.
IX
Глава IV. Углекислота.
СТР.
I. Растворимость 80
Всюду, где вода приходит в соприкосновение с
углекислотой и между газом и жидкостью устанавливается
равновесие, количество растворившейся углекислоты должно быть
приблизительно равно ее содержанию в воздухе.
Углекислота является первым источником питания,
она всюду распространена, и подвижность ее исключительно
велика. Если бы углекислота не была газом, то ее выделение
из тела было бы одной из самых трудных физиологических
задач, и если бы она не была легко растворима, то некоторые
из существующих физиологических процессов были бы просто
немыслимы.
II. Кислотность 84
Углекислота обладает важным свойством — в каждом
растворе, содержащем ее соли, устанавливать нейтральную
реакцию, при том условии, если кислота находится в избытке.
Это свойство отсутствует у всех остальных кислот, которые
по своей силе немного отличаются от углекислоты.
Равновесие углекислых солей действует таким образом,
что более сильные кислоты тотчас же после своего
образования имеют возможность вступать во взаимодействие с
двууглекислыми солями, которые при нормальных условиях
находятся в избытке, вследствие чего они нейтрализуются.
Обычные физиологические процессы и структурные
состояния, для осуществления которых необходимо постоянство
концентраций водородных и гидроксильных ионов, весьма
разнообразны и многочисленны.
Глава V. Океан.
I. Регудядия Физико-химических соотношений . 99
Наиболее выдающимся свойством океана является его
неизменяемость.
Температура океана подвержена необыкновенно
малым колебаниям. Щелочная реакция морской воды
подвержена значительно меньшим колебаниям, чем температура.
Количество солей, находящихся в океане, не подлежит
почти никаким колебаниям, и каждая отдельная составная
часть не может подвергаться более сильным колебаниям, чем
сумма всех составных частей.
Солевой состав морской воды пропорционален своему
осмотическому давлению; следовательно, и это важное
свойство почти постоянно.
П. Круговорот воды НО
Круговорот воды обусловливает равномерность
концентрации, составных частей, температуры, щелочной реакции и
осмотического давления.
III. Океан как среда Ш
Море в отношении подвижности, богатства и
разнообразия составных частей представляет среду совершенно
исключительную. Оно является идеальным источником всего
того, что может быть пригодно для сложного механизма.
X
СТР.
Как физические условия, так и химические соединения
в океане, обладают исключительным постоянством.
Приспособленность океана для жизни является как
бы воплощением физической приспособленности воды и
углекислоты, которая совершенно очевидна.
Глава VI. Химические соединения трех элементов.
I. Органическая химия 117
Углеродистые соединения не потому только своеобразны,
что они многочисленны. Они необыкновенно многочисленны
именно потому, что представляют соединения углерода с
кислородом и водородом, а в некоторых случаях и с другими
элементами.
A. Валентность , 120
B. Углеводороды 121
Имеются тысячи возможностей для возникновения
определенных тел, состоящих только из углерода и водорода.
C. Соединения углерода, водорода и кислорода 124
Путем вступления кислорода разнообразие и
количество известных возможных соединений увеличивается еще
более. Они охватывают как очень устойчивые, так п весьма
неустойчивые соединения, твердые, жидкие и газообразные,
химически активные и химически инертные вещества;
кислоты и нейтральные соединения; тела, которые легко
окисляются, и тела, которые могут быть окислены лишь с
большим трудом. В большинстве случаев эти соединения
могут вступать друг с другом в реакцию; кроме того, они в
состоянии образовывать еще более сложные и разнообразные
вещества, если они вступают в соединение с другими
элементами, особенно с азотом и серой.
D. Другие органические соединения- 128
Сложность и разнообразие таких соединений зависит
главным образом от способности углерода, водорода и
кислорода или только углерода и водорода давать друг с другом
многочисленные разнообразные и сложные соединения,
служащие основой для дальнейших усложнений.
E. Характеристика органических веществ 129
Соединение углерода с водородом в органических
веществах фактически представляет единственное и
совершенно своеобразное химическое соотношение, от которого в
большинстве случаев зависят свойства углеродистых
соединении, их численность, их разнообразие и их сложность.
Поэтому органическая химия является совершенно
своеобразной областью, и никакие другие элементы не могут давать
таких многочисленных, сложных и разнообразных соединений,
как углерод, водород и кислород.
F. Сахары 137
Восстановление — это первое превращение воды и утле-
кислоты — приводит нас путем продолжительного химического
процесса, точная регуляция которого не представляет для
организма никаких особых затруднений, в сложную область
XI
органической химии; этот процесс приводит к бесчисленным,
разнообразным и химически деятельным веществам, которые
должны возникнуть единственно благодаря свойствам самого
процесса.
G. Гидролиз 144
Этот процесс представляет из себя не что иное, как
типичную реакцию между водой и органическими веществами.
Организм может выполнять процессы гидролиза самыми
разнообразными и сложными способами; он может изменять и
преобразовывать свою химическую структуру в любом
масштабе—при этом явлении никогда не происходит заметной
потери ценного материала и не менее ценной энергии.
П. Неорганическая химия 147
Водород и кислород выступают в реакциях
неорганической химии почти так же часто, как и в реакциях
органической химии, и они играют важную роль при возникновения
Почти всех неорганических молекул.
Химические вещества, которые не содержат ни
углерода, ни водорода, ни кислорода, образуют лишь
незначительную часть всех известных тел.
Данные неорганической химии показывают, что
водород и кислород проявляют везде, где бы они ни находились,
большую химическую активность.
Без водорода и кислорода возможность введения других
элементов в физиологические процессы была бы очень
ограничена.
III. Термохимия 151
Окисление представляет лучший химический источник
энергии, восстановление же, наоборот, является лучшим
средством, позволяющим связывать энергию путем химических
процессов; среди всех окислений и восстановлений —
окисление и восстановление водорода и углерода связаны с
наибольшими превращениями энергии. Поэтому образование
и расщепление воды и углекислоты представляют лучшие
методы для химического воспроизведения превращений
энергии.
Глава VII. Аргументация.
I. Общее содержание 156
П. Всесторонность и полнота обработки 158
ттт Общий обзор 166
Из свойств повсюду распространенной материи и
энергии возник механизм, как проявление
физико-химического действия и как орудие физико-химических процессов.
Но уже из простого существования материи и энергии
следует, что жизнь должна быть механизмом и, далее,—что
атмосфера затвердевшего с поверхности небесного тела должна
представлять для жизни наиболее благоприятную внешнюю
среду из всех возможных.
XII
СТР.
Глава VIII. Жизнь и вселенная.
I. Значение приспособленности 170
II. Витализм 175
A. Витализм Бергсона 182
B. Витализм и телеология 185
III. Космическое развитие 187
A. Периодическая система 189
B. Телеология 190
Глава IX. Заключение.
Основной вывод настоящего исследования заключается
в признании, что в свойствах элементов на-ряду с
периодической системой заложен еще иной, независимый от этой
системы порядок 195
Предисловие автора.
Организм и окружающий его мир х) соединены между собой
глубокой и гармонической связью. Это взаимное соотношение мы
можем назвать приспособленностью (Eignimg, Fitness), в смысле
Дарвина. Основными компонентами приспособленности
являются, с одной стороны, физико-химические особенности
окружающей среды, с другой — то приспособление к ним, которое
создалось в течение развития органического мира. Б основных
чертах современный нам мир заключает в себе
наилучшие условия для жизни, какие мы только
можем себе представить. Это положение я хочу
обосновать в предлагаемой книге. Оно не является вполне новым, так
как в зачаточной форме эту мысль мы встречаем еще у древних
авторов, а в начале XIX столетия она становится уже вполне
разработанным положением. Теперь она появляется снова, но в более
отчетливой форме, являясь результатом необычайных успехов
физической химии.
Около 15 лет тому назад у меня впервые возник интерес
к изучению соотношений, которые существуют между
физическими и химическими свойствами простых веществ и теми
жизненными процессами, которые они обслуживают. В то время
только еще начинали пользоваться данными физической химии
для решения физиологических проблем; с другой стороны, старые
теории естественной теологии з) давно уже были преданы
забвению. Тогда мало интересовались этими вопросами, и общее вни-
*) В предлагаемой книге это понятие (die Umwelt) употребляется
в самом широком смысле и не имеет того специально технического
значения, которое ему придает Икскюль.
2) „Natural Theology", повидимому, имела гораздо большее
значение в Англии и Америке, чем в других странах. Это особенно касается
ее влияния на естествознание. Так, на Дарвина оказали в
значительной степени влияние произведения Пэль. См. „Life and letters of
Charles Darwin", edited by his son Francis Darwin. Vol. I, p. 41.
XIV
мание концентрировалось на других проблемах естествознания.
Я хорошо помню, что для меня решающим моментом,
направившим мою мысль, было случайное знакомство с очень важными,
но уже почти забытыми работами Мали (Maly) о диффузии и
диализе фосфатов. Затрогиваемые там проблемы представляются
совершенно ясными в свете современной ионной теории, но в то
время они в некоторых отношениях казались еще непонятными.
Мне они послужили толчком к целому ряду исследований, и с
тех пор я занялся вопросами, связанными с проблемой
нейтральной или слабощелочной реакции организма.
Мне вскоре пришло в голову, что особые условия
равновесия между кислотами и щелочами ь крови и протоплазме
могут быть объяснены характерными особенностями растворов
фосфатов, исследованных Мали; кроме того подобное же действие
следует приписать сходным с ними в этом отношении растворам,
содержащим угольную кислоту. Когда, наконец, удалось
количественно установить условия химического равновесия в этих
системах, для меня стало вполне очевидным, что из всех известных
веществ фосфорная и угольная кцслоты более всего пригодны
самостоятельно сохранять нейтральную реакцию 1).
Такой важный во всех отношениях факт трудно себе
представить, как простую случайность, но вместе с тем для него нет
другого объяснения. Совершенно ясно, что теория естественного
отбора неприменима в данном случае. С другой стороны,
несомненно, что это не единственный случай, когда свойства простого
вещества играют очень важную роль для течения жизненного
процесса. В области химии я нашел не мало подобных же фактов.
Как и всякий знакомый с общими свойствами материи, я хорошо
знал, что специфичность термических особенностей воды имеет
большое значение для живых организмов. Таким образом, я стал
перед вопросом, окончательное решение которого мне кажется в
настоящее время очень простым. Но прирожденная
неподатливость человеческого ума настолько велика, что я в течение
многих лет не мог прийти ни к какому результату, в твердом
убеждении, что биологическое приспособление вполне обусловливается
естественным отбором.
После долгого периода исканий, я открыл, наконец,
двойственную природу Дарвиновского понятия о приспособлении, и
*) Концентрации Н- и ОН-ионов в нейтральной точке.
XV
тотчас же все затруднения отпали сами собой. Повсюду я стал
находить примеры такого приспособления, и дальнейшие
исследования обнаружили целый ряд новых фактов. Забытая в
настоящее время естественная теология заботливо собирала эти
факты, современная физическая химия делает это еще более
тщательно. Замечательное явление для истории человеческой
мысли, что столь хорошо известные факты были так долго
в забвении или находили себе превратное толкование. Однако
они подсознательно хранились в умах ученых, и я встречал
физиков и химиков, которые принимали их без колебания. В
последующих главах я сделал попытку собрать и рассмотреть .все
эти факты, поскольку они распространяются на соединения
углерода, кислорода и водорода и в первую очередь на такие
соединения, как вода и углекислота. Это ограничение задачи было
неизбежным, чтобы сделать все рассуждения более логичными.
Но не следует забывать, что к той же категории относятся и
другие явления, которые обнаруживаются у других веществ, как,
например, отмеченные выше характерные свойства растворов
фосфатов.
Такая аргументация может показаться слишком
ограниченной й сухой. Ее несомненным недостатком является несоответствие
между фактическим материалом и получаемым таким образом
впечатлением. С другой стороны, изложение по существу
отличается от того мыслительного процесса, который мне пришлось
проделать, прежде чем я пришел к моему основному выводу. Между
тем все это чрезвычайно трудно изложить таким образом, чтобы
сделать понятным для всех, а не только для биолога, знакомого
с химией и физикой; мне поэтому ничего не оставалось, как
избрать путь логического, а не описательного обоснования.
Главный фактический материал, которым я пользовался, изложен в
главах III, IV, V и VI. Сведенный в одно целое, он составляет
единственную реальную основу моцх заключений. И именно на
общем характере его, а не только на логической цепи
доказательств, которая является лишь средством к цели, я и хочу
строить свои выводы. Для биологов, которые не захотят
знакомиться с трудными проблемами физики п химии, остаются главы
I, II, VII и VIII; они достаточно ознакомят читателя с основной
целью книги и с результатами моих исследований.
Я старался быть по возможности кратким, так как в
настоящее время, когда имеется столько прекрасных справочников по
XVI
всем областям науки, читателю будет не трудно разобраться в тех
фактах и теориях, с которыми ему придется встретиться. С
другой стороны, мне казалось необходимым объяснять каждое
вводимое понятие, так как весьма возможно, многим читателям
окажутся неизвестными даже основы тех областей знания, которых
я буду касаться.
Содержание некоторых глав частью уже излагалось в моих
лекциях. Заключительные выводы были изложены в феврале 1912 года
в Гарвардской семинарии по логике; в течение академического
года почти вся книга была прочитана слушателям биологической
химии в Гарвардском колледже.
Приношу глубокую благодарность моим коллегам в Гарварде
за их помощь, критику и внимание к моим воззрениям. Вели бы
я не был уверен, что благодаря этой помощи я избежал
грубых ошибок и что мои выводы достаточно убедительны
в глазах таких опытных ученых, я едва ли бы решился взяться
за задачу, превышающую мои знания, и высказать утверждение,
противоречащее научным воззрениям последних 50 лет.
Особенно благодарен я профессору Иосиа Ройсу. Его
знания и его внимание к моей работе помогли мне разобраться
во многих научно-философских проблемах и нередко указывали
мне на правильный путь во время подготовительных работ при
составлении настоящей книги.
Л. Ж. Гёндерсон.
Август 1912 г.
ГЛАВА I.
Приспособленность или биологическая пригодность
среды.
I. Целесообразность и порядок.
Понятия целесообразность и порядок, как смутные
предвосхищения философии и науки, возникли в уме человека с того
времени, когда он стал выяснять свое отношение к окружающему
миру. Это первое объяснение, которое мы даем вселенной, когда
подвергаем критическому анализу многообразные явления и опыт,
накопившийся в нашей памяти. День и ночь, сменяющиеся, но
всегда возвращающиеся вновь, времена года, оплодотворяющее
действие солнечного света и выпадающего дождя, полет птиц,
особенность приспособления руки человека, все красоты и тайны
природы, для наивного, недисциплинированного ума не могут
иметь другого объяснения. Антропология и история древних
культур свидетельствуют об этом естественном направлении
человеческой мысли. Эти понятия предшествуют цивилизации и
точному знанию и возникают сами собой у диких племен. Они
сглаживают хаос, каким представляется нам на первый взгляд
внешний мир. Они и являются тем фундаментом, на котором
построены все теологические системы.
С ростом культуры эти первоначальные идеи
подвергались постоянной критике и в результате они превратились
в более точные понятия. Естествознание искало и находило
более точное объяснение тем явлениям, которые некогда
послужили поводом к возникновению понятий о целесообразности и
порядке. Такой же критической обработке подверглись и другие
неисчислимые проявления и превращения энергии и материи.
Открытие законов природы превратило в конце концов эти тайн-
— 2 —
ственные представления в совершенно простые и в совершенно
необходимые следствия.
Современное знание как раз только начало перестраивать
понятие порядок, когда динамика формулировала свои законы,
установленные работами Ньютона,—законы, управляющие
самыми поразительными из закономерных явлений в природе *).
Со времен Ньютона установилось обыкновение
рассматривать порядок, наблюдаемый в природе, как само собой
понятное следствие действующих в ней законов, и этот взгляд
сделался современем настолько общим, что в настоящее время
уже всякое закономерное явление рассматривается, как
доказательство существования соответствующего закона.
Превращения, которые претерпело понятие целесообразности,
были сложнее, так как открытие такого закона или даже
возможности существования закона, которому были бы подчинены
явления приспособляемости и биологической пригодности или
приспособленности среды, оказывалось делом значительно более
трудным. До середины XIX столетия биологам казалось возможным
объяснить все бесчисленные формы приспособления организмов
к среде и очевидную приспособленность среды к условиям жизни
только существованием направляющей разумной силы 2). Даже
*) „Принципы" Ньютона вполне достаточны для того, чтобы без
привлечения какого-либо нового принципа рассмотреть всякий
практически встречающийся случай механики, безразлично, относится ли он к
области статики или динамики. Если при этом и обнаруживаются
некоторые затруднения, то они по большей части математического
(формального), а вовсе не принципиального характера". М а с h. „Die Mechanik in
ihrer Entwicklung historiseh-kritisch dargestellt". Leipzig, 1897 г., 3 Ausg,
p. 257.
2) См., напр., ряд замечательных очерков Бриджвотера:
„Могущество, разум и доброта бога как они проявляются в его творении".
Этот труд снабжен всевозможными доказательствами в пользу
замечательной целесообразности мира: так, напр., там указывается на богатство
божественного творчества в животном, растительном и минеральном
царстве, указывается на удивительные примеры целесообразности при
процессах переваривания, т.-е. обмена веществ, в строении человеческой руки
и многие другие аргументы; современные и древние открытия, искусство,
наука и вся область литературы — все оказывается использованным для
этой цели. W he well. „Astronomie und allgemeine Physik vom Standpunkt
der naturwissenehaftlichen Theologie ausbetrachtet". London, 1834, 4 Ausg.,
s. IX. И в этих работах сотрудничали такие люди, как Юэль и сэр Чарльз
Белль.
— 3 —
скептики, при всем их добром желании, не могли выдвинуть
сколько-нибудь вероятной теории для объяснения этих фактов.
Догма о существовании причины всех причин находила себе
постоянное подтверждение всякий раз, когда исследователь
убеждался, что истинные свойства органа или целого
физиологического процесса определяются его пользой для организма. Такие
соображения казались настолько очевидными, что оставались
совершенно недоступными для научной критики; телеологическое
объяснение казалось единственно правильным.
II. Приспособленность.
Гипотеза Дарвина об естественном отборе изменила все
положение вещей в этой проблеме с почти катастрофической
внезапностью. Прежде закон служил для обоснования понятия
порядка; теперь же он стал служить для обоснования понятия
целесообразности, а приспособление явилось необходимым
следствием саморегулирующегося процесса. Теперь, спустя
полстолетия, никто уже не сомневается в том, что
приспособленность живых существ к существованию в нашем мире создалась
путем почти бесконечного ряда приспособлений к окружающей
среде и что первоначальная простота постепенно сменилась
современной сложностью *).
Великие и плодотворные идеи Дарвина, которые
обратили на себя внимание всего мира, сделались с тех пор
привычными для человечества. Одна из самых главных среди них,
это — понятие о приспособленности в той форме, в которой оно
возникает при изучении вопроса об естественном отборе. До Д а р-
вина это понятие оставалось неопределенным, как всякая идея,
хотя и возникшая из опыта, но еще теоретически научно не
обоснованная. Хотя Дарвин понятие о приспособленности
одинаково распространяет как на то, что приспособлено (среда),
так и на то, что приспособляется (организм) или, лучше сказать,
указывает на взаимность их отношений, биологи со времен
Дарвина занимались исключительно приспособлением живого орга-
г) Идеи, связанные с именем де-Фриза, а также стоящие
особняком гипотезы Дриша, Бергсона и других, касаются способов
органического развития, а не самого факта развития.
низма к окружающей среде1). Окружающий мир представлялся
им в своем прошлом, настоящем и будущем как независимая
переменная, и никто из них не подумал о том, чтобы
исследовать, не подчинен ли также и неорганический мир законам,
которые, может быть, имеют величайшее значение для
органического развития. Между тем приспособленность должна
существовать как в окружающей среде, так и в самом организме. Как
мог бы человек приспособить свою культуру к силе воды, если бы
ее не было в его распоряжении?
Совершенно ясно, что подобные соображения могут
привести только к неопределенным и совершенно бесплодным
предположениям. В прежнее время такие попытки делались
главным образом в духе естественной теологии. Но с 1859 года стали
развиваться и другие науки, и в настоящее время возможно но-
1) Совершенно иной была прежняя точка зрения. Юэль приводит
из Бриджвотерских трактатов следующие важные, но ложно толкуемые
положения о приспособленности среды. „В предыдущих главах было
показано, что многие законы и физические величины вселенной были как бы
специально выбраны при ее возникновении; что, благодаря взаимному
приспособлению, свойства мира оказались такими, какими мы их
наблюдаем, т.-е. прекрасно приспособленными к потребностям животных и
растений; они не были бы таковыми, если бы свойства и числовые
соотношения элементов были бы какими-ллбо иными. Мы повторим главные
законы и величины, на которых покоится это утверждение:
1) Длина года, которая определяется притяжением солнца и его
расстоянием от земли. 2) Продолжительность дня. 3) Масса земли,
определяемая ее величиной и плотностью. 4) Размеры океана. 5) Величина
атмосферы. «6) Закон и величина производительности земли. 7) Закон и
величина лучеиспускания земли. 8) Закон и величина расширения воды
при нагревании. 9) Закон и величина расширения воды при охлаждении
ниже 4°. 10) Закон и величина расширения воды при замерзании. 11)
Количество тепла, поглощаемого при таянии. 12) Количество тепла,
поглощаемого при испарении. 13) Закон и отношение испарения к
температуре. 14) Закон и величина расширения воздуха при нагревании. 15) Закон
и особенности круговорота водяного пара в воздухе. 16) Закон
электричества, его отношение к воздуху и влажности. 17) Количество гепла,
которое поглощается при расширении воздуха. 18) Подвижность,
пластичность и упругость воздуха, благодаря которым в результате
колебаний возникает звук. 19) Жидкое состояние, плотность и упругость эфира,
благодаря которым его колебания производят свет".
W h e w е 11. „Astronomie und allgemeine Physik уош Standpunkte
der naturwissenschaftlichen Theologie ausbetraehtet". London, 1834, 4 Aus-
gabe, S. 141 — 143.
Трудно понять, как такие воззрения могли забыться.
— 5 —
вое исследование приспособленности среды к условиям жизни.
Опираясь на современные факты из области физики и химии,
следует попытаться точнее формулировать пашу проблему. Быть
может благодаря этому мы сможем взглянуть на область нашего
исследования с более широкой точки зрения, по крайней мере,
старые ошибки предстанут нам в новом освещении.
III. Окружающий мир.
Внешний мир, воспринимаемый нашими органами чувств,—
это мир материи, энергии, времени и пространства. Эти простые,
основные понятия, несмотря на многолетние исследования, в
настоящее время еще не имеют законченного определения. Тем не
менее, во многих отношениях все они кажутся нам достаточно
ясными; вместе с тем многие наши представления о жизни и
жизненных процессах в мире можно считать уже прочно
установленными. Последние два положения нуждаются, впрочем, в
обосновании.
А. Материя
Различные факты из области химии привели нас к заключению,
что весь материальный мир состоит из известных нам элементов;
в пределах этой системы происходят все химические превращения,
за исключением некоторых радиоактивных явлений и других
аномалий, да быть может некоторых процессов, протекающих внутри
небесных тел. Несомненно, что почти все химические изменения
сводятся к перегруппировке атомов известных нам элементов.
Полуторавековые исследования в области химии подтверждают
это положение с такой степенью достоверности, которая
достигнута лишь для немногих областей точного знания. Спектральный
анализ показал, что все видимые звезды, а также и солнце
состоят из тех же химических элементов, что и земля. Эти факты
настолько общеизвестны, что не нуждаются в дальнейших
пояснениях. Они позволяют нам утверждать, что исследованные
химические элементы составляют единственную материю всего
мирового пространства. Кроме того мы имеем еще одно доказательство
в пользу этого утверждения; я имею в виду так называемую
периодическую систему элементов.
— 6 —
Давно уже известно, что атомные веса сходных элементов
находятся в простых отношениях между собой. Так, напр.,
атомный вес брома, стронция и селена равняется соответственно
среднему арифметическому из атомных весов хлора и иода,
кальция и бария, серы и теллура. Связь между атомными весами
Элементов и другими их свойствами была впервые отмечена Н ь ю-
лэндсом, несколько позднее она была уже подробно
исследована Д. И. Менделеевым и Л. Мейером. Эти
исследования привели к закону, который устанавливает, что свойства
элементов являются периодическими функциями их атомных весов.
Характерная особенность этого закона становится ясной при
рассмотрении так называемых атомных объемов, т.-е. величин,
получаемых от деления атомного веса на удельный. Графически
взаимоотношения между атомным объемом и атомным весом
изображены на прилагаемом чертеже (атомные веса по оси абсцисс,
атомные объемы по оси ординат).
Начиная с лития, объем падает до углерода, затем
неравномерно поднимается до натрия. Дальнейшее понижение кривой
кончается алюминием, следующие повышения приводят к калию,
и так далее вплоть до элементов с высоким атомным весом,—
здесь начинаются пробелы, которые нарушают закономерность
наблюдаемых взаимоотношений. На протяжении кривой сходные
элементы занимают сходное положение. Так, например, щелочные
металлы располагаются на гребнях; галогены — фтор, хлор, бром,
иод — приблизительно на полпути между подошвой и гребнем.
Более подробное изучение кривой приводит к установлению
многих других подобных соотношений. Такие же периодические
колебания наблюдаются при рассмотрении других физических
особенностей элементов, температуры кипения, плавления, магнитных
свойств и т. д. Гораздо замечательнее, однако, периодичность
некоторых химических свойств. Эти периодические вариации
охватывают не только общие химические особенности, которые
впервые привели к рациональной классификации, но и
распространяются на более специфические свойства, как, напр., на
химическое сродство водорода, кислорода и других элементов.
Лучшим доказательством верности периодической системы
было предсказание „новых" элементов и точное предвидение
пх свойств. Когда Менделеев впервые опубликовал свою
периодическую систему, элемент германий не был еще известен
(открыт Винклеромв 1886 году). Однако, на основании свойств
{9W3,S0 31ЯНИ01?
соседних элементов, Менделеев предсказал с почти
безукоризненной точностью его свойства, как это явствует из прилагаемой
таблицы.
Атомный вес
Удельный вес
Атомный объем
Формула кислородного соединения г)
Удельный Бескислородного соединения]
Формула хлористого соединения . . .
Точка кипения хлористого соединения
Удельный вес хлористого соединения .
Формула фтористого соединения . . .
Формула метилового соединения . . .
Удельный вес этилового соединения .
Предсказание.
72,0
5,5
13,0
R02
4,7
GeCU
менее 100°
1,9
GeFl4
Ge(CH3)4
0,96
Наблюдение.
72,3
5,469
13,2
Ge02
4,703
GeCl4
86°
1,9
GeFl*
Ge(CH3)4
Ниже, чем
вода.
Наконец, следует обратить внимание еще на то
обстоятельство, что если расположить все элементы в виде таблицы,
согласно вышеуказанным правилам, то в пределах известных нам
атомных весов остаются лишь очень немногие незаполненные
места. Отсюда следует, что, за исключением элементов с очень
высоким атомным весом, теоретически мыслимы еще лишь очень
немногие (см. табл. на стр. 8). Однако, превращение радия
в гелий показывает, что элементы с очень высоким атомным
весом нестойки. Если ранее они и существовали в значительном
количестве, то в настоящее время их, несомненно, нигде нет,
за исключением, быть может, ядра некоторых небесных тел.
Во всяком случае невероятно допустить, что они своими
неизвестными свойствами могут в какой-либо мере усложнить явления
природы.
*) Высшая окись.
Периодическая таблица элементов.
О
III
IV
V
VI
VII
VIII
Не
4
Ne
20
А
39,9
Кг
81,;
X
128
Ы
7,03
Na
23,05
К
39,15
Си
63,6
Rb
85,5
Ag
107,93
Cs
133
Аи
197,2
Be
9Д
Mg
34,36
Са
40,1
Zn
65,4
Sr
87,6
Cd
112,4
Ba
137,4
Hg
200
Ra
225
В
11,0
Al
27,1
Sc
44,1
Ga
70
Y
89,0
In
115
La
158,9
Yb
173,0
Tl
204,1
С
12,0
Si
28,4
Ti
48,1
Ge
72,5
Zr
90,6
Sn
119,0
Ce
170,2
Pb
206,9
Th
232,5
N
14,0
P
31,0
V
51,2
75
Nb
94,0
Sb
120,2
Та
181
Bi
208.0
0
16,0
s
32,06
Cr
52,1
Se
79,2
Mo
90,0
Те
127,6
W
184
U
238,5
F
19,0
CI
35,45
Mn
55,0
Br
79,96
J
127
Fe Co Ni
55,9 59,0 58,7
Ru Rh Pd
101,7103,0106,5]
Os Ir Pt
191 193 194J
Особенности радия и вышеприведенная классификация
приводят нас к выводу, что все элементы генетически связаны между
собой и что они развились неизвестным путем по неизвестному
закону. Несомненно, что свойства материи не случайны и что
превращение элементов уже давно перестало быть грезой
философов. Все эти научно обоснованные факты
позволяют при изучении условий жизненных явлений
считаться с материей, как с фактором, нам
известным. Наши современные практические знания о ее
свойствах и в будущем не потеряют своего значения, и это
необходимо иметь в виду при построении современных теорий.
— 9 —
В. Энергия.
Почти одновременно с трудами Дарвина и
Менделеева появились составившие целую эпоху работы М а й е р а.
Джоуля, Гельмгольца, Кельвина и Клаузиса,
благодаря которым понятие „энергия" вылилось в ту форму, какую
оно имеет в настоящее время. Эти исследователи определили
энергию как то, что сохраняется и вместе с тем не является
материей, изгнав из этого понятия всякие представления о
невесомых субстанциях, флюидах и т. п. Эти основные положения
определились в 50-х годах прошлого столетия и вполне
справедливы и в настоящее время. Между тем за это время возникла
термодинамика (наука, изучающая главным образом превращения
энергии),—область, которую должен изучать всякий,
интересующийся физикой. Развитие и, так сказать, завершенность этой науки
позволяет нам судить о превращениях энергии во вселенной с
той же степенью достоверности, с какою мы судим о химических
процессах в ней.
Основания, заставляющие нас признать правильность этого
общепринятого представления об энергии, весьма разнообразны.
Они сходны с теми, которые мы приводили при суждении об
элементах. Это представление объясняет все явления живого
мира, поскольку они ограничиваются энергетическими процессами.
Многолетние исследования показали, что, кроме известных форм
энергии, изученных динамикой, существуют лишь очень немногие
ее модификации или превращения. Этими формами являются
теплота, электричество, магнетизм, оптическая и химическая
энергия. Перечисленные формы энергии отнюдь не
ограничиваются землею или даже нашей солнечной системой. Ньютон
первый установил динамические законы и сделал это на
основании изучения астрономических явлений *).
*) „Вскоре после нашего знакомства в 1694 г. сэр Исаак
Ньютон сам рассказал мне, что заставило его оставить точку зрения
картезианцев и прийти к поразительной теории тяготения. Д-р Пембертон
говорит об этом более подробно в своем вступительном слове к
сочинению „Объяснение философии". Сэр Исаак Ньютон хотел исследовать,
не является ли та сила, которая удерживает луну в ее орбите, несмотря
на ее ускоренное движение, той же самой силой, касательной к этой
орбите, относительно которой он знал, что она действует по прямой ли-
— 10 —
Новейшие чрезвычайно важные исследования в области
астрономии позволяют объяснять явления, происходящие в
отдаленнейших частях вселенной, с помощью законов динамики.
Свет, теплота, химическая энергия, насколько хватает наших
знаний, несомненно присущи всему миру. Конечно, мы можем
говорить о проявлениях энергии и о превращениях материи на
отдаленных небесных телах лишь предположительно. Возможно,
что возникающие там элементы и проявления энергии, которые
там обнаруживаются, в основе отличаются от всех тех, какие мы
когда-либо наблюдали. Но эти процессы, как бы интересны и
важны они ни были, не имеют никакого непосредственного
значения для процессов физиологических. Эти явления лежат далеко
за пределами нашего исследования. Вышеизложенные
соображения укрепляют нашу уверенность в том, что в общем
энергия и материя нам хорошо известны. Их проявления
немногочисленны, но зато они всеобщи. Наука, которая придает
нашим представлениям о материи степень достоверности,
поддерживает нас и при изучении сущности энергии. Законы
сохранения и рассеяния энергии, известные так же, как первый и
второй законы термодинамики, показывают, что проявления энергии
не только не случайны, но связаны между собой.
Они подчинены порядку и закономерности.
Существует только одна энергия, и она н еразрушима.
Таковы, повидимому, непреложные выводы, к которым пришла
термодинамика в результате 50-летних исследований. Начало ее
относится к тому времени, когда Юнг впервые употребил слово
„энергия", а Болтон и Уатт стали измерять ее в лошадиных
силах. Гениальная интуиция Карно о связи между теплотой
и работой привела к окончательному обоснованию
термодинамических законов !). В настоящее время мы знаем, что
определенное количество электрической энергии при полном своем
превращении или определенный химический процесс всегда дают одно
и то же количество тепла, не более и не менее. Мы знаем
нии, определяя свободное падение тел, и которую мы называем силой
тяготения".
„Воспоминания Вильяма Уистона, написанные им самим".
Лондон, 1749. Bd. I, стр. 35—38. Приведено у Ball. „An Essay Newtons
Prinzipia". London. 1893. S. 8.
*) Прекрасное описание этого периода дано в книге Мерца:
„History of European Thought in the nineteenth Century". Bd. П. Кар. VI.
— 11 —
также, что не все мыслимые превращения энергии возможны.
В общем они совершаются только в одном направлении:
постоянное движение невозможно; естественная энергия постоянно
обесценивается и рассеивается.
Эти законы, несомненно, заслуживают того, чтобы занять
первое место на-ряду с периодической системой. Они оправдывают
наши ожидания в том отношении, что общая характеристика
материи и энергии хорошо соответствует целям биологии.
С. Пространство и время.
Благодаря перевороту, который Кант произвел в
современной философии, весь мир узнал, чю между материей и
энергией, с одной стороны, и пространством и временем — с другой
существует основиое, очень важное отличие *). Однако, это
отличие имеет значение только для философов; ученый, имеющий
перед собой реальную практическую задачу, должен оперировать
с тем, что дает ему опыт, наблюдение, эксперимент. Благодаря
таким работам понятия о времени и пространстве получили
математическое определение и составляют в настоящее время основу
современного знания 2).
Несмотря на все утверждения математиков и философов,
для практических целей Эвклидово понятие о
пространстве сохраняет все свое значение; оно
дополнено только некоторыми характерными признаками. Точно
так же время есть то, что равномерно
протекает, ни от чего не зависит и от которого все
зависит. Эвклидово пространство есть то, в чем вращается
земля и описывает свой эллипс; параллельные световые лучи,
согласно нашему опыту, нигде не перекрещиваются, и известные
нам кристаллы имеют установленные Эвклидом геометрические
формы. Время, с которым нам приходится считаться, находится
в известном отношении к колебаниям маятника, к скорости света,
к различным химическим процессам. Бремя и пространство,
согласно нашему опыту, связаны с материей и энергией,
3) Краткое изложение рассуждений Канта можно найти в книге
Roy се: „The spirit of modern Philosophy". S. 121 — 125.
2) Книги Пуанкаре: „Наука и гипотеза", „Ценность науки",
„Наука и метод". В них популярно изложена сущность таких
математических исследований.
— 12 —
и мы будем принимать все четыре понятия в той форме, в какой
нам их рисует современное знание х). Мы не сомневаемся, что
они современем будут изучены точнее и что представление о
них изменится, но полагаем, что для наших целей современное
представление о всех этих понятиях вполне достаточно.
При суждении о жизни материя есть и
останется не чем иным, как элементами
периодической системы, энергия есть и будет рядом
величин, на которые распространяются законы
термодинамики, наконец, время и пространство—теми
самыми понятиями, которые были уже известны
Эвклиду и Галилею.
IV. Организм.
Мы видим таким образом, что, благодаря развитию физикж
и химии, биологам дана возможность располагать точными и
широкими сведениями о материальном мире и применять эти знания
при изучении взаимоотношений между жизнью и средой. Биолог
наблюдает и изучает живые организмы в пределах нашей планеты.
Применив к ним законы физики и химии, он создал
физиологию, которая соединяет почти все отрасли физики и химик,
чтобы с их помощью и;учать жизненные процессы. Эта задача,
однако, оказывается трудной,—трудной даже по сравнению с
другими научными дерзаниями. Мы должны признать, что лишь
немногие отрасли физиологии достигли в настоящее время такой
степени завершенности, какой механика и кристаллография
достигли уже давно. Однако, постепенно мы все же познакомились
ближе как с условиями жизненных явлений, так и с
характерными особенностями того механизма, каковым представляется
живой организм с точки зрения научного исследования. Таким
образом возможность изучения жизненного процесса в основных
наиболее существенных его чертах стала более вероятной*
Несомненно, что взгляды ученых на жизненные процессы
менялись, многообразные явления жизни в разные времена
исследовались, критиковались и опять подвергались забвению. Но мало-шь
г) В настоящем труде нет необходимости рассматривать так
называемый принцип относительности.
— 13 —
малу выкристаллизовывались более ясные представления, и
многие из них сохранились и поныне.
Еще недавно главное внимание биологов было обращено
в сторону морфологических проблем и в сторону изучения
явлений роста и развития. Различные взгляды на типы строения и
гомологичные органы, вопрос о первичном зарождении, вся
эмбриология, исследования ферментативных процессов и той роли,
которую при этом играют микроорганизмы,—все это характерно для
старого направления в биологии. Эти вопросы нисколько не
утратили своего значения, но они едва лишь касаются проблемы
физических и химических свойств живых организмов. Имеется,
однако, еще одна точка зрения, которую особенно отстаивал
Кювье. Хотя она хорошо известна, но все же недостаточно
настойчиво выдвигается, а между тем с этой точки зрения при
помощи понятий о материи и энергии, о времена и пространстве
можно дать очень важную характеристику жизни *).
Живые существа обладают определенной, весьма
совершенной формой и обнаруживают стремление ее сохранить: они
омываются потоком энергии и материи, который все время ме-
*) „Жизнь, это — вихрь, несущийся с большей или меньшей
скоростью, более или менее сложный, постоянный в отношении
направления своего движения и в своем движении постоянно увлекающий
с собой одни и те же молекулы. В этом вихре отдельные молекулы
материи являются лишь временными гостями: они беспрерывно появляются
в нем и исчезают из него; следовательно, форма живого тела является
элементом более существенным, чем материя". („Regne animal", p. 13 etc.).
Элементы внешней среды постоянно проникают внутрь; вместе с тем
они постоянно вырываются изнутри наружу. Все части находятся в
постоянном вихре, и это движение является существенным, основным
условием процесса. Это движение нельзя остановить надолго, не прекратив его
навсегда. Эта сложность и это непрерывное движение уже усвоено
самыми простыми отраслями естествознания, и они-то и делают применение
общих наук столь трудным". („Rapport", p. 150 etc.). „В живом организме
каждая часть тела имеет свой собственный особый состав; ни одна из
его молекул не остается на месте: все они поступают и удаляются
непрерывно. Следовательно, жизнь — это вихрь, направление которого,
несмотря на всю его сложность, остается постоянным. Так же постоянны
и виды увлекаемых молекул, но индивидуальные молекулы вечно
сменяются. .. Отсюда форма этих тел является более существенной, чем
их материя, и т. д.". (Ibid., р. 200). „Elogues historiques, V. I, p. 200.
Приведено у Merz: „Geschichte der Gedankenarbeit Europas im 19 Jahr
Imndert*. Bd. 1, S. 129. Edinbnrg und London, 1898.
— 14 —
няется, но в каждый данный момент определяется жизнью,—
одним словом, они организованы. Это представление, к
которому мы еще вернемся, в начале XIX столетия не могло иметь
того веса и значения, которое оно имеет в настоящее время.
Оно нуждалось в дальнейшем пояснении, которое могло быть ему
дано только после изучения обмена веществ.
-4. Обмен веществ.
В организм постоянно притекает материя и энергия,
подвергается в нем различным превращениям и вновь оттекает.
Совокупность всех этих явлений носит название обмена веществ. Первым
серьезным исследователем в этой области был Лавуазье,
основатель современной хшши. Его гениальные исследования
показали, что химические процессы в теле животного
характеризуются главным образом сжиганием или окислением веществ,
при чем количество кислорода, которое при этом потребляется,
лишь немногим меньше того, которое идет на сжигание
соответствующих пищевых веществ в воздухе. Новые проблемы, которые
таким образом возникли, стали предметом изучения целого ряда
позднейших исследователей; особенно много в этом направлении
сделали Либихи Фойт.
Факты показали, что закон сохранения материи справедлив
и для живых организмов. Эти чисю химические исследования,
произведенные химиками, до последнего времени не встретили
еще достаточного признания среди биологов.
По мере того, как сведения относительно общего обмена
веществ становились более точными, внимание последователей
обращалось в сторону изучения промежуточных стадий, которые
проходит материя и энергия в организме. Для решения
таких проблем необходимо прежде всего изучение химических
и физических свойств протоплазмы, и эта необходимость
обнаружилась вскоре и в других областях. Микроскоп, сослуживший
такую блестящую сл;,жбу при изучении формы и структурных
особенностей клетки, для этих целей оказался почти
непригодным. Понятно поэтому, что определение протоплазмы было
вначале весьма неполно, и только современем была открыта
ее форма, состав, постоянство и особенности составляющих ее
компонентов, а также химические и физические явления, в ней
протекающие.
— 15 —
Понятие о постоянной форме, внутри которой происходит
превращение материи и энергии, может быть теперь уже
распространено на клетку, так как мы уже обладаем многими, хотя все
еще не вполне совершенными сведениями как об этой форме,
так и об этих превращениях.
Открытие круговорота материи через растения и животных
было большим шагом вперед в деле нашего научного познания
жизни; оно явилось результатом изучения обмена веществ.
Растение берет из воздуха и из почвы углекислоту, воду и
еще некоторые простые соединения и превращает их в кислород,
который обновляет воздух, в сахар, крахмал и другие вещества,
идущие на питание животных *). В теле животных они
подвергаются сжиганию, выделяется углекислота, которая возвращается
в растения и, таким образом, снова и снова проделывает один и
тот же круг. Превращения энергии, которые сопровождают все эти
явления, по существу отличны от химических процессов.
Крахмал, сахар и кислород образуются в листе растения при
взаимодействии углекислоты, воды и солнечного света. Солнечная
энергия превращается в химическую энергию углеводов, в таком
виде сохраняется и в виде пищи поступает в тело животного 2).
Там она освобождается в форме мышечной работы и таким образом
рассеивается.
Таким образом, когда вода и углекислота превращаются в
сахар и кислород, то при этом поглощается определенное
количество солнечной энергии; затем, когда сахар поступает в тело
животного и там опять соединяется с кислородом, эта энергия
рассеивается. Так как этот процесс постоянно повторяется, то
энергия точно так же постоянно понижается и пропадает. Один
процесс цикличен, другой все время течет в одном направлении:
энергия солнца превращается в теплоту тела животного и таким
образом рассеивается 3).
*) Обоснование наших представлений о фотосинтезе можно найти
в классическом сочинении Со ее юр a: „Recherehes chimiques sur la
vegetation". Paris. 1804. (Ostwald's Klassiker, № 15 и № 16),
2) Только после установления закона сохранения энергии удалось
получить ясное представление об энергетике обмена веществ.
3) В этом случае, как и во многих других, дело идет не о
сохранении материи и энергии, а о сохранении материи и обесценивании,
деградации энергии. Это важное различие подробно разработано в книге
В. Brunhes: „La Degradation de l'Energie". Paris, 1909.
— 16 —
В. Органическая химия.
Совершенно независимо от биологии и в частности
независимо от учения об обмене веще.ств развилась органическая
химия, наука несомненно исключительно важная для понимания
жизни и живых существ, В течение XIX столетия, долгое время
главное внимание химиков было обращено на изучение
углеродистых соединений, включая и те особые вещества, из которых
состоят животные и растения. С развитием органической химии
мы получили точное представление о группировках атомов в
молекулах веществ, имеющих для биологии первостепенное
значение, как-то: жиров, углеводов и особенно протеинов, а также
и других веществ *). Мы имеем сейчас вполне ясное и точное
понятие о химических свойствах живой материи и можем
утверждать, что законы, которыми определяется химическая
структура протоплазмы, нам известны гораздо лучше, чем те, которые
относятся к ее физическим особенностям 2).
По мере изучения живой материи, особенности, которыми
характеризуется жизнь, становились все проще и менее
загадочны. Нет никакого сомнения, что многое (напр.,
сознание, наследственность) не может быть описано при помощи
понятий материи и энергии; точно так же остается
неразгаданной и „вечная загадка*3). Тем не менее физиче-
*) Chevreul. „Recherches chimiquessur les corps grase. Paris, 1823.
E. Fischer. „Untersuchungen iiber Kohlehydrate und Fermente".
Berlin. 1909. Idem: „Untersuchungen iiber Aminosauren, Polypeptide und
Proteine". Berlin, 1906.
a) Значительный прогресс в этом отношении наблюдается лишь за
последнее время почти одновременно с быстрым расцветом физической
химии.
3) Теперь допустим, что жизнь, как источник активности,
неизвестна и непознаваема, но ее проявления доступны нашему мышлению,
несмотря на то, что сущность их лежит за пределами нашего познания.
Принимая во внимание выводы, к которым мы пришли в
предшествующих главах, мы все же должны признать, что наше поверхностное
знание — все же знание в своем роде, если только мы сознаем его
поверхностность. Вывод, к которому мы приходим, и утверждение, которое из него
вытекает, относятся к законам, управляющим движениями живых
организмов. Эти законы остаются неизменными независимо от того, известно
ли нам их первоначальное происхождение или нет. В качестве
характерного признака жизненных проявлений мы указываем на то, что их
— 17
ские и химические основы жизни в окружающем
мире прочно установлены. Состав живой материи,
ее физическая структура, превращения материи
и энергии в процесс обмена веществ, наконец, те
явления, которые определяют отношения всех
живых организмов между собой,—все это хорошо
известно.
С. Характеристика жизни.
При таких условиях попытка описать наиболее
характерные признаки жизни едва ли может показаться чересчур смелой*
Несмотря на то, что исчерпывающее выяснение этой
проблемы нам не по силам, я все-таки полагаю, что после краткого
анализа мы можем прийти к некоторым вполне определенным
выводам. Жизнь, насколько мы ее знаем, есть физико-
химический механизм, и трудно ее себе представить чем
либо иным1). Этот механизм обладает высокой степенью
сложности, которая распространяется на химические, физические
и физиологические явления. Она, так сказать, структурна и
функциональна. Мы не можем себе представить жизнь, которая
была бы менее сложна, чем, напр., шар, или соль, или дождь.
Напротив, насколько мы знаем, она бесконечно сложнее этих
простых вещей. Но вместе с тем живые существа или, вернее,
вся совокупность живых существ — постоянны. Сложность и
постоянство какого-либо механизма мыслимы только тогда, когда
постоянны внешние и внутренние условия. Отсюда следует, что
главным условием жизни нужно считать возможность
самодействующей регуляции как во внешней среде, так и во
внутренней среде организма. Невозможно перечислить все то,
изменяемость согласуется со всеми явлениями и следствиями в
окружающем мире и это остается характерным признаком даже в том случае,
если изменяющееся начало этого процесса и не поддается исследованию.
Утверждение, что непрерывное приспособление внутренних соотношений
к внешним выявляет жизнь, не ослабляется признанием того, что
сущность, которая эти отношения определяет, не является обоснованной.
Н. Spencer. „The Principles of Biology". New-York. 1909. B<L L
*) Конечно, исходя из физических и химических исследований.
G такой оговоркой вышеприведенное определение не может быть
оспариваемо.
— 18 —
что должно подлежать регулированию, но совершенно очевидно,
что известная регуляция температуры, давления, химического
состава организма и окружающей его среды для жизни
безусловно необходимы и что более совершенная регуляция
представляет значительные преимущества. Наконец, живое существо
должно быть кроме того деятельно, обмен веществ,
происходящий в нем, нуждается в притоке материи и энергии,
следовательно, в этом отношении между ним и окружающей
средой должен существовать постоянный обмен.
Мы можем представить себе это яснее, если вспомним, что
жы изображали организм, как известную постоянную форму,
омываемую потоком материи и энергии. Сложная структура
живого организма обладает относительной долговечностью, которая
выражается в постоянстве не только химического состава его
наиболее характерных молекул, но и в постоянстве их величии,
их участии в образовании незримых элементов протоплазмы,
видимых частей клетки, тканей и органов и, наконец, целого,
будь то дерево или человек. Так же постоянны и физические
условия внутри этой структуры: температура, давление,
щелочная реакция, осмотическое давление и пр. Среда,
непосредственно окружающая организм, также обладает высокой степенью
устойчивости. Сложные организмы имеют большею частью еще
приспособления, защищающие их от изменений во внешней
среде, напр., кожу. В таком случае для клеток имеется еще
внутренняя среда — milieu interieur,— которая так же, как и
наружная, служит для создания более устойчивых условий и кроме
того исполняет функцию передатчика пищевого материала.
Материя и энергия, поступая в организм в процессе обмена
веществ в различных формах и состояниях, точно приспособляются
к его форме и его особенностям. Они меняются смотря по тому,
к какому классу, типу, семейству, роду и виду принадлежит
данный организм, и принимают даже характерные особенности
отдельного индивидуума !). Затем они удаляются различными
путями.
Если мы сведем все эти представления к их простейшей
форме, то окажется, что жизнь в структурном и в функциональном
отношении в высшей степени сложна, что условия во внешней
г) До сих пор мы не имеем достаточного научного объяснения
этому явлению.
— 19 —
среде должны быть регулируемы и что внутри организма
регуляция как структуры, так и функций организма также должна
быть очень совершенной и, наконец, что должен происходить
обмен материи и энергии с внешней средой.
Сложность, постоянство условий и питание
являются главными признаками жизни, и мы не
можем себе составить иного представления о
жизни или о каком-либо ином сходном с ней
устойчивом механизме. Я лично нисколько не
сомневаюсь в том, что эти постулаты по отношению к внешнему миру
так же истинны, как и законы материи и энергии, времени и
пространства.
Далее, исследуя эти понятия еще точнее, мы видим, что
они вовсе не ограничиваются специально биологией. Они
являются в сущности всеобщими физико-химическими
представлениями, в равной мере справедливыми как для часов, парохода,
завода, вырабатывающего серную кислоту, так и для какого-
либо коллектива, рассматриваемого как нечто целое.
Мы пришли к результату, очень ценному для
нашего дальнейшего исследования. Нам удалось
устранить из понятия о жизни все биологические
предрассудки. Мы теперь будем иметь дело не с
организмом, а только с возможностью устойчивого существования
обособленных физико-химических систем вообще и с теми
условиями, которые определяют существование их количественно
и качественно. Благодаря этому, мы можем надеяться избежать
в наших доказательствах порочного круга, который неминуемо
обнаружится, если мы покажем, что среда соответствует только
той особенной форме жизни, которая развилась именно
вследствие этого соответствия.
Ясно, что этот краткий обзор и не претендует на полноту.
Для исчерпывающего представления о жизни необходимо было бы
рассмотреть целый ряд других ее признаков, явления
наследственности, изменчивости, эволюции, сознания и т. д.
Однако, при формировании и логическом обосновании этих
понятий мы на каждом шагу подвергаемся опасности прийти к
ложным выводам. Поэтому мы откажемся от дальнейших
исследований в этом направлении, тем более, что полученные выводы
вполне достаточны для нашей цели. Но, прежде чем покончить
с предметом наших настоящих рассуждений, необходимо еще
— 20 —
раз подчеркнуть, что принятые нами основные положения очень
скудны. Причины, почему мы уклоняемся от дальнейшего
исследования, заключаются в том, что таким путем мы достигаем
большей определенности. На другом пути мы неминуемо
натолкнулись бы на большие трудности. Мы знаем такие попытки
(см., например, книгу Уоллеса) *) и знаем, насколько
суживается задача, если ограничить свои рассуждения понятиями о
сложности, регуляции и обмене веществ. Возможно ограничиться
даже только двумя постулатами, — обмен веществ может быть
легко включен в понятие о регуляции; впрочем, эти чисто
логические построения сюда не относятся. Во всяком случае
вероятно, что эти три признака и их отношения к физико-
химическим явлениям материи и энергии ближе всего дсступнк
научному исследованию и вместе с тем стоят в наиболее
простом отношении к среде.
V. Проблема.
Возвратимся к проблеме о приспособленности
окружающего мира к требованиям жизни. Пока наши представления о
природе живых существ неясны и неопределенны, нет возможности
установить различие между приспособлением и
приспособленностью в самом широком значении этого слова. Однако,
несомненно существуют примеры, когда эти понятия не
нуждаются в дальнейшем пояснении. Так, рука есть пример
приспособления, а ненормальное расширение воды при замерзании —
пример приспособленности или биологической пригодности среды.
г) A. R. W alia с е. „Man's place in the Universe", New-York, 1903
кар. X and XI, в особенности его следующее утверждение: „Физические
условия, необходимые, повидимому, для развития и сохранения жизни г
могут быть подразделены следующим образом: 1) равномерный приток
тепла, благодаря которому создается некоторый средний уровень
температуры; 2) достаточное количество тепла и солнечного света; 3) большое
количество и повсеместное распределение воды; 4) достаточная
плотность атмосферы и ее состав из газов, необходимых для поддержания
жизни животных и растений: кислород, углекислота, водяной пар, азот
и аммоний. Все эти газы должны находиться в определенном
отношении друг к другу. 5) Правильная смена дня и ночи".
Необходимо иметь в виду, что эти предположения построены на
аналогиях, что является весьма опасным приемом.
— 21 —
Каким же образом должна определиться та роль, которую играет
приспособление и приспособленность во взаимоотношениях между
океаном и морскими организмами? Для того, чтобы ответить на
этот вопрос, мы должны иметь ясные и точные представления о
живых существах. Мы должны произвольным актом
мышления придать жизни характер не
изменчивого понятия, а независимой переменной или
даже константы. Благодаря этому, она
несомненно лишится своих интереснейших
особенностей, но зато мы не будем смущаться
невозможностью разобраться в еезапутанных проявлениях.
В этом цель и оправдание установления следующих
постулатов: сложность, регуляция и обмен веществ, как основные
признаки механизма, который мы называем живым существом.
Теперь перейдем к выдвигаемой нами проблеме: в какой мере
свойства материи и энергии и космические
явления благоприятствуют существованию
механизмов, обладающих сложлым строением, в высшей
степени обладающих способностью к
саморегуляции и снабженных определенного рода
материей и энергией? Если выяснится, что окружающий мир в
высокой степени приспособлен для жизни в целом, то мы тогда
поставим вопрос: настолько ли значительна эта
приспособленность, что ее нельзя уже рассматривать, как нечто случайное, и,
наконец, мы займемся исследованиями того, какой закон может
нам объяснить это соответствие между окружающим миром и
жизнью.
ГЛАВА II.
Окружающий мир.
I. Астрономия.
Приступая к изучению отношений между жизнью и
окружающим миром, мы упростили нашу задачу, принимая, что жизнь
есть нечто неизменное, некоторая постоянная. Такое исследование,
чтобы оно могло иметь общее значение, должно было бы
основываться на физико-химическом описании всей вселенной.
Необходимо было бы знать форму и структуру звезд и
межзвездного пространства — особенности туманностей, солнечных систем,
условия возникновения этих скоплений материи и те
изменения, которым они подвергаются. Знания наши в этом
отношения еще очень неполны, тем не менее опыт такого описания
следует сделать. В дальнейшем мы, несомненно, предпочтем,
вести наши рассуждения на более прочной основе явлений,
происходящих на земле, но в данный момент важно обозреть
отношения между жизнью и средой с возможно более общей и
широкой точки зрения.
Космография, по всей вероятности, является самой ранней
из наук. Халдеи уже обладали точными сведениями о звездах,
египтяне за 15 столетий до нашего летоисчисления знали
зодиакальные созвездия. Исследования такого рода продолжались и
далее, и Гиппарх первый за два столетия до Рождества
Христова собрал и ясно формулировал накопившиеся сведения.
Этот величайший астроном древности выработал схему видимых
движений солнца, луны и планет, — схему, которая была почти
правильна по отношению к солнцу и менее справедлива для
других небесных тел. Он также измерил и определил
положение большого числа неподвижных звезд. На прочном основании
— 23 —
количественных наблюдений Гиппарха стала созидаться соврег
менная астрономия. В начале нашей эпохи Коперник, Тихо-
Браге, Кеплер, Галилей и Ньютон установили законы,
управляющие явлениями нашей солнечной системы.
Исследования этих ученых дали возможность Райту, Кантуй, наконец,
Лапласу, обладавшему уже более точными знаниями из области
химии и физики, разработать более рациональную, хотя во многих
отношениях еще несовершенную теорию солнечной системы.
Наконец, более точные наблюдения и изумительные успехи
спектрального анализа дали нам возможность получить сведения о
неподвижных звездах.
Повидимому, как в химическом, так и физическом отношении
вселенная сходна с той небольшой ее частью, которую Мы знаем.
Повсюду мы встречаем те же формы материи, те же аггрегаты ее,
те же формы энергии и те же движения. Звезды вовсе не
неизменны, наоборот.—это весьма активные тела, системы,
претерпевающие определенный цикл изменений: они рождаются, растут,
стареют и умирают. Эти изменения подчинены законам, правда,
не вполне точно известным, но, повидимому, являющимся
всеобщими мировыми законами. Накопившиеся с течением времени
сведения о кометах, метеоритах и туманностях, а также точные
знания о химических и физических процессах, происходящих на
солнце, дают нам возможность лучше использовать выводы
звездной астрономии *).
С точки зрения современной астрономии, скопления материи,
образующие вселенную, могут быть сведены, повидимому, лишь
к немногим типам. Сюда относятся светящиеся плотные тела, как,
например, солнце и неподвижные звезды; несветящиеся плотные
тела, как, например, земля, луна, планеты и недоступные нашему
наблюдению спутники многих звезд; далее—туманности, кометы и
метеориты. Наиболее крупные из этих звезд разделены
бесконечными пространствами, которые содержат лишь немногие метеориты,
ничтожные следы газов и космической пыли. Не подлежит
никакому сомнению, что в той части вселенной, которая доступна
астрономическим наблюдениям, обычно не встречается иных типов
!) Описание сюда относящихся фактов можно найти в книге А р р е-
ниуса: „Lehrbuch der kosmischen Physik". Leipzig, 1913. Краткое
популярное изложение интересующего нас вопроса находится в книге того же
автора: „Das Werden der "Welten". „Происхождение миров" (имеется
в русском переводе).
— 24 —
небесных тел, кроме перечисленных выше. Это положение
подтверждается, с одной стороны, многочисленными астрономическими
наблюдениями, с другой — точными знаниями космических
процессов. Относительно всего того, что находится по ту сторону
видных звезд, мы, конечно, ничего не знаем *).
О свойствах звезд мы судим главным образом на основании
их спектров. Фогель, классифицируя звезды по этому методу,
различает три основных типа:
1. Белые звезды, у которых было констатировано
присутствие водорода, а в некоторых случаях гелия. Звезды этого класса,
несомненно, обладают очень высокой температурой, в особенности
те, которые содержат гелий. Атмосфера, окружающая их, пови-
димому, обладает значительной плотностью и состоит из водорода
и гелия или из смеси этих газов. Кроме того, можно было
установить, что многие из них обладают совершенно исключительной
скоростью вращения.
2. Желтые звезды, к которым относится и наше солнце.
Их спектры отчетливо указывают на присутствие водорода и
различных металлов: натрия, железа, кальция и магния и т. д.
Линии спектра, указывающие на присутствие водорода, выражены
у звезд этой группы с различной степенью интенсивности. В общем
принимают, что звезды с большими количествами водорода
обладают наивысшей температурой. Звезды этого класса менее горячи,
чем белые звезды.
3. Краснрватые звезды, спектры которых не показывают
водорода или содержат его в малом количестве, зато указывают
на присутствие химических соединений, например, углеводородов.
Присутствие линий натрия, железа, кальция и магния в спектрах
этих звезд было точно установлено; несомненно, звезды этого
класса принадлежат к наиболее холодным из числа плотных
светящихся тел.
Такая классификация, конечно, является лишь провизорной
и не может считаться удовлетворительной. Она соединяет нередко
вместе весьма различные звезды и разъединяет очень сходные.
Существуют другие, лучшие, но вместе с тем и более сложные
классификации, но и они также страдают в большей или меньшей
степени теми же недостатками. Все известные факты находят
*) См. Аррениус: Lehrbuch der kosmischen Physik, стр. 23—27.
— 25 —
<зебе наилучшее объяснение, если предположить, что звезды
представляют из себя различные стадии развития нашего солнца х).
В таком случае развитие или эволюция должны являться
непрерывным процессом, которому подвержено каждое солнце,
и все солнца в главных чертах должны быть одинаковыми. Мы
имеем все основания утверждать, что
большинство звезд, включая и наше солнце, имеют один
и тот же химический состав и что различие
*) „При рассматривании спектров различных звезд нельзя
отделаться от мысли, что разные группы звезд соответствуют разным
стадиям развития. Самые молодые и самые горячие звезды (согласно
общепринятому взгляду, сравни ниже главу „Космогония") принадлежат
к первой группе. Постоянный свет, излучаемый звездой, происходит
главным образом из сгущений и облакоподобных образований в
атмосфере звезд и лишь в незначительной степени обязан своим
происхождением сильно уплотненным парам металлов внутри звездного тела. В более
высоких слоях звездной атмосферы встречаются легкие газы, водород
или гелий, или оба вместе, значительно ниже — пары металлов.
Атмосфера этих звезд обладает такой мощностью и столь высокой
температурой, что доступные нашему наблюдению сгущения почти все
сосредоточиваются в верхних слоях. Мы не наблюдаем поэтому линий металлов
или они выражены лишь в очень слабой степени, наоборот, линии
водорода и гелия очень отчетливы. Нередко количество легких газов и
температура их оказывается достаточной, чтобы вызвать светлые обращения
этих линий. У звезд следующего спектрального типа охлаждение
подвинулось дальше, так что сгущения происходят не только в высоких
слоях атмосферы, но также и внутри металлических пдров. Темные
линии металлов выступают с полной отчетливостью. Сокращение
фиолетовой части спектра и выступание слабых полос по красной части
указывают на более низкую температуру. У красноватых звезд признаки,
указывающие на охлаждение, выступают еще резче. Изменчивость, обычно
констатируемая у этих звезд, указывает на существование более холодных
и более теплых периодов, подобно тому, как это проявляется в слабой
степени у нашего солнца наступлением периода пятен. Наконец, сила
свечения звезд становится очень слабой, и свет отчетливо красный
соответствует относительно низкой температуре. После этой стадии следует
последняя, когда господствуют лишь инфракрасные лучи, звезда
становится несветяшимся телом.
В общем химический состав звезд такой же, как и солнца.
Первенствующая роль водорода и гелия, равно как и железа, натрия, кальция
и магния, всюду выступает совершенно отчетливо. Не подлежит поэтому
никакому сомнению, что солнце очень сходно с неподвижными звездами
и, как звезда, должно быть отнесено ко второй группе по
вышеприведенной классификации". Arrhenius, „Kosmisehe Physik". Leipzig'
1903, стр. 27.
— 26 —
в спектрах обусловлено лишь медленно
протекающими физико-химическими изменениями,
которые сопровождают процесс охлаждения.
Само собой разумеется, что химический состав солнца нам
известен несравненно лучше, чем состав неподвижных звезд.
Основными элементами, входящими в состав солнца, являются:
водород, натрий, кальций, магний и железо. Встречаются также
и некоторые другие элементы, которые, вследствие своей
незначительной плотности, концентрируются ближе к поверхности. До
сих пор в звездах не наблюдались металлоиды, так как они при
обыкновенных условиях не дают ясных спектров, и тяжелые
металлы, как, напр., золото, платина, ртуть, которые, как
полагают, сосредоточиваются ближе к центру. Углерод, несомненно^
присутствует, почти столь же вероятно присутствие кислорода.
Мы имеем все основания принять утверждение Кирхгофа,
что все элементы входят в состав солнца, а в большей своей
части и в состав звезд *). Исключения возможны, но основное
правило не может от этого потерять своего значения.
Известные нам большие темные тела являются планетами
и их спутниками. Многое, однако, говорит за то, что небо
заполнено большим количеством „мертвых" солнц, которые покрылись
корой и не могут больше светить. Этот вопрос естественно
возникает при изучении энергетики развития или эволюции солнц,
*) „Это представление о составе солнца хорошо согласуется с
гипотезой Лапласа о происхождении нашей планетной системы. Если та
масса материи, которая в настоящее время уплотнена в виде отдельных
тел этой системы, представляла некогда громадную туманность, из
которой при сокращении образовались солнце, планеты и луна, то понятно,
что все эти тела при своем образовании должны были иметь очень близкий
химический состав. Геология учит, что земля некогда находилась в жидком,
раскаленном состоянии; необходимо принять, что в таком же состоянии
находились и другие тела нашей системы. Охлаждение этих тел, которое
началось вследствие излучения теплоты, достигло весьма различной
степени, и, в то время, как луна сделалась холоднее земли, температура
солнца еще находится в стадии белого каления. Земная атмосфера,
которая в настоящее время содержит лишь небольшое число элементов,
должна была иметь гораздо более сложный состав, когда земля
находилась в раскаленном состоянии. Соответствующими свойствами должна
обладать в настоящее время атмосфера солнца". G. Kirch h off. „Unter-
snchungen uber die Spektren der chemischen Elemente". Abhandlungen der
Koniglichen Akademie der Wissensehaften zu Berlin. 1861. Zweite Ausgabe-
Berlin, 1862.
— 27 —
так как каждое из них должно рано или поздно остыть
вследствие постоянной потери энергии, пока на его поверхности не
образуется кора и оно не застынет навсегда, если только не
случится какой-либо катастрофы. Таким образом мы приходим к
убеждению, что звезды представляют из себя солнца, находящиеся
на разных стадиях этого процесса охлаждения.
Еще более убедительными оказываются наблюдения над
переменными звездами типа Альголя. Альголь (|3 Персея) — звезда
второй величины, с периодом в 2 дня 20 часов 48 минут
53,8 сек. В течение каждого периода он светит в продолжение
2х/2 дней с одинаковой интенсивностью; затем свет начинает
ослабевать и достигает своего минимума через 4Ц часа, затем
интенсивность света вновь нарастает и через 4Ц часа вновь
достигает своего максимума. Это явление возможно объяснить
только при допущении, что Альголь имеет темного спутника,
который каждые 69 часов вызывает его частичное затмение»
Предполагая, что эта темная звезда задерживает лучи Альголя,.
Пикеринг определил приблизительно величину скорости
движения и орбиты обеих звезд, одна из которых совершенно
невидима. Подобные наблюдения привели к таким же выводам
относительно других переменных звезд.
Очевидно, что такие темные звезды — будь то погасшие
солнца или планеты — представляют из себя совершенно иную
стадию в развитии небесных тел. Их прошлое в таком случае
должно быть различным. В особенности большие сомнения
вызывает вопрос о происхождении и развитии планет. Во всяком
случае вероятно, что они произошли от светящихся звезд или
планет путем охлаждения и образования коры. Они должны,
следовательно, подобно тем формам, из которых они произошли,
состоять из известной нам материи, так как образование твердой,
коры не изменяет состава небесного тела. Впрочем* и химия
обогатила нас многими сведениями относительно состава этих звезд,
а геофизика изучила их различные стадии. Можно предполагать,
что количество погасших единиц очень велико; Аррениус
принимает, что число их, повидимому, раз в сто больше числа
светящихся.
Трудно составить себе понятие о туманностях, так как эти
скопления материи имеют весьма различную форму и слишком
от нас удалены. Существует взгляд, что они? вероятно (а в
некоторых случаях это известно хорошо), образовались в результате
— 28 —
етошшовения плотных тел; в пользу этого взгляда говорят
наблюдения над многими новыми звездами, спиральная форма некоторых
туманностей, так называемые звездные прорывы (Sternrisse),
которые возникают, когда плотные тела пересекают туманности,
увлекая мелкие тела и оставляя за собой свободный путь, и множество
других наблюдений, обоснованных с точки зрения современной
физики и химии. Характер явлений, которые приводят к
образованию звезд и туманностей, изучается все точнее и глубже, и
хотя мы не имеем права считать наши знания о туманностях
законченными, но нет основания и предполагать, что в их строении
будет открыто что-либо необъяснимое с точки зрения физической,
химической или генетической.
Если мы оставим в стороне все спорные вопросы, то мы
можем с известной уверенностью сказать, что туманности, при всем
их возможном различии, представляют из себя большие
пространства, заполненные материей в весьма разреженном состоянии,
^обладающей низкой температурой; далее, —что среди них можно
наблюдать все возможные ступени конденсированных скоплений,
от звезд до метеоритов.
Отсюда вытекает простое логическое
заключение, что солнечная система является
некоторым типом, характерным для вселенной и что
ее эволюция является типичным случаем
космического развития. Всякая другая гипотеза не
лажодится в согласии с множеством фактов и с
дальнейшими обобщениями современного знания.
II. Какая среда возможна для жизни?
Если мы попытаемся на основании наших астрономических
знаний, как это явствует из приведенного выше беглого обзора.
жгаеети какое-либо заключение, то прежде всего мы должны
5удем сказать, что не всюду во вселенной может существовать
жизнь: на видимых звездах, напр., на солнце, жизнь возникнуть
не может. На таких небесных телах долговечные
механизмы немыслимы, так как они, если даже допу-
етатъ возможность их возникновения, должны были бы быть
разрушены катастрофами более жестокими, чем те, которые возможны
эа зежле. Чрезвычайно интенсивный жар, который мы должны
— 29 —
предполагать даже на поверхности солнца, делает возможным
только газообразное состояние материи и препятствует,
следовательно, существованию каких-либо механизмов. Такие небесные
тела должны быть в общем гомогенными, если не принимать
в расчет непрерывных изменений от центра к периферии, и эфа
гомогенность касается как количественных соотношений между
элементами, так и их плотности и химических соединений между
ними. Они едва ли могут обладать той же степенью структуры,
как атмосфера земли. Повидимому, в действительности только
само солнце и является единственным долговечным механизмом.
Так же очевидна невозможность жизни в
межзвездном пространстве или в туманностях.
Дремлющая жизнь (панспермия) может быть всюду возможна, только
не в непосредственной близости от солнца. Но жизнь требует
пищи, и если представлять себе активный обмен веществг
обмен материи с окружающей средой, то должно предположить
существование чего-то более питательного, чем скудные молекулы
туманности, или еще более редкие частицы межзвездного
пространства.
Итак, основываясь на современных космографических
знаниях, мы можем принять, что жизнь возможна лишь на
поверхности плотного покрытого корою тела 1).
Внутренность земли так же неподходяща для жизни, как
внутренняя часть солнца.
Может быть, мы выбрали слишком окольный путь, чтобе
прийти к такому, казалось бы, естественному заключению. Наша
задача, однако, требует рассмотрения условий всякой жизни, а не
только той жизни антропоморфного характера, которую мы себе
приблизительно представляем, когда думаем о жизни на других
мирах.
Наше допущение, что солнечная система является типам
всякой другой подобной системы, может быть, недостаточно
основательно, но, поскольку эт<я гипотеза принимается нами, как
некоторая путеводная нить в нашем исследовании, постольку мы.
можем вполне законно пользоваться ею.
*) Интересный обзор важнейших условий существования в книга-
P. Lowell. „Mars as the abode of life". The Macmillian Compan, New-
York, 1908.
— 30 —
III. Геофизика.
Исследуем теперь те явления, какие могут происходить
на поверхности небесных тел, образовавших в процессе
космической эволюции твердую кору. Чтобы выполнить эту задачу с
достаточной полнотой, необходимо принять во внимание геологию
п метеорологию; особенное внимание должно быть обращено
на климатические условия. Это не значит, что мы хотим
рассматривать нашу землю, как некоторый метеорологический тип
всех подобных затвердевших с поверхности тел. Наоборот,
многие явления, имеющие для жизни, несомненно, величайшее
значение, повидимому, случайны и даже несколько необычны *).
Таковы: величина солнца по отношению к удаленности его от
-земли, размеры земли, позволяющие ей сохранять присущую ей
в настоящее время атмосферу, эксцентричность ее орбиты и
наклон ее к плоскости эклиптики, соотношение между морем и
сушей и многие другие факторы. Все это, вместе взятое,
делает землю — по сравнению с другими
небесными телами — очень подходящим местом обита-
г) Это были также излюбленные темы в произведениях
естественной теологии. „Bridge-water Treatises" Юэлля и Проута полны таких
примеров, которые Ю э л л ь излагает в несколько более современном духе,
тогда как П р о у т делает это весьма своеобразно и в устарелой форме.
„Кто осмелится утверждать, что существующее отношение между
морем и сушей, несмотря на всю кажущуюся непропорциональность,
не является безусловно необходимым для существования современного
мира? Что было бы, если бы, например, Тихий и Атлантический океаны
превратились в материк? Разве не изменился бы тогда климат
окружающих местностей, и разве не превратились бы тогда цветущие страны
в безлюдные пустыни? В основе это распределение земли и воды,
которое так удивительно приспособлено к современному положению вещей,
зависит от абсолютного количества воды во вселенной. С другой
стороны, относительный вес воды (т.-е. отношение веса воды к весу земли)
является причиной того, что океан, несмотря на постоянное движение,
остается в своих границах. Еще Лаплас доказал, что малейшая
причина могла бы вызвать всемирный потоп, если бы средняя плотность
океана превосходила таковую земли. Приспособление количества воды и
ее плотности к плотности земли является одним из наиболее
поразительных и красивых доказательств в пользу теории" (Bestimmungstheo-
rie). „The Bridgewaters Treatises*4. Treatise VIII. „Chemistry, Meteorology
and the Function of Digestion". London, 1834, pp. 186—187.
— 31 —
ни я для живых организмов. Сама по себе земная кора
и ее атмосфера, которые развились согласно общим законам,
вполне типичны или были таковыми во время их возникновения*
Происшедшие с течением времени изменения земной коры и
атмосферы едва ли можно считать единственными в своем роде,
если только не принять в расчет деятельности самой жизни.
Так как мы не знаем, существует ли еще где-либо жизнь во
вселенной, равно как не имеем сведений об ее особенностях, то
мы и не можем сказать, является ли процесс разложения
углекислоты на углерод и кислород всеобщим или только
специфическим земным явлением. В особенностях течения геологических
процессов обнаруживаются те или иные отчетливые различия.
Они,, несомненно, больше всего касаются относительной
продолжительности тех благоприятных для жизни условий, которые
имеют место в настоящее время на земле, т.-е. того периода,
который начинается со времени установления полной регуляции
круговорота воды (испарения, образования облаков, выпадения
дождя и т. д.) и кончается полным затвердением воды в
результате охлаждения. Следовательно^ мы легче можем впасть в
заблуждение при рассмотрении тех изменений, которые
протекают на поверхности покрывшегося корой небесного тела, чем
при попытке охарактеризовать общие свойства звезд.
Но и в этом отношении наши сведения не ограничиваются
только земными наблюдениями; атмосферы луны, Марса и дру-
тих планет изучены более или менее подробно, и мы имеем о
лих достаточно точные сведения.
IV. Атмосфера.
Уже на ранних стадиях развития типичных звезд можно
наблюдать постепенные изменения в их химическом составе в
направлении от центра к периферии. С теоретической точки
зрения тяжелые элементы должны были бы концентрироваться во
внутренних частях звезды, наоборот — элементы с малым
атомным весом должны были бы встречаться в
большом количестве на поверхности. Как было
указано выше, спектроскопические исследования вполне
подтверждают это предположение. Так, спектры типичных звезд
показывают, что водород является постоянным элементом на их поверх-
— 32 —
масти. Немного найдется фактов в астрономии,
которые были бы установлены с такой
достоверностью, как факт нахождения водорода во всей
вселенной. У красноватых звезд с несколько
более низкой температурой изменения в спектре
указывают на присутствие углерода. Мы,
следовательно, имеем достаточно глубокое основание принять, что ко
времени образования коры на поверхности охлаждающихся тел
находились большие количества водорода и углерода. Характер
соединений, которые эти элементы вначале образовывали, там с
достоверностью неизвестен. Но с понижением температуры на
поверхности охлаждающегося солнца или планеты стремление к
соединению с кислородом должно было возрастать у этих
элементов, так что нормально должно было произойти
образование углекислоты и воды. Еислород, без сомнения,
находится на солнце и в метеоритах, и факт его присутствия
в большом количестве в атмосфере и в земной коре убеждает
нас в том, что этот элемент всюду относится к числу наиболее
распространенных. Правда, в спектрах звезд линии кислорода
отсутствуют или очень слабы, но это легко объясняется темп
условиями, которые необходимы для получения кислородного
спектра. Известно, что этот спектр может быть наблюдаем
только при особо благоприятных условиях, в лабораторной
обстановке; следует предполагать поэтому, что линии кислорода
в спектре звезд имеются, но недоступны наблюдению. Кроме
того тождественность звездных спектров является прекрасным
индуктивным доказательством в пользу идентичности
качественного и количественного химического состава всех или почти
всех звезд, а следовательно, и присутствия в них кислорода в
нормальном количестве среди других элементов. Таким
образом, нормальной оболочкой, покрывающей вновь
образовавшуюся кору, является атмосфера,
содержащая воду и углекислоту. Если бы эти вещества
первоначально и не находились в такой атмосфере, то громадные
их массы должны были бы быть извергнуты впоследствии
вулканами, чтобы ослабить давление, которое должно было возникнуть
внутри планет в результате химических процессов.
Мы не можем иметь исчерпывающего представления о
происхождении земной атмосферы и о тех изменениях, какие
связаны с вулканическими явлениями, пока теоретические взгляды на
— 33 —
этот вопрос отличаются неясностью и зачастую более темны,
чем самые факты... Но каков бы ни был этот процесс, он носит
несомненно, автоматический характер, т.-е. должен повторяться
при одинаковых условиях.
Мы обладаем еще непосредственным доказательством в
пользу развитых выше положений; спектроскопические
исследования установили несомненно присутствие паров воды в
атмосферах Марса, Юпитера, Венеры и Сатурна, и единственное
возможное объяснение белых полей на Марсе это то, что они
представляют из себя настоящие снежные поля или состоят из
углекислоты, что значительно менее вероятно. Лоуэль и Арре-
ниус *) согласно высказываются за первое предположение.
В земной атмосфере углекислота в большей своей части
превратилась в кислород и растительные вещества, а эти
последние в свою очередь в большие массы угля. Возможно, что
предположение Кёна правильно, и что весь кислород атмосферы
образовался таким образом из углекислоты, и что уголь, торф
и другие подобные вещества в центре земли являются
химическим эквивалентом современному свободному кислороду.
Если, таким образом, типичная атмосфера должна содержать
воду и углекислоту, то и развитие ее должно определяться
этими двумя веществами. Земная метеорология, так же, как и
геология, могут рассматриваться, как более или менее особый
случай общераспространенного процесса, и метеорологические
особенности на земле не могут являться единичным случаем.
Имеется, однако, ряд условий, которые в случае
метеорологических явлений вызывают значительно большие изменения, чем
это имеет место при других процессах, рассматривавшихся
выше. Так, например, на поверхности тел малого размера с
незначительной силой притяжения атмосфера может возникать
лишь на короткое время. Такие тела должны постепенно
отдать все свои газы в пространство, как это, например, случилось
с луной.
И на нашей земле происходил подобный же процесс, чем
и объясняется отсутствие в воздухе гелия и водорода. Эти
легкие газы удерживаются землею недостаточно прочно,
поднимаются постепенно в высокие слои атмосферы и, наконец, исче-
г) Arrhenius, „Kosmische Physik", S. 175. Lowell. „Mars as the
abode of life", p. 81.
— 34 —
зают окончательно. Период, в течение которого вода и
углекислота могут содержаться в воздухе, должен был бы быть сравнительно
коротким, если бы только вблизи находящееся солнце не
возмещало постоянную потерю тепла. Мало-по-малу, через известный
промежуток времени, который, однако, не может итти в
сравнение со временем существования нашей атмосферы, все газы,
составляющие оболочку такого небесного тела, должны
подвергнуться уплотнению. Наконец, такое небесное тейо, которое
всегда обращено к солнцу одной стороной, должно
сконцентрировать свою атмосферу на холодной темной стороне и потерять
таким образом свою газовую оболочку и океаны.
Поэтому можно с уверенностью утверждать, что
длительность известных атмосферных условий зависит исключительно от
массы планет, от их расстояния до солнца и от вращения *).
Мсюгие другие факторы, имеющие место на земле, не играют
сущее венной роли. Как бы то ни было, происхождение всех
этих явлений носит автоматичный характер, и только случай
обусловливает те или иные различия в их течении. Каковы бы
ни были особенности нашей солнечной системы, мы не имеем
основания думать, что подобные условия неповторяемы. В
мировом пространстве по всей вероятности имеются тысячи планет,
подобных земле и Марсу, окруженных атмосферой, которая
существует бесчисленные века и содержит громадные количества
воды и углекислоты. Атмосферы всех таких, тел должны
обнаруживать сходные метеорологич ские явления, — на поверхности их
должны возникать ветры и облака, должны выпадать дожди и снег,
должны существовать океаны и океанические течения, реки и озера,
и все эти явления должны быть замкнуты круговым процессом. Не
может не быть также приливов и отлавов, электрических и
магнитных явлений и, благодаря непрерывной вековой деятельности воды,
совершается гигантский процесс растворения и осаждения;
возникает земля, и в нее проникает вода. Одним словом, в высшей
степени вероятно, что в мировом пространстве должны во
множестве встречаться условия, подобные земным, при наличии
которых возможна жизнь.
*) Подробное исследование этой проблемы находится в выше
цитированной книге Аррениуса ив книге: S. Glint her. „Handbuch
der Geophysik". 2 Band. 1897—1898.
— 35 —
V. Общие космографические заключения.
К этой точке зрения мы приходим, рассматривая во
всеоружии современного знания вопрос о возможности жизни во
вселенной. Солнечная система в основных чертах, повидимому,
является типичным феноменом во вселенной; солнце есть
типичная неподвижная звезда; планеты оказываются членами
многочисленной группы сходных тел. Различные группы скоплений
материи более или менее сходны между собой, где бы они ни
встречались. Они состоят из тех же частей, и части эти,
повидимому, находятся в одних и тех же соотношениях; они
приводятся в движение действием одной и той же энергии, и
история развития их всюду одинакова. Повсюду возникают
известные климатические условия, которые допускают развитие жизни.
Несомненно, однако, что солнечная система вообще, а земля среди
других планет в особенности, представляют особенно
благоприятное сочетание условий для существования жизни, хотя это
сочетание носит, повидимому, случайный характер. Если мы
оставим в стороне биологическую пригодность особых климатических
условий на земле, признавая их в значительной степени
случайными, то мы можем обратить наше внимание на явления, имеющие
более общий характер, а именно на факт присутствия в
громадном количестве углекислоты и воды и на
те метеорологические явления, которые с ним
связаны. Азот и другие вещества также находят себе место
на ряду с этими основными составными частями атмосферы. Но
в данный момент более целесообразно их не касаться, а
отложить рассмотрение их до того времени, когда будут достаточно
освещены другие стороны проблемы.
VI. Главнейшие составные элементы среды.
Свойства воды и углекислоты во всяком случае следует
рассматривать только с точки зрения их значения для земных
явлений. Наше допущение, что сходные феномены
распространены всюду во вселенной, что они — естественный результат
космической эволюции, ни в какой мере не может повлиять на
ход нашего исследовааия или умалить значение логического
— 36 —
обоснования наших выводов. Значение наших выводов, однако,
сильно увеличится, если мы установим, что все рассматриваемые
явления не единичны и не исключительны, но представляют
нормальные следствия повсюду действующих сил.
Химические и физические свойства воды, углекислоты и
их составных частей обусловливают возможность жизни на земле.
Они представляют из себя автоматически образовавшийся
подвижный материал, из которого, без сомнения, могут возникнуть
живые организмы. Вели мы ограничим наше исследование
изучением физических и химических свойств воды, углекислоты и
соединений углерода, водорода и кислорода, то этим мы
значительно упростим нашу задачу. Правда, такое упрощение
проблемы ведет сплошь и рядом к весьма нежелательным
ограничениям, подобным тем, с которыми мы имели дело, решив
считать основными признаками жизни сложность, регуляцию и обмен
веществ. Но достигаемые нами таким образом
целесообразность и достоверность представляют большое преимущество, а
вместе с тем мы много выигрываем в экономии мыслительного
процесса. Наши выводы при этом ничего не теряют в своей
убедительности, не следует только упускать из виду, что они
ограничиваются специальной областью нашего исследования.
VII. Окончательная формулировка проблемы.
Подходя к изучению вопроса о приспособленности
окружающего мира к жизни, мы должны были коснуться различных
областей знания. Основной результат такого обзора следующий:
живые существа можно рассматривать, как сложные
саморегулирующиеся механизмы, обладающие обменом веществ; окружающая
среда, после ряда упрощений, может быть сведена к
углекислоте и воде. Эти упрощения приходится делать исключительно
из соображений целесообразности; они не носят характера
логической необходимости и приводят к тому, что многие важные
для нас моменты остаются вне сферы нашего исследования. Но
таким способом проблема упрощается настолько, что она
может быть решена значительно легче и достовернее. Ее можно
формулировать так: в какой мере физические,
химические и общие метеорологические особенности
воды, углекислоты и других соединений углерода,
— 37 —
водорода и кислорода благоприятствуют
существованию механизмов, сложных в физическом,
химическом и физиологическом отношениях,
окруженных вполне регулированной средой,
обладающих регуляцией и кроме того активно
обменивающихся с этой средой материей и энергией?
В поисках разрешения этого вопроса должны быть строго
учтены все физические и химические данные, относящиеся к
свойствам воды и углекислоты, в особенности следует при этом
обратить внимание на их метеорологическое значение. Такие
точные сведения имеются у нас в достаточном количестве, так
как каждое из упомянутых свойств этих веществ исследовалось с
большою тщательностью. Далее должны быть изучены
соединения углерода, водорода и кислорода, равно как и некоторые из
их наиболее характерных химических реакций. Для таких работ
исключительное развитие органической химии дает богатейший
материал. Все эти исследования должны быть проведены
качественно и количественно; нигде, ни в одной из указанных
областей, у нас нет недостатка в необходимых сведениях.
Тут также сказывается преимущество нашего метода
исследования; мы работаем только с такими известными
абстракциями физики, как удельная теплота, коэффициент
расширения, растворимость, теплота реакции и т. д.; мы
пользуемся всеми преимуществами точного знания. Мы исходим
из строго установленных научных определений,
из точно установленных физико-химических
фактов и можем оставить в стороне все неясные
понятия и спорные гипотезы.
Благодаря этому оказывается уже легко оценить абсолютную
биологическую приспособленность воды и углекислоты, при чем
само собою выступает значение некоторых особенностей этих
веществ. Многие из них, как, например, равномерная
температура океана, обильные дожди, замерзание воды на поверхности,
разнообразие соединений углерода, были любимыми темами для
всевозможных умозрений, на которые, впрочем, со времен Дарвина
стали меньше обращать внимания. Многие особенности сделались
известными лишь за последнее время, благодаря успехам химии и
физики, и в этом освещении еще не рассматривались. Между
тем все эти явления заслуживают гораздо большего внимания со
стороны биологов, чем это делалось до сих пор. Они составляют
— 38 —
основу общей биологии и обусловливают те процессы, которые
человек должен преодолеть в своей борьбе за господство над
окружающей средой.
Однако, одно только установление фактов и соотношений
при изучении вопроса о приспособленности окружающего мира
оказывается недостаточным. Все ведь это большей частью уже
знакомые представления, и, если бы их действительно можно
было рассматривать, как свидетельства в пользу существования
определенной приспособленности, если бы они достаточно
убедительно доказывали, что при изучении чудес жизни
приспособленность среды необходимо в качестве равноценного фактора
ставить на-ряду с приспособлением организма, тогда было бы
непонятно, почему они так долго оставались без внимания.
Кроме того, такие положения не дают материала для сравнения.
Вода действительно является веществом особого рода и она
в высшей степени удовлетворительно выполняет свою роль во
вселенной, но, может быть, другое вещество выполнило бы ее не
хуже? Может быть, ее мог бы заменить аммиак? И разве не
существует других химических веществ, которые в других мирах
могли бы иметь такое же значение, как углекислота? Может
быть, в химии только потому известно такое множество
углеродистых соединений, что исходный материал для нее дают сами
жизненные процессы. Разве нельзя себе представить, что другой
элемент, напр., кремний, мог бы дать такие же разнообразные
соединения? Подобные вопросы, постоянно встающие перед
исследователем, но никогда не изучавшиеся настолько глубоко, чтобы
можно было судить о возможности ответа на них, долгое время
отвлекали внимание ученых от интересующей нас области.
Поэтому совершенно необходимо сравнить свойства
воды, углекислоты и углеродистых соединений
со свойствами других химических веществ.
Необходимо не только испытать, насколько эти вещества вообще
пригодны для жизни, но и доказать, что они наиболее пригодны,
а это уже, несомненно, другая задача. Она на первый взгляд
кажется неразрешимой, но я надеюсь показать, что это ие та^,
и что, несмотря на неполноту наших физических и химических
знаний, исследование ее может привести к удовлетворительному
результату. Несколькими штрихами я предполагаю наметить
направление наших рассуждений, с тем, чтобы потом перейти к
доказательствам, основанным на положительном изучении фактов.
— 39 —
VIII. Метод решения проблемы.
Очень важным фактором в экономии природы является
равномерная температура океана. Она обусловливает регуляцию
среды для большинства живых существ да земле и кроме того
несет другие важные „функции". Эта равномерность
температуры обязана своим происхождением высокой теплоемкости воды.
При прочих равных условиях, температура океана будет тем
более равномерной, чем выше удельная теплота воды. Если,
таким образом, удельная теплота воды является максимальной
среди удельных теплот других веществ,—а это так и есгь на
самом деле, — то отсюда следует, что вода в этом отношении
самое подходящее для жизни вещество. Далее, в
океане растворены самые разнообразные вещества, часто в
большом количестве, и это имеет значение для
микроорганизмов. Такое богатство окружающей среды в высшей степени
выгодно для организмов, и оно достигается благодаря способности
воды растворять в большом количестве различные вещества.
Нельзя считать, конечно, что все растворимые вещества нужны
для каждого морского организма, но преимущество такого
разнообразия состоит в том, что одни вещества могут заменять другие
(напр., в одном случае иод, в другом медь). Полезность
растворяющей силы воды в крови, в лимфе и других жидкостях тела
совершенно очевидна и не требует дальнейшего пояснения. Если
можно показать, что вода обладает наивысшей растворяющей
способностью, а это в действительности так, то отсюда следует,
что и в этом втором отношении вода наиболее
соответствует требованиям жизни. Далее,
количество энергии, которое необходимо затратить, чтобы расщепить
молекулу воды и освободить атомы водорода и кислорода, очень
велико; эта энергия вновь должна быть восстановлена при
соединении водорода с кислородом и выявляется обычно в виде тепла.
Почти все соединения водорода при сжигании освобождают
большие количества энергии, они, так сказать, служат большими
резервуарами энергии, которые могут быть использованы в
процессе обмена веществ, а это в свою очередь является большим
преимуществом для живых организмов. Если теплота сгорания
водорода выше других веществ, что также соответствует истине,
— 40 —
то и это обстоятельство делает воду
исключительно приспособленной для жизни.
Если, наконец, мы можем доказать, — а эта возможность у
нас есть, — что очень немногие вещества, разделяющие
приспособленность воды к жизни в каком-либо отношении, не обладают
этими свойствами в других отношениях даже и в малой степени,
и что нет такого другого вещества, которое соединяло бы в себе
в такой же мере все эти свойства, тогда мы должны будем
признать, что вода представляет из себя единственное
подходящее для жизни вещество.
Здесь можно было бы возразить: разве другие вещества не
имеют важных особенностей, вполне отсутствующих у воды? На
это возражение ответить уже труднее. Однако, мы должны
прежде всего иметь в виду, что не существует бесконечного числа
важных физических свойств; на самом деле их очень немного.
Во-вторых, многолетними исследованиями, а также
вышеприведенными положениями, которые, без сомнения, характеризуют
физические и химические особенности жизни, доказано, что лишь
очень немногие свойства, с точёи зрения их значения для жизни,
могут итти в сравнение с только что нами рассмотренными.
Наконец, по всей вероятности, мы в праве полагать, что
все действительно существенные физические особенности нам
известны, и что мы знаем также и их биологическое значение, если
они таковым обладает. Я думаю, мы будем в состоянии
обозреть их все и таким образом получить надежное доказательство.
Попутно следует отметить, что существует два пути для
доказательства пригодности для жизни какого-либо
физико-химического свойства. И тот, и другой путь позволяют с достаточной
уверенностью избегнуть ложных заключений. Одновременное
использование их представляет ряд преимуществ. С одной
стороны, можно показать, например, при изучении температуры
океана, что какое-либо свойство воды (в данном случае ее
высокая удельная теплота) само по себе создает очень
благоприятные условия для жизни, с другой стороны, можно показать, что
другое свойство воды, напр., большая величина скрытой теплоты
парообразования путем приспособления используется организмом
в целях наиболее целесообразного течения физиологического
процесса при регулировании температуры тела.
Таковы методы, которые должны быть использованы при
пашем исследовании. Последовательно должны быть рассмотрены
— 41 —
физические и химические свойства воды, углекислоты и
углеродистых соединений, их абсолютные и относительные значения.
Далее, мы должны рассмотреть пригодность этих свойств как
саму по себе, так и создавшуюся в результате приспособления
организмов, — при этом мы все время не должны упускать из виду
произвольно принятых нами предположений, касающихся
характеристики живого организма.
Наконец, мы должны сгруппировать
различные свойства воды, углекислоты и углеродистых
соединений таким образом, чтобы можно было
решить, составляют ли они все вместе своеобразное
целое, обладающее свойствами
приспособленности в отношении к сложному,
саморегулирующемуся организму, обладающему энергичным
обменом веществ.
Теперь проблема представляется достаточно простой. Путь
к ее разрешению открыт. Мы должны приступить к рассмотрению
точных данных из области химии, физики, метеорологии и
физиологии. Таким образом, мы должны достигнуть цели, не
встречая на своем пути препятствий.
ГЛАВА III.
Вода.
Общие рассуждения.
Древний философ Фале с высказал в свое время мысль,
что вода есть первооснова всех вещей. Постоянное присутствие
воды в тканях животных могло привести его к этой мысли, а
может быть тут некоторую роль сыграло также поэтическое
представление о происхождении мира или вообще то значение, какое
море играло в жизни ионийцев1). Естественно, что представление
Фалеса о свойствах воды должно было отличаться крайней
неопределенностью, но тем не менее несомненно, что опыт и
зрелое размышление привели его к этому убеждению.
С началом возникновения положительного знания,
Аристотель и Эмпедокл, на основании химических и
метеорологических воззрений того времени, включили воду в число
элементов 2). Замечательно, что из числа 4-х элементов, воздуха,
земли, огня и воды, только последняя представляет из себя
индивидуум в химическом отношении. С того времени
исключительное положение воды осталось
непоколебимым: она есть и будет самым
распространенным и самым важным из всех веществ.
В настоящее время мы знаем, что вода не является
элементом в современном смысле этого слова, но вместе с тем
почти с каждым новым завоеванием науки все яснее опреде-
*) Windelband. „Handbuch der Altertnimswissenschaff. Bd. I.
Nordlingen. 1888.
2) "Windelband, 1. c; S. Giinther. „Geschichte der Natur-
wissenschaften". Berlin, Leipzig. Bd. I, S. 19.
— 43 —
ляется для нас значение этото вещества. Во всех областях
физики, химии, метеорологии, геологии и биологии нет ничего, что
могло бы оспаривать первенствующее положение воды. Физик
должен был выбрать воду для установления единицы плотности,
теплоемкости и т. д., а также для установления постоянных
точек при температурных измерениях. Химик часто изучает
исключительно те реакции, которые протекают в водных
растворах, и совершенно исключительные свойства воды почти во всех
отраслях его науки имеют громадное значение. В геологии
нептунизм одержал крупную, но еще не окончательную победу над
плутонизмом: установлено, что деятельность воды является
важнейшим фактором геологической эволюции1).
Метеоролог знает, что ни одно из свойств материи не
имеет такого значения для изучаемых им явлений, как ни с чем
не сравнимая подвижность воды. Это свойство определяется,
с одной стороны, ее физическими особенностями, с другой—тем
обстоятельством, что она встречается в огромном количестве
в твердом, жидком и газообразном состоянии2). Физиолог рас-
г) Вода, несомненно, является наиболее крупным геологическим
фактором, хотя деятельность ее зависит от присутствия атмосферы, от
рельефа суши и от энергии солнечного лучеиспускания. Работа дождя,
поверхностных и грунтовых вод, деятельность морского прибоя — все эти
факторы перерабатывают литосферу. Размытый материал откладывается
в углублениях, образуя слоистые отложения. Таким образом, вода
сглаживает поверхность земли и поднимает дно водоемов. Она
перерабатывает сушу двояким путем: механическим и химическим, растворяя
растворимые элементы скал. Это частичное растворение разрыхляет породы
и тем самым делает их добычей поверхностных вод. Раздробленный
материал сносится в долины, по дороге измельчается, шлифуется и,
наконец, отлагается в углублениях на дне тихих вод. Работа гидросферы
разрушительна и вместе с тем созидательна. Так как отложения
происходят в определенной последовательности,—более поздние всегда отлагаются
на поверхности более ранних,—то они отмечают тем самым чередование
эпох. В осадках заключаются остатки организмов, и это позволяет нам
проследить историю жизни. Таким образом, историческая хроника
геологии в высокой степени обязана тому обстоятельству, что вода сохранила
в систематическом порядке последовательные этапы жизни.
Chamberlain and Salisbury. „Geology". New-York. 1904.
2) „Из всех фактов, видоизменяющих поверхность земли, вода
далеко превосходит все остальные по своему значению. При рассмотрении
процессов, происходящих под землею, мы видели, какую большую роль
играет вода в вулканических и других сходных явлениях. Если мы
обратимся к поверхности земли и будем наблюдать явления, происходящие
_ 44 —
сматривает воду, как основную составную часть всех живых
организмов!). Вода вводится в организм животного в количестве,
в атмосфере, то мы тотчас же убедимся, что большинство их
обусловливается водяным паром.
Вещество, которое мы называем водой, находится на поверхности
земли в трех хорошо известных видоизменениях: в газообразном—в
форме невидимого пара, в жидком — в форме воды и в твердом — в форме
льда. Мы уже видели, что в газообразном состоянии она образует одну
из характернейших составных частей атмосферы. Громадные массы
водяного пара непрестанно поднимаются с поверхности морей, рек, озер,
снежных полей и глетчеров. Этот пар остается невидимым до тех пор,
пока он не охладится ниже точки насыщения. Это происходит всякий
раз. когда два воздушных течения разных температур сталкиваются и
соединяются, или тогда, когда воздух поднимается в высокие, более
холодные слои атмосферы, где он подвергается охлаждению путем
лучеиспускания, расширения или при соприкосновении с холодными горными
вершинами. Превращение в жидкое состояние происходит только на
свободных поверхностях, и мы объясняем образование облаков и тумана
присутствием микроскопических пылинок, наполняющих нашу атмосферу.
Мельчайшие частички водяного пара либо остаются в жидком состоянии,
либо превращаются в лед, если температура достаточно низка. Если этот
процесс происходит на больших поверхностях, тогда образуются облака,
в дальнейшем частицы становятся все крупнее и, наконец, выпадают на
землю в виде дождя, снега или града или хлопьями, если они находятся
частью в жидком, частью в твердом состоянии. Так как водяной пар
происходит большею частью из океана, то главная масса его падает
обратно в океан; однако, некоторая часть выпадает на сушу, и ее судьбу
мы должны проследить. В высоко расположенных местностях пар
конденсируется в виде снега, образует снежные поля и в виде глетчеров
низвергается в долины и низменности. В других местах он выпадает
в форме дождя, часть которого проникает внутрь земной коры, чтобы
пробиться наружу в виде родников; другая же часть стекает вниз,
наполняя ручьи и реки. Эти последние питаются родниками и дождем,
соединяются в широкие потоки, которые несут собранные воды в море.
Море опять испаряет воду, и цикл повторяется снова.
В этом круговороте нет ни одной капли воды, которая не
приняла бы участия в переработке литосферы. Подымающийся пар
химически чист, но, возвращаясь в море после своего путешествия, он содержит
в себе большее или меньшее количество материала, собранного из
воздуха, из скал и из почвы. День за днем протекает этот процесс.
Насколько мы можем судить, он не прекращается с того времени, когда на
землю выпали первые потоки дождя. Мы можем думать, что он произвел
некогда чудеса на поверхности нашей планеты и в будущем совершит
мощные изменения". Geikie. „Textbook of Geology", London, 1903,
4 Ausgabe, B. I, S. 447, 448.
*) Так, вода составляет 70% — 80% веса рыб, около 87% веса
устриц, 85% — яблок, 78% — картофеля, 95°/о — латука и т. д.
— 45 —
превышающем все остальные вещества, вместе взятые, она же
образует главную составную часть экскрементов. Она является
переносчиком пищевых веществ и продуктов выделения, так как
и те и другие поступают в организм и покидают его большей
частью в растворенном состоянии1). С тех пор, как мы получили
более ясное представление о физических и химических
особенностях протоплазмы, установился взгляд, что сам организм
представляет из себя водный раствор, в котором рассеяны
чрезвычайно сложные коллоидные вещества2). Следовательно, не может
существовать ни одного физиологического процесса, при котором
вода не имела бы первенствующего значения.
Все эти обстоятельства, обусловливаемые количественным
преобладанием воды на земной поверхности, а также ее
своеобразными химическими и физическими особенностями, вполне
оправдывают тот интерес, который возбуждало это вещество во
все времена, начиная с Фалеса и Аристотеля и кончая
современными исследователями. Займемся теперь физическими
свойствами воды. Несомненно, что если бы вода не находилась
на земле в таком огромном количестве, одни эти ее свойства не
определили бы сами по себе еще того значения, какое вода
имеет в природе. Но, как мы уже видели, это обстоятельство
само по себе вовсе не является случайным, и в нем нельзя
видеть ничего исключительного.
Океаны составляют приблизительно две трети земной
поверхности. Вода, в них заключающаяся, находится в таком
количестве, что ею можно было бы покрыть всю поверхность земли
слоем в 4 километра толщиной. Это составляет приблизительно
1 — 2°/оо общего объема земли. Однако, вода имеется повсюду
и на материках, и это обстоятельство не менее важно. Кроме
рек и озер, она находится почти везде под землею. В почве она
*) Выражаясь более точно, мы должны сказать, что пищевые
вещества поступают в тело через стенки внутренностей; в этот момент они
уже переварены, следовательно, находятся в растворенном состоянии.
Выделение происходит через эпителий почек, легких или потовых
желез, — во всех случаях эти ткани проницаемы только для растворенных
веществ.
2) Организм, растение или животное является сосудом,
наполненным водным раствором, в котором, в качестве дисперсной фазы, рассеяны
различные коллоиды. Bechhold. „Die KalloideinBiologie und Medizin".
Dresden, 1912.
— 46 —
удерживается главным образом капиллярными силами часто на
значительной глубине, атмосфера содержит большие массы воды
в форме водяного пара и облаков.
Мы знаем, что распространенность воды на земле никоим
образом не является следствием ее химической устойчивости при
данных физических условиях. Однако, для тех органических и
неорганических процессов, которые в значительной мере
определяются свойствами воды, эта устойчивость имеет большое
значение. Во-первых, те химические реакции,вкоторых
вода принимала участие в течение
геологического развития, протекают довольно медленно, и
если когда-либо на поверхности земной коры и происходили
бурные процессы, то это было уже очень давно. Во-вторых,
вода при нормальной для земной поверхности
температуре является веществом чрезвычайно
стойким по сравнению с большинством других
химических веществ, так как соединение водорода и
кислорода очень прочно и не легко разрушается.
Таким образом вода оказывается особенно стойким
составным элементом атмосферы. На поверхности земли она почти не
принимает участия в химических реакциях, повсюду являясь
лишь индифферентным растворителем. Те изменения, которые
соединены с растворением, не связаны со сколько-нибудь
существенными химическими превращениями, и благодаря этому
большинство веществ проходит через воду не измененными. Это
свойство воды является само по себе важным
фактором, определяющим химическое
постоянство окружающего мира, которое в свою очередь
не менее важно для живого механизма, чем
постоянство его физических свойств.
Возникает, однако, вопрос, не может ли такая стойкость
быть достигнута в большей или меньшей степени почти всеми
другими веществами, так как все химические процессы стремятся
в конце концов к состоянию равновесия. Поэтому необходимо
обратить наше внимание в сторону более точных областей
знания.
— 47 —
I. Термические особенности.
Эти особенности определяются характерными свойствами
воды, которые нам давво уже известны и которые раньше
служили излюбленной темой для всякого рода метафизических
измышлений в трудах по естественной теологии, например, в Бриджво-
терских трактатах. Эти свойства били изучены современной
наукой уже на ранних стадиях ее развития. Особенное значение
их для метеорологии, как и для других областей естествознания,
во многих случаях ясно само собою.
Л. Удельная теплота.
Рассмотрим прежде всего теплоемкость, которая
известна также под названием удельной теплоъы. Эта
величина между 0° и 1° С равна 1,000, так как как раз вода была
выбрана для определения калории, основной единицы тепла.
Калория, малая калория или грамм-калория—есть то количество
тепла, которое необходимо, чтобы поднять температуру 1 гр.
воды на 1° С. Оно несколько колеблется с температурой и между
0° и 1° С имеет величину, равную lf000, между 4° — 5° С — 0,988,
между 15° — 16° С —0,992; средняя величина между 0° — 100°
С равна 1,004. Теплоемкость воды равняется, следовательно,
1,000, так как нужно затратить 1,000 калорий, чтобы поднять
температуру 1,000 гр. воды на 1,000° С.
Ниже приводятся значения уд. теплоты некоторых важных веществ:
(Жидкая 1,00
Твердая 0,50
Газообразная 0,3 — 0,5
Свинец 0,03 Сахар 0,30
Железо 0,10 Аммиак жидк 1,23
Кварц 0,19 Хлороформ 0,24
Соль 0,21 Водород 3,40
Мрамор 0,22 Алкоголь 0,5 — 0,7
Стекло 0,20 Гексан 0,50
Нет необходимости исследовать эти данные более подробно,
так как удельная теплота вещества зависит от его химических
свойств, что впервые было установлено Дюлонгом и Пти
— 48 —
еще в 1819 г. Закон, названный их именами, гласит, что для
элементов произведение удельной теплоты на атомный вес есть
величина постоянная, равная около 6,4. Конечно, этот закон
верен только приблизительно, так как некоторые элементы, именно
углерод, кремний и бор, значительно отклоняются от него при
обыкновенной температуре, однако, в общем эта величина может
быть признана установленной. Позднее исследования Неймана,
Каниццаро, Гарнье, в особенности Копна позволили
распространить этот закон и на химические соединения.
Закон Дюлонга и Пти утверждает, что для всех
элементов, независимо от их свойств, количество тепла,
необходимое для того, чтобы изменить температуру
атома, есть величина постоянна;я. Рассмотрим это
положение несколько подробнее. Согласно этому закону,
удельная теплота элемента находится в обратном отношении к его
атомному весу, она уменьшается с увеличением атомного веса;
произведение обеих величин остается постоянным. Но так как
число атомов в грамме вещества также находится в обратном
отношении к атомному весу, то отсюда следует, что удельная
теплота и число атомов в грамме находятся в прямом
соотношении между собой. Это возможно лишь при том условии, если
все атомы, независимо от своей принадлежности тому или иному
элементу, требуют одинакового количества тепла, чтобы повысить
их температуру на 1° С. Это значит, что теплоемкость атома
для всех элементов одинакова и не зависит от свойств элемента
(с некоторыми вышеуказанными ограничениями).
Исследование химических соединений
показало, что этот закон распространяется и на них.
Следовательно, во всех отдельных веществах теплоемкость каждого
отдельного атома остается постоянной и не зависит ни от его
свойств, ни от свойств того соединения, в которое входят эти
атомы.
Закон Дюлонга и Пти можно формулировать следующим
образом: удельная теплота какого-либо вещества, умноженная на
среднюю арифметическую из атомных весов всех составных
частей его молекулы, равна приблизительно 6,4 и редко
значительно отклоняется от этой величины. Для примера приведем
некоторые числа.
— 49 —
ВЕЩЕСТВО.
Вода .
Аммиак
Кварц .
Соль .
Сахар .
Гекеап
18
17
60
58
342
86
Г 2
3
4
3
2
45
20
W ©
ф
О с$
И g
ч 2
ф S
14 ф
>»
б
4
20
29
1,0
1,2
0.2
0,2
0,3
0,5
Удельная
теплота
X
атомный
вес.
6,0
4,8
4,0
5,8
2,4
2,0
Мы должны сознаться, что эти цифры нельзя признать
блестящим подтверждением закона. Величины, колеблющиеся
между 2,0 и 6,0, не могут считаться постоянными, а кроме того,
все они меньше 6,4- Можно только сказать, что все эти числа
одного порядка, и это в сущности все, что для нас важно в
настоящий момент. В самом деле, мы видим отсюда, что
теплоемкость какого-либо вещества только тогда может быть
значительной^ когда его средний атомный вес очень мал, а это в свою
очередь имеет место у тех соединений, которые главным образом
состоят из водорода.
Далее, из соединений водорода те будут иметь наименьший
атомный вес, которые заключают в себе возможно меньшее число
атомов другого элемента с малым атомным весом, например,
углерода, азота, кислорода. Из таких веществ наиболее
значительную группу составляют углеводороды; однако, у большинства из
них, а также и у самого углерода, теплоемкость оказывается
меньше, чем следовало бы ожидать. Отсюда вытекает,
что высокая теплоемкость, характерная для воды,
встречается лишь у очень немногих веществ. Из
таковых наиболее важными являются водород и
аммиак. Следующий естественный вывод будет
такой: вода обладает определенными, почти
только ей присущими свойствами, и эти
свойства делают нашу землю подходящим местом
обитания для живых существ.
50
Значение высокой теплоемкости воды отмечалось уже давно.
Уже в начале XIX столетия, в период расцвета теологических
и телеологических течений, особенно в Англии, этот факт был
хорошо известен. Прекрасное изложение с теологической точки
зрения вопросов, волновавших философов того времени,
находится в книге Юэля „Bridgewater Treatises" г).
В то время понятие о приспособлении не было еще ясно
формулировано, и нельзя было провести грань между
естественной приспособленностью среды и теми явлениями
приспособления, которые являются уже результатом процесса органического
развития. В новейшее время, уже после появления
„Происхождения видов", профессор Т. П. Кук, занимавшийся изучением
различных свойств воды, пытался показать, что эти свойства
необъяснимы с точки зрения законов современного естествознания,
так как они совершенно не вяжутся с господствующими в науке
представлениями. Он пытался также использовать эти факты
для проведения теологических воззрений, но в наш век
скептицизма имел мало успеха 2).
Наиболее значительным следствием высокой
удельной теплоты воды является равномерность
температуры океанов, морей и рек.
Эта особенность зависит не только от удельной теплоты, но
также и от испарения и от других факторов, вызывающих
движение и перемешивание воды; однако, удельная теплота имеет
здесь все-таки первенствующее значение. Поэтому вопрос о
регуляции температуры в океанах мы рассмотрим позднее, когда
будут разобраны некоторые другие особенности воды.
Вторым следствием высокой теплоемкости
воды является смягчение крайних температур
зимой и летом.
*) IX глава этого сочинения посвящена „законам тепла по
отношению к воде". Хотя представления о них кажутся несколько
неопределенными, тем не менее значение теплоемкости воды отмечается там с
полной определенностью.
2) „Каков будет результат, если мы примем, что все охраняемые
естественным отбором вариации случайны ? — Приспособление к
окружающей среде. Согласно этой теории, особенности среды являются
определяющим моментом, и если только мы не хотим признать, что вся
природа есть результат случайных встреч атомов, то в этих особенностях
мы можем видеть проявление разумной причинности". Т. P. Cooke. „Tbe
Credentials of Science".
51 —
Не легко оценить все значение этого следствия, однако, в
качестве примера можно указать на ту разницу, которая
существует между климатом морским и континентальным, например,
между климатом С.-А. Соединенных Штатов и климатом
Западной Европы, который в общем можно рассматривать, как
островной климат. Особенно отчетливо выступает смягчение
температуры в открытом море или на маленьких островах. Там мы
встречаемся с наибольшим постоянством средних месячных
температур и наименьшими колебаниями температуры в течение
суток.
Лучшей иллюстрацией этого положения могут служить
данные Ц е н к е р а, приводимые в книге Г а н н а: „Handbuch der
Klimatologie" для нормальных температур под разными широтами:
Градусы
широты.
0
10
20
30
40
50
! 60
70
80
90
1
Континентальный климат
гро
34,6
33,5
30,0
24,1
15,7
+ 5,0
— 7,7
— 19,0
| — 24,9
-26,1
Морской
климат
ГТЮ
26,1
25,3
22,7
18,8
13,4
7Д
| 0,3
- 5,2
- 8,2
- 8,7
Разница
гпо
— 8,5
— 8,2
— 7,3
— 5,3
— 2,3
+ 2,1
! + 8,0
+ 13,8
+ 16,7
+ 17,4
Нет необходимости более подробно останавливаться на этом
вопросе, так как и без того ясно, что мы здесь имеем
очевидны^ и лучший пример приспособленности среды к условиям жизни.
Высокая теплоемкость воды еще и другим путем
способствует регулированию температуры суши и вместе с тем обу-
— 52 —
словливает большую подвижность той среды, в которой живут
морские организмы. Она является прямо или косвенно
причиной возникновения океанических течений,
особенно тех, которые возникают на глубинах и имеют направление
от полюсов к экватору; ею же определяется то количество тепла,
которое переносится течениями. Быть может, еще более
важным следствием этого свойства воды является возникновение
ветров, благодаря которым водяной пар
равномерно распределяется по всей атмосфере, что
в свою очередь служит крайне важным фактором распределения
воды при выпадении осадков. В этом случае основным моментом
представляется наличие двух холодных резервуаров на полюсах
и одного теплого на экваторе. В результате неизбежно должна
возникнуть циркуляция ветров, уносящих водяной пар от
тропиков, и этот процесс должен значительно усиливаться благодаря
высокой удельной теплоте воды.
Для живого организма, тело которогов большей своей
части состоит из воды, высокая теплоемкость воды также
чрезвычайно благоприятна, так как определенное
количество тепла изменяет температуру тела сравнительно
очень мало. Человек как раз может служить прекрасным
примером для подтверждения этого положения. Взрослый человек
весом в 75 килогр. ежедневно при отсутствии работы выделяет
приблизительно 2.400 больших калорий. Этого количества тепла
достаточно, чтобы поднять температуру его тела на 32° С; если
бы теплоемкость человеческого тела была близка к теплоемкости
большинства других веществ, то этого количества тепла было бы
достаточно, чтобы повысить его температуру на 100—150° С.
При таких условиях отдача тепла была бы затруднительной, и
регуляция температуры тела, в особенности при интенсивной
мышечной работе, оказалась бы почти невозможной. Между тем
постоянная и равномерная температура тела имеет громадное
значение, особенно для высоко организованных существ, да и
трудно себе представить, чтобы это могло бы быть иначе. Во-
первых, скорость всякой химической реакции изменяется с
температурой, при чем, как правило, эта скорость с повышением на
10° увеличивается больше чем вдвое i). Во-вторых, все живые
*) Коэффициент к, характеризующий скорость химической реакции,
растет с повышением Т° иначе, чем обычные физические коэффициенты.
Во многих случаях он увеличивается в два и даже в три раза с повы-
-- 53 —
организмы содержат не только химические вещества, но и
физико-химические системы, которые уже при сравнительно низкой
температуре, лишь немного превышающей температуру
человеческого тела, начинают изменяться, и эти изменения уже
необратимы *). Может быть и возможно себе представить какие-либо
совершенно другие условия жизни для существ, иначе построен-
ныхъ, но для всякого современного химика ясно, что для
точной регуляции химического процесса равномерность температуры
является первым условием 2).
Таким образом высокая удельная теплота воды
есть бесспорно в высшей степени благоприятный фактор
для регуляции температуры тела самого организма и
всего окружающего мира, воздуха и воды, суши и моря.
Это же свойство облегчает круговорот воды в природе,
вызывая образование морских течений и ветров. Мы
имеем, следовательно, поразительный пример
естественной приспособленности среды к условиям жизни. Ни
одно вещество, за исключением аммпака, не обладает
этим свойством в такой степени.
шением Т° на 10° С. Типичным примером может служить превращение
дибромянтарной кислоты в бромисто-водородную и броммалеиновую
кислоты :
т° с.
15
40
50
60,2
70,1
80
89,4
101
К
0,00000967
0,0000863
0,000249
0,000654
0,00169
0,0046
0,0156
0,0318
*) В подтверждение этого положения можно привести: 1) многие
белковые тела свертываются при низких температурах, 2) энзимы при
50 — 60° становятся недеятельными, 3) многие сложные вещества и
системы, имеющие большое значение при явлениях иммунитета, при этих
температурах претерпевают существенные изменения.
2) При оборудовании современных лабораторий обращается
особенное внимание на устройство термостатов, и это обстоятельство следует
приписать всецело влиянию физической химии.
— 54 -
В. Скрытая теплота.
Такое же значение для биологии имеет скрытая теплота
плавления и парообразования, несмотря на то, что
отношение этих факторов к химическим особенностям вещества
совершенно иное.
Скрытая теплота плавления выражается числом калорий,
которые необходимо затратить, чтобы перевести 1 гр. вещества
при температуре, близкой к плавлению, из твердого состояния
в жидкое. Для воды эта величина равняется 80; это значит,
что то количество тепла, которое необходимо затратить, чтобы
расплавить лед, может поднять температуру ледяной воды на
80° С.
Скрытая теплота парообразования выражается числом
калорий, которое необходимо затратить, чтобы перевести 1 гр.
жидкости в парообразное состояние; величина эта зависит от
температуры, при которой этот процесс происходит. Скрытая теплота
парообразования воды равняется приблизительно 536; это значит,
что того количества тепла, которое может превратить в пар 1 гр.
воды, достаточно, чтобы нагреть 536 гр. воды на 1° С.
Эта высокая скрытая теплота плавления и парообразования
имеет большое значение для некоторых метеорологических
явлений. Если, например, некоторая масса воды охладится до
температуры плавления, то дальнейшая отдача тепла не будет
сопровождаться понижением температуры — за исключением соленой
воды. До тех пор, пока вода и лед находятся в
соприкосновении между собой, они образуют
термостат, и притом термостат очень точный, если вода достаточно
чиста 1). При отдаче или поглощении тепла происходит лишь
изменение в соотношении между количествами воды и льда: при
нагревании плавится лед, при охлаждении замерзает вода. Пока
земля остается обитаемой, охлаждение океана точно определяется
точкой замерзания морской воды. Как бы сурова ни стала
атмосфера земли при охлаждении, жизнь в океане будет
существовать до полного затвердения всей массы воды. Замечательно
еще следующее обстоятельство: температура замерзания
г) В самом деле, лучший способ в лабораторных условиях получить
ровную температуру — это приготовить смесь из льда и воды.
— 55 —
воды кажется низкой по сравнению с
температурой человеческого тела, но по сравнению с
температурой плавления других сходных в
химическом отношении веществ она очень высока,
приблизительно на 100° выше средней величины.
Таблица температур плавления.
Сурьмянистый водород .
Мышьяковистый водород •
Бромистый водород . . .
Хлористый водород . .
Фтористый водород . . .
Йодистый водород . . .
Метан •
Углекислота
Фосфористый водород .
Сероводород
Сернистый ангидрид . .
Аммиак
Окись азота
Градусы.
Н20
SbH3
AsH3
HBr2
НС1
HF
HJ
CH4
C02
PHo
H2S
so2
NH3
NO
0
— 91,5
-113,5
— 87,0
— 112,5
— 92,3
— 50,0
—185,8
— 57,0
— 132,5
— 85,6
— 72,7
— 75,0
— 167,0
Это, без сомнения, чрезвычайно важное обстоятельство,
так как при 0° могут происходить еще очень многие химические
процессы. Совершенно иначе дело происходит при — 70°,
температуре плавления аммиака; при этой температуре скорость
химических процессов в большинстве случаев составляет меньше 1%
той скорости, с которой она протекает при 0° С, а во многих
случаях при такой температуре химические силы не проявляются
вовсе.
Значение исключительно высокой точки замерзания и
высокой скрытой теплоты плавления сказывается не только в
сглаживании резких колебаний температура в морях и океанах.
Благодаря океану всегда смягчается климат той страны, с которой
он соприкасается, какова бы ни была его суровость. Чем больше
разница между температурой воздуха и воды, тем резче
сказывается это влияние океана. В этом случае скрытая теплота
плавления имеет не менее важное значение, чем удельная теплота.
Остается только показать, что вода обладает
наивысшей скрытой теплотой плавления, и в этом
отношении ее превосходит только одно вещество, именно аммиак.
— 56
Таблица скрытой теплоты плавления.
ВЕЩЕСТВО.
Формула.
Точка
плавлен.
Скрытая!
теплота [
плавлен.
Свинец
Бром
Кадмий
Железо
Галлий
Иод
Калий
Медь
Натрий . ¦ .....
Никкель •
Палладий
Фосфор .......
Платина •
Ртуть
Сера •
Серебро
Висмут
Цинк •
Олово •
Вода . •
Аммиак •
Хлористая сурьма . . • •
Бром, сурьма •
Хлор, свинец •
Хлор, кальций
Азотнокислый калий . - •
„ натрий . .
Фосфорная кислота . . .
Азотная кислота
Серная кислота
Серный ангидрид . . . .
Бром-этилен
Муравьиная кислота . . .
Хлораль-гидрат
Диметилоксалат
Уксусная кислота . . . .
Глицерин
Стеариновая кислота . . ¦
Бензол
Нитробензол
Ди-хлорбензол
Р-толуидин
Фенол
Ментол
Фенилгидразин
Фенил-уксусная кислота .
Нафталин
РЬ
Вг
са
Fe
Ga
J
К
Си
Na
Ni
Pd
P
Pt
Hg
ai
Bi
Zn
Sn
H20
NH3
SbCl3
SbBr3
PbCl2
CaCl2. 6H20
KN03
NaN03
H3PO,
HN03
H2S04
S03
C3H4Br2
H . COOH
C3H3C1302
C2H4(CH3)3
CH3COOH
C3 Hg 03
C18 H36 02
C6H6
C6H5N0o
Ce^-Cls
C7HGN
CeH5OH
Сю Н2о О
C6H5NH.NH2
C6H5CH2COOH
C10HS
326
-7,3
321
13
58
96,5
27,35
1779
115
999
266,8
415
233
0
— 75
73
94
185
28,5
339
310,5
18
— 47
10,3
-7,5
46
49,5
13
64
5,3
— 9,21
52,5
25,4
42
75
80
Калорий.1
5,4
16 2
137
23—33
19,1
11,7
43
31,7
4,6*1
36,3
4>7 .
27,18
2,82
9,37
21,07
12,64
28,13
14,25|
80,0
108
13,4
9,7
20,9
40,7
47,4
- 57 -
Следовательно, описанные выше процессы
могут проявляться с максимальной степенью
интенсивности. Чтобы превратить в твердое
состояние определенную массу воды, необходимо
отнять от нее большое количество тепла;
несмотря на сильное охлаждение, значительная
часть воды останется в жидком состоянии;
некоторая масса воды при температуре 0° С может
нагреть значительный объем воздуха с
образованием лишь малого количества льда. Таким
образом равномерность термических условий в океане
и смягчающее действие воды на суровые климаты
проявляется почти с максимальной
интенсивностью— таковы факты, непосредственно
вытекающие из физико-химических свойств воды,
факты, являющиеся особенно благоприятными
для живого организма.
Еще более важное значение имеет скрытая теплота
парообразования. Испарение происходит всюду, где только вода
приходит в соприкосновение с воздухом. Оно протекает непрерывно
за исключением тех случаев, когда система имеет ограниченные
размеры. Тогда испарение протекает до тех пор, пока между
жидкостью и паром не наступит состояние равновесия, и воздух
окажется насыщенным водой. В противоположность
затвердеванию, которое может происходить только при определенных
температурах, процесс испарения протекает при всех температурах,
при которых только возможно существование самой воды, даже
надо льдом, при низких температурах. При этом теплота постоянно
переходит в другую форму энергии; она становится скрытой, а
так как воздух над испаряющейся водой никогда не насыщается
вполне паром, вследствие постоянного движения атмосферы, то
процесс превращения тепла в скрытую теплоту есть процесс
непрерывный. Но он протекает неравномерно: при более высокой
температуре более энергично, нежели при низкой, при этом поглощается
больше тепла, и вместе с тем нагретый воздух может задержать
больше паров. Это имеет вполне определенное значение, так как
при более высоких температурах ускорение испарения препятствует
дальнейшему повышению температуры.
Установление того факта, что скрытая теплота
парообразования воды имеет наибольшую величину,
58
Скрытая теплота испарения различных веществ:
ВЕЩЕСТВО.
Вода |
Хлор
Иод
Фтористоводородн. кисл.
Ртуть
Закись азота |
Азотная кислота . . .
Сернистый ангидрид . .
Серный ангидрид . . .
Серная кислота ....
Хлористый тионил . . .
Хлористый мышьяк . .
Треххлор. фосфор . . •
Четырехлор. олово . .
Четыреххлор. кремний .
Углекислый газ . • . .
Четыреххлор. углерод .
Синильная кислота . .
Метиловый спирт . . .
Формула.
Н20
NH3
Вг2
С1о
J2
HF
о2 '
N2
Р
Hg
s2
N20
HN03
so2
so3
H3S04
SOCl2
AsCl3
PCI3
S11CI4
SiCl4
CS2
co2
ecu
(CN)2
HCN
CH3 OH
T° кипения.
100
61,5
— 22 1
174
—
-188
—
287
350
316
—
—
0
18
326
82
—
—
—
—
0
—
0
0
20
0
Скр. тепл. I
испарения. 1
Калорий. 1
536
295
43,7
67,4
23,9
360
58
49,8
130,4
62
362
100,6
115
91,2
147,5
122,1
54,5
69,7
67,9
46,8
37,3
90
72,2
1 52
[ юз 1
211
289,2
— 59 —
ВЕЩЕСТВО,
Формула.
Т° кипения.
Скр. тепл.
испарения.
Этиловый спирт .
Амиловый спирт .
Цетиловый спирт
Гексан
Хлористый метил
Бромистый этил .
Альдегид ....
Хлороформ ....
Эфир
Ацетон
Муравьиная кислота
Уксусная кислота
Ангидр. укс. кисл
Дихлорукс. кисл. .
Валериановая киел
Этил ацетат .
Хлор, ацетил
Ацетонитрил
Этиламии .
Бензол . .
Толуол . .
Нитробензол
Анилин . .
Ацетофенон
Бензонитрил
Пиперидин
Пиридин . .
Йодистый амил
Со НБ ОН
Об Ни ОН
Ci6 Н33 ОН
с6н4
СН3С1
С2Н5Вг
сн3 сно
СНОз
(С2Н5)20
СНз . СО . СН3
н.соон
сн3 • соон
(СН3СО)20
СНС12СООН
С5 Н10 02
С4 Н7 02
СНз СО С1
СН7 CN
C2H5NH2
сбнб
Се Н5 СН3
C6H5N02
C6H5NH2
с6н5сосн3
C6H5CN
C6HUN
C5H5N
C5Hu J
0
131
0
38,2
0
34,9
56,6
US
137
138,4
81,5
0
111
151,5
203,7
191
105,8
115,5
— 60-
не должно быть для нас совершенно неожиданным, если мы
примем во внимание, что и другие особенности воды являются
столь же благоприятными для появления жизни на земле. Скрытая
теплота испарения воды так высока, и связанные с нею явления
настолько значительны, что в настоящее время она
рассматривается метеорологами как один из важнейших факторов регуляции.
Когда солнечные лучи падают на поверхность воды, то лишь
небольшая часть поглощенной энергии идет на повышение
температуры. Фитцжеральд, исследовавший в течение жаркого
ясного дня одно ирландское озеро х), нашел, что в утренние
часы температура повышается на 0,6° в течение одного часа. Это
составляет лишь незначительную долю всей воспринимаемой озером
солнечной энергии, остальная часть должна итти на испарение.
Другим важным фактором является прозрачность воды; благодаря
этому фактору солнечные лучи не только поглощаются
поверхностью, но и проникают в глубину, перенося тепло в нижние
слои воды.
Над экватором испарение воды в океане составляет 2,3 метра
ежегодно 2), что составляет 1.000.000.000.000.000 калорий
скрытой теплоты на кв. километр. Количество тепла, которое
поглощается при испарении воды под тропиками с площади в 100 кв.
килом., значительно превышает сумму той энергии, которая
потребляется всем населением Соединенных Штатов в процессе обмена
веществ, что составляет приблизительно 100 миллионов
лошадиных сил, т.-е. больше 1 силы на ] кв. метр ежегодно.
В большем или меньшем объеме этот процесс протекает
непрерывно по всей земле. В результате оказывается, что в
воздухе на 1 кв. метр поверхности содержится около 15 — 20 кгр.
водяного пара, — запас, достаточный для возмещения потери воды
яри выпадении дождя. Это чудовищное испарение смягчает
тропический климат. Вместе с тем теплота, поглощенная при
испарении, не пропадает; она снова переходит в активную форму при
сжижении воды в более холодных местностях, делая их теплее.
Этот процесс настолько грандиозен, что в
сравнении с ним все остальные проявления
деятельности воды на земле имеют лишь
второстепенное значение. Вместе с тем он имеет наиболь-
*) Озеро Lough Dorg; см. Hann: „HandbuchderKlimatologie".
2) Эти и последующие данные взяты из книги Han n'a.
— 61 —
шее влияние на выравнивание температур
океанов и морей и на смягчение климатов. Никакая другая
жидкость не в состоянии связать столько тепла при испарении,
и ни один газ при сжпжении не может отдать такого количества
тепла.
Не менее важен для человека соответствующий
физиологический процесс: испарение воды поверхностью кожи и легких.
У человека и у животных, обладающих интенсивным обменом
веществ, теплота постоянно выделяется в значительном
количестве, притом тремя споробами: проводимостью, лучеиспусканием
и испарением. При низких температурах испарение
незначительно, но при более высоких, близких к соответственной
температуре тела, испарение является единственным способом отдачи
тепла.
Значение испарения для регуляции температуры ясно из
таблиц, составленных Рубнером *). Эксперименты были
произведены над собакой; у этого животного, как известно, пото-
отделительный аппарат, подобный человеческому, отсутствует:
гро
9
И
13
15
17
19
21
Потеря тепла путем
испарения.
16
19
22
25
27
30
32
гро
23
27
29
31
33
35
—
Потеря тепла путем
испарения.
32
36
42
58
64
79
—
Для растений испарение имеет еще большее
значение, чем для животных. Несомненно, что,
благодаря высокой скрытой теплоте испарения
воды, приспособление физиологических
процессов к условиям среды значительно облегчается 2).
1) Lusk. „StoffweehselundErnalirnng". Wiesbaden. G. F. Bergmann.
3) Подробное рассмотрение этого вопроса можно найти в той же
книге L u s k'a (глава III, стр. 98 —-100).
— 62 —
Можно указать еще на одно благоприятное обстоятельство,
являющееся следствием этой особенности: это резкое изменение
давления паров воды, которое происходит при каждом изменении
температуры. Давление пара обусловлено тем количеством его,
которое находится в атмосфере, если эта атмосфера находится в
соприкосновении с жидкостью и способна насыщаться паром
этой жидкости. Согласно известному закону, повышение
давления, или, другими словами, увеличение количества пара, которое
может быть удержано атмосферой, будет тем значительнее, чем
выше скрытая теплота данной жидкости *).
Вследствие этого давление паров с изменением Т°
изменяется значительнее, чем это можно было бы ожидать, если бы
скрытая теплота была бы меньше. Эти резкие изменения в
количестве воды, которая в состоянии удерживаться воздухом при
разных температурах, являются в глазах метеоролога самым
важным и наиболее характерным признаком водяного пара.
Соотношения между давлением пара и температурой (в С°)
представлены в следующей таблице:
ГПО
0
10
20
30
40
Давление пара в
миллиметрах.
4,58
9,18
17,41
31,55
54,97
гро
50
80
90
100
Давление пара в
миллиметрах.
92,17
355,47
526,00
760,00
Благодаря этим резким изменениям становится возможным
как испарение воды, так и осаждение ее в форме снега или
дождя. Мы видим отсюда, что и в этом отношении скрытая
г) Вблизи точки замерзания с повышением Т° на 10° количество
воды, которое может испариться, увеличивается вдвое. Это повышение
пропорционально скрытой теплоте парообразования, согласно приводимой
ниже формуле:
2,3025 ]g — = ( — -),
Ро U99 VToTi Г
где W — скрытая теплота парообразования р0 и рх — давление пара при
соотв. темп. Т — температура и 1,99 — газовая константа.
- 63 —
теплота испарения создает для живого организма благоприятные
условия.
Подводя итоги, мы должны сказать, что большая величина
скрытой теплоты испарения воды имеет тройное значение: во-
первых, благодаря этому свойству воды достигается значительное
выравнивание и смягчение температуры на земле, во-вторых,
облегчается точное регулирование температуры тела живых
организмов и, в-третьих, возникает метеорологический круговорот.
Во всех трех направлениях действие воды проявляется в
наивысшей степени, и ни одно вещество не может сравниться с ней
в этом отношении *).
О. Теплопроводность.
Теплопроводность воды больше, чем у всех других
жидкостей. Это обстоятельство имеет немаловажное значение при
выравнивании температуры внутри живых клеток, структурные
особенности которых препятствуют распределению тепла путем
конвекционных токов. По сравнению с хорошими проводниками
тепла, например, металлами, теплопроводность воды незначительна.
Таблица теплопроводности.
Вода 0,0012 Каучук 0,0004
Алкоголь 0,00048 Цинк 0,15
Эфир 0,00034 Свинец 0,08
Бензол 0,00033 Железо . • 0,16
Глицерин 0,00066 Медь 0,72
Кронглас 0,0016 Серебро 1,10
х) Этот вывод можно сопоставить е аналогичным выводом Ю э л я
(„Bridgewater Treatises", p. 142). Предметом его рассуждений служит
расширение воды при нагревании, расширение при охлаждении ниже 4°,
расширение при замерзании, скрытая теплота плавления и
парообразования и величина испарения. Мы видим, следовательно, что еще 80 лет
тому назад можно было рассматривать все эти особенности воды, как
особенно благоприятные для жизни. Не следует только забывать, что в то
время представления обо всем этом были крайне неясны^ и сравнительный
материал отсутствовал совершенно.
_ 64 —
Д. Расширение перед замерзанием.
Остается рассмотреть еще одно свойство воды: именно ее
ненормальное расширение при охлаждении вблизи точки
плавления. Этот факт ясен из нижеприведенной таблицы:
гро
0
1
2
3
4
о
6
7
8
Плотность
воды.
0,99987
0,99993
0,99997
0,99999
1,00000
0,99999
0,99997
0,99993
0,99998
Расширение
в °/о (плотн.
при 4° = 1).
0,013
0,007
0,003
0,001
0,000
0,001
0,003
0,007
0,012
ГТ10
9
10
20
30
40
50
100
—
—
Плотность
воды.
0,99981
0,99973
0,99824
0,99567
0,99283
0,98813
0,95934
—
—
Расширение
в °/о (плотн.
при 4° = 1).
0,019
0,027
0,176
0,44
0,77
0Д9
4,07
—¦
—
Это своеобразное свойство воды является самым знакомым
и наглядным примером приспособленности окружающей среды
к требованиям жизни, хотя можно сказать, что значение
этого свойства несколько переоценено 3). Однако, невозможно
оценить, насколько ухудшились бы условия для существования
живых организмов, если бы вода, как и все другие вещества,
при охлаждении равномерно сжималась и при точке замерзания
достигала бы своей наибольшей плотности.
Ясно, что таким путем жизнь была бы очень ограничена,
так как это свойство, так же, как и явление расширения при за-
х) Оно конечно не заслуживает такой восторженной похвалы, как,
напр.: „Необыкновенные свойства расширения воды и следствия,
вытекающие отсюда, уже издавна были замечены нами, и мы рассматривали
их, как наиболее ясные примеры предопределения во всей вселенной,—как
нетто, что было специально создано и притом для выполнения особой
цели". (Р г о и t).
— 65 —
твердевании *) обусловливает, большей частью, сохранение воды
в жидком состоянии в местностях с холодным климатом. В
соленой воде необыкновенная сжимаемость не может быть
наблюдаема, и отсутствие палеокристаллического льда должно быть
приписано его плотности, большой массе океана и постоянному
движению его вод2).
Старинный опыт Румфорда показывает, какие явления
были бы наблюдаемы на земле, если бы изменения плотности
воды были нормальны и лед имел бы большую плотность, чем
вода 3). Он наполнил водой сосуд, на дне которого помещался
слой льда, и твердо установил, что верхний слой воды мог быть
нагрет, даже доведен до кипения, без того, чтобы лед растаял.
Если бы вода не расширялась при охлаждении ниже 4°,
если бы лед не был в состоянии плавать на поверхности воды
и это явление имело бы место во всех озерах, потоках и океанах,
то и более холодные слои воды должны бы были постоянно
опускаться на дно и там замерзать; раз образовавшийся лед не мог бы
растаять, так как более теплая вода должна бы была оставаться
на поверхности. Количество льда из года в год накоплялось бы
в течение зимы и сохранялось бы летом, так что, в конце
концов, весь водоем или его большая часть — смотря по его
положению — обратились бы в лед. Однако, температура нижних слоев
воды в каком-либо водоеме не может спускаться ниже
максимальной плотности воды; при дальнейшем охлаждении вода
поднимается наверх, и лед образуется на поверхности. Таким образом,
под ледяной корой вода сохраняется от дальнейшего охлаждения,
и водоем может сохраняться в незамерзающем виде. С
наступлением теплой погоды, весной, верхние слои льда исчезают, и
весь лед тает, таким образом, в самый короткий срок.
Таковы важнейшие термические свойства воды и их
исключительная приспособленность к требованиям живого организма.
Нельзя себе представить, чтобы воду можно
было заменить каким-либо другим веществом,
безразлично, в качестве ли материала,
наполняющего реки, озера и океаны, или в качестве ве-
*) Плотность льда при точке плавления—0,91674.
2) Подробный разбор этого положения находится в „Handbuch der
Geophysik" Giinthera.
3) См. Whew ell's: „Bridgewater Treatise".
— 66 —
щ ест в а, участвующего в метеорологическом
круговороте; в том и другом случае существующие
соотношения были бы изменены коренным
образом. Аммиак является единственным телом, которое во многи!
отношениях приближается к особенности воды. Однако, мы не
можем себе представить, чтобы аммиак находился в таких
больших количествах на поверхности какой-нибудь большой планеты;
кроме того известно, что он совершенно не обладает
способностью расширения при охлаждении и что вообще тепловые
свойства воды присущи ему лишь в малой степени; что касается
скрытой теплоты его плавления и его удельной теплоты, то они
лишь немногим превосходят эти же константы воды.
На поверхности небесного тела, подобного нашей земле,
все метеорологические явленпя и состояние океанов имеют, без
сомнения, громадное значение для живых организмов. Размышление
и весь опыт человека указывает на то, что без эгвх
благоприятных обстоятельств всеобщее распространение жизни было бы
немыслимо.
Мы, следовательно, можем принять с
достаточной степенью достоверности, что вода уже
багодаря своим тепловым свойствам является
единственным веществом, пригодным для явлений
развития вселенной если мы будем рассматривать
эти явления с биоцентрической точки зрения.
II. Действие воды на другие вещества.
Тепловые свойства воды составляют главный предмет нашего
исследования естественной приспособленности среды к условиям
жизни; однако, вода обладает также и другими не менее
важными свойствами. Некоторые характерные особенности жидкой
воды определяют в высокой степени свойства физико-химических
систем, которые образуются, когда другие вещества, растворимые
или нерастворимые, кристаллические или коллоидные,
соприкасаются с водой. Я имею здесь в виду диэлектрическую
постоянную в связи с соответствующей способностью
к ионизации, а также растворяющую способность
воды и ее поверхностное натяжение.
— 67 —
А. Вода, как растворитель.
В самом деле, вода, как растворитель, не может итти в
сравнение ни с каким другим веществом. Ее действие в этом
отношении так своеобразно и очевидно, что до сих пор еще никто
не позаботился собрать надлежащий материал для доказательства
этого положения; следовательно, нелегко в настоящее время
быстро ориентироваться в этом вопросе *). Наиболее
распространенные группы неорганических веществ, как кислоты, основания
и соли, растворимы почти исключительно в воде.
Существует сравнительно немного тел, которые плохо
растворимы в воде, — большинство растворяются в воде очень легко.
Химические превращения, которым подвергаются растворенные
вещества, не имеют существенного значения, за исключением
электролитической диссоциации и гидролиза, о которых речь
будет впереди. Химическая инертность, обусловленная большим
химическим постоянством, представляет характерное и очень
полезное свойство воды.
О действии воды, как растворителя неорганических веществ,
свидетельствуют весьма наглядно геологические данные. — Среди
геологических факторов тех эпох, исследование
которых становится возможным благодаря
геологическим следам, вода оказалась наиболее
деятельным2) началом. Дождь, движение потоков и грунтовых
вод, удары воле — все это способствует разрыхлению, снесению
и т. д., частью благодаря растворению, отчасти путем
механического воздействия, которое в свою очередь облегчается
предшествующим растворением и связанным с ним разрыхлением.
Таким образом, благодаря большой растворяющей
€иле воды, в метеорологическом круговороте
приводятся в движение различные вещества,
которые иначе никогда бы не могли дойти до
потребляющих их организмов.
г) Почти вея химия связана с водой и с водными растворами. Почти
каждое руководство в этом направлении подтверждает важность этого
положения. На первый взгляд это обстоятельство кажется случайным,
однако, при более близком знакомстве с истинным характером науки,
оказывается, что оно представляет рациональный и вполне обоснованный факт.
3) Geikie. „Textbook of Geology". S. 447—597.
— 68 —
М ё р р е и (Murray) г) вычислил, что все потоки земли
ежегодно извлекают и уносят около 6.500 кубических миль
различных веществ, из которых почти 5.000.000.000.000 килогр.
приходится на растворенные минеральные вещества, а все остальные
на громадные количества осадка. Следующая таблица
показывает в среднем состав этой воды:
На миллион
приходится:
Калий в виде К20 2,40
Натрий в виде Na20 7,10
Литий в виде Li20 0,20
Кальций в виде СаО 43,20
Магний в виде MgO 14,70
Марганец в виде Мп304 1,20
Железо в виде FeO 2,80
Аллюминий в виде А1203 3,10
Кремний в виде Si02 16,40
Углекислота в виде СОг 46
Фосфор в виде Р205 0,30
Азотная кислота в виде N205 3,80
Серная кислота в виде S03 8
Хлор в виде С1 3,70
Аммиак в виде NH3 0,07
Сумма минеральных веществ . . . .152,97
Содержание солей в океанах, которое современем достигло
почти невероятного количества, обязано этим только
постоянному нарастанию растворенных веществ. Содержание только
одной поваренной соли во всех океанах составляет
35.000.000.000.000.000.000 килогр.
Еще более показательно для растворяющей способности воды
разнообразие содержащихся в морской воде элементов, которые
в сумме составляют значительные количества. Таковы: водород,
кислород, азот, углерод, хлор, натрий, магний, сера, фосфор,
присутствие которых может быть легко доказано; далее, мышьяк,
цезий, золото, кремний, рубидий, барий, свинец, бор, фтор,
железо, иод, бром, калий, кобальт, медь, марганец, никкель, цинк,
алюминий, кальций, стронций и ванадий 2).
!) R u s s е 1. „The Rivers of North Amerika". S. 80.
2) A r r h e n i u s. „ Kosmiscke Physik".
— 69 —
Также очевидно значение деятельности воды в отношении
к начальным стадиям геологических процессов. Каждая скала
должна постепенно разрушаться под влиянием воды и
растворенной в ней углекислоты. Все вещества уступают „in situ*
растворяющей силе воды, и все растворенные части могут быть
найдены в больших конечных резервуарах, каковыми являются
океаны. Установлено, что почти все элементы, которые таким
образом приводятся в движение на поверхности земли, должны
платить дань живым существам, так как биохимические анализы
показали, что они содержатся в живых организмах и
абсорбируются на своем пути от гор к океану или в самом океане его
фауной и флорой.
Не менее важно для всей биосферы также снесение и
удаление нерастворенного материала. Растворение скал в
значительной мере вызывает этот процесс, который является вместе
с тем и почвообразующим процессом. Благодаря этим хорошо из-
Бестным и непрерывно действующим геологическим агентам
приводятся в движение самые разнообразные химические вещества,
которые становятся доступными для живых организмов.
Многолетний опыт химии ясно показал, что никакая иная жидкость
не могла бы осуществлять этот непрерывный процесс с такой
правильностью и совершенством. Не существует другого такого
растворителя, который, подобно воде, обладал бы одновременно
и высокой растворяющей способностью и большой инертностью
в химическом отношении; всякий химически активный
растворитель должен в конце концов истощиться благодаря своей
активности. Следовательно, ив этом свойстве воды
сказывается ее очевидная приспосбленность к
требованиям жизни.
Чтобы собрать дальнейший материал, обратимся теперь к
живому организму и возьмем для исследования кровяную
сыворотку. Следующая таблица показывает состав этой жидкости
(у коровы):
На тысячу. На тысячу.
Воды - 913,6 Na20 4,31
Протеинов 72,5 К20 0,26
Захара • . 1,05 СаО 0Д2
Холестерина 1,24 MgO 0,45
Лецитина 1,68 С1 3,69
Жиров . . . . 0,93 Р205 0,08
Органич. фосфор, кислот. . . 0,01
— 70 —
Ероме перечисленных веществ, кровяная сыворотка
содержит, несомненно, множество других веществ, в больших или
меньших количествах. Таковы, например: иод, бром, железо,
сульфаты, аммиак, мочевина, бензойная кислота, аминокислоты и т. д.
Далее все вещества, находящиеся в моче, содержатся, бесспорно,
также и в крови (см. ниже). Если бы передаточным средством
крови была не вода, а другая жидкость, вещества, растворенные
в ней, были бы значительно менее разнообразны и многообразны^
а это неминуемо сопровождалось бы соответствующим
ограничением жизненных процессов.
Особенности состава мочи служат также превосходным
примером исключительных качеств воды как растворителя. Сложные
химические процессы, протекающие в высших организмах, ведут
к образованию множества конечных продуктов, которые должны
быть выделены. Растворяющая способиость воды является здесь
главным фактором, облегчающим эту задачу. Человеческая моча
содержит в растворе: мочевину, карбаминовую кислоту, крей-
тинин, креатин, мочевую кислоту, ксантин, гуанпн, гипоксантин,.
аденин, параксантин, эписаркин, щавелевую кислоту, алантоин,
гиппуровую кислоту, фенацетуровую кислоту, бензойную, фенол-
серную, скатолоксилсерную, параоксифенил - уксусную, гомоген-
тизиновую кислоту, уробилин, урохром, уроэритрин, глюкозу,
левулезу, лактозу, многочисленные соединения гликуроновых
кислот, глицин, аланин, лейцин, тирозин и другие аминокислоты^
различные энзимы, путресцин, кадаверин и бесчисленные другие
органические вещества. Кроме того в ней находятся хлориды,,
бромиды, иодиды, фосфаты и сульфаты, калий, натрий, аммиак,
кальций, магний, железо, двуокись углерода, азот, аргон и т. д.
Ясно, что подобное разнообразие не может быть
достигнуто при помощи какого-либо иного
растворителя. Без преувеличения можно утверждать, что почти
все питательные вещества, за исключением: атмосферного
кислорода, доставляются организму водой, и что все вещества при их
поступлении в тело, при прохождении через него и при выходе
из него пользуются тем же средством передвижения. Никакой
иной способ движения не мог бы быть более действительным и
целесообразным.
— 71 —
В. Электролитическая диссоциация.
Так как водные растворы по необходимости должны
рассматриваться как основа жизненных процессов, то из этого
следует, что состояние веществ в растворе или при
соприкосновении их с водой имеет основное значение; здесь существенное
влияние оказывают два свойства воды: диэлектрическая
постоянная и поверхностное натяжение.
Когда в 80-х годах благодаря работам Аррениуса,
развилась новая отрасль науки — физическая химия, наибольшее
внимание было обращено на те процессы, которые происходят в
растворах и связаны с электролитической диссоциацией. Со-
временем повсюду распространился взгляд, что в водном растворе
часть молекул всех кислот, оснований и солей расщепляется
на частицы, несущие электрический заряд. Эти ионы являются
причиной почти всех наблюдаемых в растворах электрических
процессов, как, например, появления зарядов в батареях, животного
электричества ит. д.; они служат средством проведения
электрического тока через водные растворы. Однако, известные
электрохимические процессы отнюдь не являются единственным результатом
электролитической диссоциации; между диссоциированными телами
может происходить много других обратимых химических реакций.
Таким образом получается известное состояние равновесия,
которое значительно повышает разнообразие содержащихся в воде
веществ.
Рассмотрим, например, систему, которая образуется, если
одновременно растворить в воде такие соли, как: хлористый
натрий (NaGl), бромистый калий (КВг) и йодистый литий (Ш).
Согласно ионной теории, более половины молекул каждой из этих
солей немедленно распадется на ионы:
+ -
NaCl = Na + Cl
KBr = K + Br
IiJ = Li + J
Все эти реакции находятся в равновесии, и мы можем
предположить, что молекулы постоянно расщепляются и снова
соединяются в ионы. Одновременно ничто не мешает соедине-
— 72 —
нию ионов натрия с ионами брома или какой-либо иной пары
положительных и отрицательных ионов. Следовательно, раствор
содержит одновременно не только три первоначальных соли и
шесть различных видов ионов, но также и следующие новые
молекулы: бромистый натр (NaBr), йодистый натрий (NaJ),
хлористый калий (КС1), хлористый литий (LiCl) и бромистый
литий (LiBr). Девять различных видов молекул и шесть видов
ионов сплетены в сложную систему химических реакций,
которые теперь в точности известны, так как их состояние
равновесия зависит от известных причин. Если, например, раствор
разведен умеренно, и если первоначальные вещества находятся
в химически эквивалентных количествах, 90% веществ остаются
в ионизированном состоянии; следовательно, на каждый вид
ионов приходится 15°/о, и приблизительно 10°/о находится в
молекулярном состоянии, т.-е. каждый вид молекул образует
1,1% вещества.
Не подлежит сомнению, что электролитическая
диссоциация играет очень важную роль при определении характерных
признаков растворов кислот, оснований и солей и что
благодаря ей образуются реакции, которые происходят между этими
телами или между ними и другими веществами.
Такова природа процессов, к которым сводится
большинство электрических и химических явлений в растворах.
Несомненно, что интенсивность и разнообразие явлений
электролитической диссоциации в воде превосходит все, что могло бы
иметь место в каком-либо другом растворителе. Причина здесь
очень простая. Вещества, способные распадаться на ионы, гораздо
лучше растворяются в воде, чем в каком-либо другом
растворителе. А раз они растворимы в воде, то обычно эта
растворимость настолько превосходит растворимость в других веществах,
что и диэлектрическая константа водного раствора несравнима
с диэлектрической постоянной других растворов. Кроме того
ионизация в растворе, без сомнения, зависит от диэлектрической
постоянной растворителя *).
*) Этот закон может быть объяснен следующим образом:
положительно и отрицательно заряженные ионы соединились бы вследствие
своей электростатической силы притяжения в электрически нейтральные
молекулы, если бы этому не препятствовало действие другой, еще
неисследованной, силы. Равновесие между обеими этими силами
обусловливает равновесие между ионами и еще нерасщепившимися молекулами,—
— 73 —
Что это на самом деде так, следует из того, что
стремление электрически заряженных ионов соединиться и образовать
электрически нейтральные молекулы должно быть тем меньше, чем
больше диэлектрическая постоянная растворителя. Вода
обладает наивысшей диэлектрической постоянной из
всех известных веществ, а потому и
электролитическая диссоциация в воде очень велика. Кроме
того, по неизвестным еще причинам электролитическая диссоциация
в других растворителях представляет из себя значительно более
сложный процесс. Не подлежит сомнению, что вследствие такой
сложности значительно суживается круг явлений, зависящих от
ионизации 1).
С физиологической точки зрения, как показали
исследования последних двадцати лет, действие ионов имеет
наибольшее значение. Блестящие работы Ж. Леба и длинный ряд ис-
иными словами, оно определяет степень диссоциации. Если
диэлектрическая постоянная возрастает, тем самым только ослабляется
электростатическая сила притяжения между ионами, следовательно, степень
диссоциации возрастает. L e Blanc. „Lehrbuch der Elektrochemie".
x) „Выло бы естественно предположить, что понятия, подходящие
для водных растворов, могли бы быть без изменений приложены к
растворам и в других растворителях только при том предположении, что
степень диссоциации, скорость передвижения ионов и
электропроводность раствора данной концентрации должны быть различны, смотря по
индивидуальным особенностям растворителя. Однако, следует отметить,
что неводные растворы ведут себя несравненно сложнее, чем водные.
Это проявилось наиболее ясно при опытах, поставленных Вальденом
и Центнершвером над электропроводностью различных веществ в
растворе двуокиси серы (сернистого ангидрида). На эти растворы нельзя
<было распространить ни закона независимого передвижения ионов, ни
закона, согласно которому при наибольшем растворении
электропроводность достигает своего максимума, ни закона разбавления. Определения
молекулярных весов, которые одновременно производились по методу
определения точки кипения, дали нормальные значения для
неэлектролитов и необыкновенно большие значения для электролитов, для
которых можно было ожидать очень малых величин. Это указывает на
то, что здесь в большом количестве образовались соединения и притом
не только между молекулами растворенных веществ, но также и между
молекулами этих веществ и молекулами растворителя. Для развития
химии и электрохимии было очень полезно, что в водных растворах
не наблюдается столь сложных отношений. Только благодаря этому
обстоятельству было возможно вывести простые законы из этих наблюдений",
Le Blanc. „Lehrbuch der Elektrochemie". New-York, 1907, p. 142—143.
- 74 —
следований, которые производились другими физиологами над
влиянием электролитов на коллоиды, составляют, может быть*
лучший материал, доказывающий это предположение *). Не
подлежит во всяком случае сомнению, что сохранение простого
равновесия между кислотами, основаниями и солями имеет
исключительное значение при физиологических процессах. Оно
лежит в основе структуры всякой протоплазмы, и стойкие,
определенные соотношения между этими веществами образуют во
всяком случае основу для сложных органических структур.
Роль, которую играют ионы, как источник электричества,
более известна и понятна. Если старое электрофизиологнческое
направление третьей четверти XIX столетия во многих отношениях
оказалось бесплодным, то мы не можем все же сомневаться, что
внутренние физиологические явления всюду связаны с
электрическими феноменами. Эта связь гораздо теснее, чем
предполагалось раньше, и притом совсем независима от нервных импульсов
и от своеобразных явлений у электрических рыб.
Не углубляясь далее в детальное обсуждение предмета,
которое вскоре привело бы к трудным и очень специальным
вопросам, я полагаю, что здесь снова мы встречаемся с важной
приспособленностью воды. Ионы способствуют
увеличению богатства содержания внешнего мира.
Они повышают разнообразие химических веществ
и химических реакций и образуют группу
исключительно подвижных химически действующих
начал. Кроме того, ионы вызывают электрические
явления. Водные растворы представляют из себя
лучший источник для ионов.
Прежде чем мы оставим эту область, следует еще
упомянуть, что диэлектрическая постоянная, а вместе с тем,
следовательно, и способность ионизации в некотором отношении
зависит от других свойств веществ. В следующей таблице Kd
означает диэлектрическую постоянную, Ну—скрытую теплоту
испарения (парообразования), и Кн—абсолютную теплопроводность.
Из таблицы видно, что для веществ, приведенных в таблицеу
все три величины изменяются равномерно. Эти свойства нахо-
*) Детальное исследование этого вопроса находится в „Dynamics
of living Matter" Л е б а и в его статье в „Handbuch der Biochemie"
Oppenheimer'a, далее в .,Physikalische Chemie der Zelle und der
Gewebe" Hober'a.
— 75 —
дятся также в известном отношении к критическому давлению,
к константе Вандер Ваальсаи к молекулярному весу при
точке кипения.
Растворитель
Вода Н20
Метиловый алкоголь СН3ОН ....
Этиловый алкоголь С2Н5ОН . . . .
Муравьиная кислота Н. СООН . . .
Уксусная кислота СН3.СООН . . .
Аммиак NH3
Метиламин CH3NH2 . . . • . . . .
Сернистая кислота S02
Ацетон СН3. СО . СИ.
Уксусно-этилов. эфир СН3. СО. О. С2Н5
Бензол Сб Н6
Толуол С6 Н5. СН3
Эфир (С2Н5)20
Хлороформ СНС13
Четыреххлористый углерод С (ГЦ • •
Хлорное олово ЗпС]^
Эти цифры ясно показывают, что столь разносторонняя
приспособленность воды по крайней мере отчасти обусловлена
простыми причинами. Однако, соотношения между ними в
настоящее время еще неясны, и нет оснований думать, что
в ближайшее время они смогут быть приведены в более тесную
связь с биологией.
KD
Ну
81,7
32,5
21,7
57,0
6,5
16,0
10,5
14,0
20,7
5,85
2,26
2,31
4,36
4,95
2,18
3,2
536,5
267,5
205,7
103,7
89,8
329,0
—
92,5
125,3
86,7
93,5
83,6
84,5
58,5
46,35
30,53
— 76 —
С. Поверхностное натяжение.
Из всех обыкновенных жидкостей, кроме ртути,
вода имеет самое большое поверхностное
натяжение.
Таблица поверхностного натяжения.
Вода • 75
Углекислота • 1,8
Аммиак 41,8
Ртуть 436
Бензол 28,8
Метиловый алкоголь 23
Этиловый алкоголь 22
Эфир 16,5
Глицерин 65
Ацетон 23
Муравьиная кислота 37,1
Уксусная кислота • 23,5
Хлороформ 26
Эти данные имеют для биологии огромное значение,
главным образом, повидимому, благодаря своему влиянию на процессы,
протекающие в почве. Поверхностное натяжение и
плотность определяют высоту, на которую может
лодняться жидкость в капиллярной системе. Отсюда
мы видим, что, главным образом благодаря своему
необыкновенному поверхностному натяжению, вода может поступать в
растения. Особенность этого процесса изложена Гильгартом.
„ Текучая вода в жидком состоянии задерживается в порах почвы
в виде поверхностной пленки, которая представляет выпуклую
поверхность капиллярной трубки. Поэтому вода распространяется
кверху и во всех других направлениях до тех пор, пока
натяжение не будет всюду одинаково, и этот процесс имеет гораздо
большее значение, чем гигроскопическая влажность. Вода здесь
служит не только средством передачи той пищи, которая
потребляется поверхностными частями растения, но она также
компенсирует и сильное испарение, благодаря чему растение в течение
дневной жары поддерживает настолько пониженную
температуру, что могут происходить процессы ассимиляции и
образования клеток !).
*) Hilgard. „Soils", New-York, 1907, S. 201.
— 77 —
Поднятие воды в капиллярной системе, подобной той,
которая имеет место в почве, может достигать под влиянием
поверхностного натяжения 3-х метров. В земле же наивысшее
поднятие воды составляет при обыкновенных условиях только
1—1,5 метра. Если бы поверхностное натяжение воды было
равно поверхностному натяжению других жидкостей, она не могла
бы подняться выше 0,5 — 0,8 метра.
Почти несомненно, что и поднятие воды в высоких
растениях происходит главным образом благодаря поверхностному
натяжению, и, следовательно, его большая величина является
особенно благоприятным фактором для этого процесса. Далее,
поверхностное натяжение имеет еще большое значение, а в
некоторых случаях даже является единственной причиной явления,
которое мы называем адсорбцией1). С точки зрения
термодинамики, которую впервые развил В. Гиб б с, можно легко
показать, что во всех тех случаях, где, благодаря растворению
вещества, поверхностное натяжение изменяется, распределение
растворенного вещества не может быть равномерным. Если
поверхностное натяжение раствора меньше поверхностного
натяжения растворителя, поверхность раствора становится менее
концентрированной, чем внутренние слои. Это обстоятельство не
имеет значения в случае простых растворов, но оно начинает
играть очень важную роль при каждом значительном увеличении
поверхности, что имеет место в суспензиях мелких частичек
животного угля, в эмульсиях, студнях и других системах, которые
имеют сходную структуру и такое же различие физических свойств.
Поэтому адсорбция становится крайне важным фактором,
так как общее поверхностное натяжение какой-либо системы,
при прочих равных условиях, пропорционально величине
поверхности. В этом случае распределение растворенных веществ
в различных фазах этой системы становится неправильным и
неравномерным; вещества собираются в большие количества на
поверхности.
Не подлежит сомнению, что протоплазма представляет из
себя наиболее сложную структуру. Поэтому адсорбция
является, без сомнения, мощной силой природы,
*) Известным примером адсорбции является употребление
костяного угля при обесцвечивании сиропа, который применяется при
приготовлении рафинада. Окрашенные вещества почти совершенно удаляются из
раствора и остаются на поверхности угля.
— 78 —
которая определяет физико-химическое строение
протоплазмы. Кроме того адсорбция влияет и усложняет
почти каждый процесс химической физиологии, так как во
всяком жизненном процессе присутствуют коллоиды, т.-е. вещества,
которые очень топко рассеяны и, следовательно, имеют очень
большую поверхность. Присутствие коллоидов является
необходимым условием всякого значительного усложнения структуры,
следовательно, и каждого проявления жпзни *).
Доказательства широкого значения адсорбции в биологии
нельзя изложить в краткой форме; они собраны и подробно
изложены в трудах Фрейндлиха и Бехгольда2).
Не следует думать, что явления адсорбции просто и точно
обоснованы в биологии. Несомненно только, что эти явления
широко распространены, и в основе их лежит поверхностное
натяжение. Вследствие того, что все живые существа представляют
коллоиды, физиологи должны допустить, что жизнь без
коллоидов вообще немыслима даже в ином по сравнению с нашим мире.
Коллоидальная структура действительно является крайне важным,
основным фактором для физически сложного тела органического
строения, и главная сила, действующая на коллоидальные
структуры, это—за исключением некоторых случаев электрического
заряда ионов — поверхностное натяжение. Здесь мы снова
встречаемся с удивительною не наблюдаемой ни у одного вещества
приспособленностью воды к условиям жизни.
Таковы факты, которые я сопоставил, принимая в
соображение приспособленность воды для живого организма.
Теплоемкость, теплопроводность, расширение при охлаждении вблизи
точки замерзания, плотность льда, теплота плавления, теплота
испарения, давление пара, точка замерзания, способность
растворения, диэлектрическая постоянная, способность к ионизации
и поверхностное натяжение — все эти свойства воды являются
чрезвычайно и часто исключительно хорошо приспособленными
*) „Одно я могу утверждать, что каков бы ни был химический
состав тех существ (организмов другого мира), в нем должны быть
коллоиды... Никакое другое состояние, кроме коллоидального, не может создать
настолько изменчивые, настолько пластичные формы и, с другой
стороны — никакое другое состояние не может сохранить их, в случае
необходимости, неизменными". Bechhold, там же, стр. 194.
2) Freundlich. „Kapillarchemie". Leipzig, 1922. Bechhold.
„Die Kolloide in Biologie und Medizin", Dresden, 1911.
— 79 —
к существованию сложного, обладающего способностью к
саморегуляции и требующего непрерывного обмена веществ
механизма *).
Есе эти особенности воды настолько существенны, что, без
сомнения, они имеют решающее значение для существования
организмов на земле, если даже мы допустили ошибки в
отдельных выводах, так как избежать ошибки иногда не удается и при
самых простых соображениях. Вода сама по себе, так,
как она образовалась в космической эволюции,
необходима для всех жизненных процессов, и ее
приспособленность в этом отношении не менее
удивительна и мпогостороння, чем
приспособление организма, выработавшееся в течение
органического развития. Если кто-нибудь в этом еще
усомнился, то он должен был бы указать другое вещество, которое
хотя бы отчасти в этом отношении приближалось к воде и
могло бы служить в качестве „milieu" 2) для простых организмов,
или „шШеп interieur" для всех живых существ, или же в какой-
либо одной из других бесчисленных физиологических функций,
которые обусловливает вода сама по себе или в результате
приспособления.
Приспособление в смысле Дарвина основано в
действительности на полном и всестороннем соотношении между средой
и организмом. В мире, как его рисует современная
наука, в подходящей для жизни среде живет
приспособленный организм, первая и главная состав-
лая часть которого — вода.
г) Если мы противопоставим эти утверждения утверждениям Ю э л я
в его „Bridgewater Treatises", то увидим, что, благодаря успехам нашего
знания, вытеснившим многие ложные воззрения, современные основные
пункты отличаются от старых только лучшей формулировкой данных м
независимостью от метафизических и теологических умозрений.
2) Мы употребляем здесь и в дальнейшем выражение „milieu* в
более узком смысле, тогда как понятию „среда" придаем более широкое
значение, включая сюда и момент принятия пищи.
ГЛАВА IV.
Углекислота.
Два химических соединения занимают в великом
биологическом круговороте земли исключительное место: это — вода и.
углекислота. Первая является, как упомянуто выше, самой
распространенной формой материи, вторая встречается редко и
большею частью случайно, и значение ее для живых существ не
всегда может быть определено без специального исследования.
Эти два простых тела являются общим источником всех сложных
веществ, которые могут создавать живые существа, они же являются
обычно конечными продуктами, образующимися после
использования частей протоплазмы и разрушения тех веществ, которые
служат организму источником энергии1).
Некогда, может быть, атмосфера земли состояла из
водяного пара и углекислоты; однако, вследствие охлаждения
произошло сжижение воды, а благодаря появлению растений бблыпая
часть углекислоты была удалена из воздуха, чтобы позднее в
*) Человек 60 — 70 кгр. веса выделяет ежедневно:
Воды 2500 — 3500 гр.
Углекислоты 750— 900 „
Всех других веществ 60— 125 „
Вода, следовательно, составляет три четверти, углекислота — V5> все другие
вещества вместе — 2 — 3°/о всех выделенных веществ.
Вещества, которые воспринимают обыкновенное зеленое растение,
стоят втом же соотношении: вода составляет более чем0,90 всего,
углекислота—в 5 раз большее количество всех других веществ, вместе взятых.
Надо заметить, что большая часть воды, которая входит в растение, не
принимает участия в его построении. Это — только переносчик
растворенных веществ или средство, при помощи которого температура тела
растения понижается (благодаря испарению).
— 81 —
дальнейших геологических процессах превратиться в торф и
уголь; благодаря только что названным переворотам углекислота
воздуха была вытеснена кислородом. Однако из недр земли
вулканы все время выделяют большие количества угдекислоты, и
таким образом происходит пополнение постоянно потребляемой
атмосферной углекислоты.
В настоящее время углекислота составляет немного больше
О,03°/о объема всей атмосферы, т.-е. около 4,6 кгр. на кв. метр
земной поверхности или приблизительно 2.300.000.000.000.000 кгр.
для всей земли *). Океан содержит в литре воды приблизительно
ОД гр. углекислоты, что составляет 0,1°/о веса. Но здесь
большая часть углекислоты находится в химических соединениях с
основаниями, главным образом, в виде двууглекислых соединений2).
Несомненно, что физические особенности углекислоты менее
существенны для живого организма, чем особенности воды.
Характерные свойства воды настолько полно определяют свойства,
окружающего мира и условия жизни для организма, а также
свойства самого организма, что иначе это и быть не может. Тем не
менее и это менее заметное вещество обнаруживает различные
признаки приспособленности, к рассмотрению которых мы теперь
и перейдем.
I. Растворимость.
Самой характерной особенностью углекислоты является ее
способность всюду проникать. Когда-то она образовалась путем
химического процесса в чудовищных количествах и скопилась в
атмосфере; с тех пор запас ее постоянно пополняется
вулканическими извержениями. Вероятно, только часть углекислоты,
которая и в настоящее время находится в земной коре в виде
х) Состав сухого воздуха следующий:
На кубич. метр. На килограмм.
Объем Вес в грам- Вес в грам- Объем
в литрах. мах. мах. в литрах.
Азот 784 983 759,5 605,5
Кислород .... 209,4 299 231 162
Аргон 6,3 10,4 9 5,25
Углекислота ... 0,5 0,6 0,5 0,25
2) См. описание щелочной реакции океана.
— 82 —
известняка и которой хватило оы для увеличения существующего
давления атмосферы в 10 раз, когда-то находилась в
газообразном состоянии. Так как углекислота всегда находится в воздухе,
то она должна в больших или по крайней мере в таких же
количествах быть и в океане и других естественных водоемах. Это
обусловлено растворимостью углекислоты, т.-е. ее большим
коэффициентом абсорбции в воде.
Коэффициентом абсорбции называют объем газа,
который может раствориться в 1 литре жидкости при давлении
газа в 1 атмосферу. Но по закону Г енр и, абсорбция газа всегда
пропорциональна парциальному давлению в атмосфере, поэтому
коэффициент абсорбции тоже определяет соотношение между
концентрацией вещества в растворе и в газообразном состоянии,
совершенно независимо от величины концентрации, только при
том условии, что между жидкостью и газом существует
равновесие.
Коэффициент абсорбции не всегда постоянен, в особенности
он изменяется в зависимости от температуры.
Таблица коэффициентов абсорбции при 0° С в воде.
Кислород 0,049
Водород 0,021
Азот 0,024
Окись углерода 0,035
Углекислый газ 1,797
Серный ангидрид 79,79
Аммиак 1299,00
Таблица коэффициента абсорбции углекислоты в воде.
пература.
0°
10°
20°
37,29°
100°
Коэфф. абсорбции.
1,797
1,185
0,901
0,563
0,244
Эти таблицы показывают, что коэффициент абсорбции
углекислоты приближается к единице, в противоположность
большинству другнх газов, и что он при обыкновенной температуре вод
на земле, находящихся в соприкосновении с углекислотой, при-
— 83 —
близительно равен единице. Следовательно, всюду, где
вода приходит в соприкосновение с
углекислотой, между газом и жидкостью устанавливается
равновесие: количество свободной углекислоты,
содержащейся в воде, должно быть
приблизительно одинаково с содержанием ее в воздухе.
В противоположность кислороду, водороду и азоту, углекислота
может свободно проникать в воду и, в отличие от серного ангидрида
и аммиака, она может свободно выделяться из воды. Вода не
может поглотить всю углекислоту из воздуха, и воздух не может
полностью отнять ее у воды. Углекислота является
единственным веществом, которое всюду сопровождает воду *) и притом в
количествах весьма значительных по отношению к ее общей
массе. В земле, в воздухе, в огне и в воде эти два вещества
всегда очень тесно связаны между собой.
Если, следовательно, вода может считаться
первой и главной составной частью окружающей
среды, то углекислоте принадлежит по праву
второе место. Благодаря своей растворимости она обладает той
же подвижностью, как и вода, благодаря своему нахождению в
атмосфере она не может быть извлечена полностью
химическими процессами из океанов и пресных вод. Связь между
этими веществами настолько тесна, что, логически рассуждая,
их не следовало бы рассматривать отдельно. Вместе они
образуют среду, приспособленную для жизни организмов, и почти
нигде не встречаются порознь. Таким образом углекислота
является первым источником питания, она повсюду распростра-
нена, и ее подвижность зависит от ее коэффициента
абсорбции, который в среднем равен единице. Стоит ли упоминать,
что коэффициент абсорбции углекислоты играет очень важную
роль при физиологических процессах, особенно при выделении.
В течение дня один человек среднего веса тела выделяет
приблизительно 1 кгр. углекислоты. Все это должно быстро
удаляться из тела. Трудно себе представить, какими сложными
физическими и химическими способами тело могло бы освобождаться
1) Так как углекислота легче растворима, чем другие газы, то она
содержится в дождевой воде в 30 — 40 раз большем количестве, чем в
атмосфере. G e i k i e. „Textbook of Geology".
Не надо забывать, что углекислота в грунтовых водах происходит
не из воздуха, а из органических веществ почвы.
— 84 —
от такого чудовищного количества вещества, если бы углекислота
хотя бы отчасти не циркулировала в свободном состоянии в
крови *) и не могла бы выделяться легкими, с помощью процесса,
который при обычных условиях сходен с простым физическим
явлением2). Если бы углекислота не была газом, то
ее выделение из тела было бы одной из самых
трудных физиологических задач, а если бы она не
обладала легкой растворимостью, то многие из
существующих физиологических процессов были
бы просто немыслимы.
II. Кислотность.
Единственное свойство углекислоты, которое следует еще
рассмотреть, это—характер и степень ее кислотности. Очень
немногие минералы легко растворимы в чистой воде, и почти все
они выветриваются по большей части благодаря углекислоте,
которая находится во всех естественных водах 3). Углекислота
является, повидимому, необходимым вспомогательным средством
при обыкновенных геологических процессах. Совместное действие
х) 5 — 10°/о содержащейся в крови углекислоты находится
отчасти в плазме, отчасти в красных кровяных тельцах в свободном
состоянии.
2) Точное выяснение особенностей процесса, благодаря которому
углекислота проходит через легочную перепонку, представляет самую
трудную главу физиологии. Однако здесь нет необходимости касаться
этого вопроса. Выделяемый воздух содержит в среднем 4% (по объему)
углекислоты.
3) „Некоторые минералы (напр., галит) легко растворяются в воде
без всякого участия других веществ и не подвергаются химическим
изменениям; отсюда происхождение многочисленных соляных источников в
солончаковых местах. Однако в большинстве случаев растворение
происходит благодаря углекислоте или другому какому-либо реагенту. Известняк
растворим в воде 1:1000, если последняя насыщена углекислотой.
Растворение и размывание извести из цемента мостов и сводов, отложение
таким образом удаленного вещества в сталактиты и сталагмиты, быстрое
стирание надписей на мраморных памятниках на кладбищах, все это
примеры растворения. Среди сернокислых солей гипс может служить
хорошим примером растворимого тела. Он растворяется в отношении
1Доо частей воды. Даже кремневая кислота вымывается естественными
водами из скал". Geiki е.—„Geology".
— 85 —
воды, углекислоты, азотной кислоты, образовавшейся при
электрических разрядах в атмосфере, и кислотосодержащих продуктов
растительного царства растворяет неорганические составные части
почвы и вносит их въ общий поток обмена веществ.
Кроме растворяющей способности углекислоты, в связи с ее
кислотностью, стоит еще другая группа явлений. Эти явления
необходимо рассмотреть особо. Сюда относится
нейтральная или слабо щелочная реакция океана и
протоплазмы.
По современной теории растворов, и вода, подобно
электролитам, распадается на ионы, только в незначительной степени *).
Эта реакция идет следующим образом:
Н20 = Н + ОН.
В чистой воде концентрация водородных и гидроксидъных
ионов должна быть одинакова, если вода электрически нейтральна.
Путем различных, независимых друг от друга методов доказано,
что при 25° С эта концентрация приблизительно составляет
0,0000001 N (выраженных в общепринятых единицах) 2), т.-е.
0,0000001 гр. ионизированного водорода и 0,0000017 гр.
ионизированного гидроксила в 1000 гр. воды. Далее, теория
растворов объясняет кислотность воды тем, что из растворенных
электролитов образуется больше водородных ионов, чемгидроксильных;
щелочная реакция, напротив, объясняется преобладанием гидроксиль-
ных ионов. Нейтральность есть состояние, при котором
концентрации обоих ионов равны, например, в чистой воде. Если мы, сле-
!) Более подробное рассмотрение этого можно найти в руководстве
Меллора (Me 11 or. „Chemical Statics and Dinamike". S. 205).
2) Степень концентрации выражается химическим эквивалентом,
грамм-молекулой или молем. N (нормальн.) — символическое обозначение
этой единицы. Значение концентрации ионизированного водорода близ
нейтральной точки волы определяется различными авторами различно:
6.10~7
1,0.10"7
1,1.10~7
1,2.10—7
0,9.10~7
1,02.10~7
1,02.10"7
Кольрауш
Оствальд
Аррениус, Шидс
Вайс
Канольт
Гейдвейлер
Лунден
1884
1895
1893
1893
1907
1909
1907
— 86 —
довательно, выразим концентрацию ионизированного водорода
через (н), а концентрацию ионизированного гидроксила через
(ОН;, то при
(н) = 0,0000001 n = (6h)
раствор будет нейтральным; при
н > 0,0000001 N > (он)
раствор кислый; при
н < о,ооооо.01 N < (он)
раствор будет щелочной.
Остается теперь доказать, что из этих обозначений
выводится хорошо обоснованная гипотеза, которая гласит, что
концентрации водородных и гидроксильных ионов стоят друг к другу
в обратном отношении, так что их произведение при постоянной
температуре при всех условиях одинаково:
(н)х(он) = к.
Если мы в этом равенстве для концентрации (н) и (ОН; в
нейтральной точке подставим значение 0,0000001, то для К получаем
К = 0,00000000000001
и
"+\ 0,00000000000001
(й)=
(он)
Если слабая кислота находится в водном растворе вместе
с такими основаниями, как натрий, кальций, магний и т. д.,
которые неизменно встречаются в морской воде, в крови, протоплазме
и т. д., тогда и реакция легко определяется при условии, если
кислота находится в избытке. Реакция лучше всего измеряется
величинами (н) и (он) по вышеприведенному методу.
— 87 —
Каждая кислота имеет характерную особенность —
постоянную ионизации —К. Эта константа определяет способность
кислоты диссоциировать в водном растворе, т.-е. образовывать
водородные ионы и вследствие этого увеличивать кислотность. Силь-
пые кислоты имеют константу ионизации порядка 1,0, слабые —
0,0001, наиболее слабые-—0,00000001 или еще меньше.
Таблица констант ионизации.
НС1, HN03 etc 1
Н3РО4 0,011
H3ASO4 0,005
HN02 0,0005
Н0СО3 0,0000003
NaH3P04 0,0000002
H2S 0,000000091
H3BO3 0,0000000007
Na2HP04 0,00000000000036
Устайовлено. что в общем, если кислота слабая, концентрация
ионизированного водорода всегда пропорциональна отношению
свободной кислоты к соли и что она приблизительно равна
произведению коэфф циента этого отношения на константу ионизации.
Это значит, если свободная кислота выражается НА и соль—ВА, то
(±\ „ НА
отсюда, если
© = к.ж,
к = (й),
ВА
Из этого отношения следует заключение, подтвержденное всеми
исследованиями, что если в растворе имеется избыток кислоты
НА, химически равный количеству соли, ВА, то концентрация
водородных ионов должна быть приблизительно равна константе
ионизации кислоты. Константа ионизации углекислоты (первый
атом водорода) равна 0,0000003. Отсюда в растворе, который
содержит точно эквивалентные количества свободной углекислоты
и, например, двууглекислого натра, концентрация водородных
ионов должна быть равна 0,0000003 N.
10 раз больше, чем соли
НА_(н)
К
НА
Далее, так как тгг = -?^> т0> если количество кислоты в
ВА К
ВА = 10
концентрация
водородных ионов должна равняться 0,000003, в противоположном
[НА
случае
h]
— она составляет 0,00000003 N. Порядок
величин, между которыми колеблются концентрации водородных
ионов в употребляемых обыкновенно в лабораториях растворах,
лежит далеко за пределами 1,0 N и 0,00000000000001 N. По
сравнению с такими громадными колебаниями разница между
0,000003 N и 0,00000001 N может не приниматься во внимание
[т^тг *• -тт^^тг^^хт^^ххт: • Следовательно, мы можем считать
100 100000000000000J '
реакцию нейтральной, с достаточной точностью, если раствор
содержит свободную углекислоту и двууглекислую соль
приблизительно в одинаковой концентрации. Поэтому ясно, что
нейтральная точка, которая получается при t° = 25° С, когда
концентрация водородных и гидроксильных ионов = 0,0000001 N,
устанавливается в подобных растворах; она характеризуется тем, что
соотношение углекислоты и двууглекислой соли равно 1:3.
Следовательно, углекислота имеет важную
особенность: подобно другим слабым кислотам, как,
напр., сероводород и фосфорная кислота (после
нейтрализации ее первого атома водорода
основанием), она способна в растворах, в которых вместе
с дей находятся и ее соли, давать нейтральную
реакцию, при условии, если кислота находится
в избытке. Это свойство отсутствует у всех кислот, крепость
которых хотя бы немного отличается от таковой углекислоты *).
Это характерное свойство углекислоты имеет крайне важное
значение: во-первых, она регулирует одно из самых важных
физико-химических условий существования и, во-вторых, она
сохраняет во всей прдроде отмеченную уже химическую устойчивость
воды, которая сейчас же исчезает, как только реакция становится
*) Henderson. „The Relation between the Strengths of Acids and
their Capacity to preserve Neutrality". „American Journal of Phisiology",—
XL 173, 1908.
— 89 —
кислее или щелочнее. Почти единственный случай, когда
важный геологический процесс определяется щелочной или кислой
реакцией воды, это — выветривание скал свежей водой,
содержащей углекислоту. Но этот процесс ограничен сам по себе, так
как растворенные вещества превращаются в двууглекислые соли
и образуют таким образом устойчивые недеятельные растворы.
Значение углекислоты для сохранения нейтральной реакции нельзя
себе ясно представить без рассмотрения хотя бы одного примера.
Возьмем раствор 1 кгр. углекислоты в 100 литрах воды, к
которому понемногу прибавляется едкий натр. В начале опыта
концентрация водородных ионов около 0,0001 N, т.-е. в тысячу раз
превышает концентрацию нейтральной реакции; концентрация
гидроксильных ионов равна 0,0000000001 N, следовательно,
составляет 1/юоо концентрации при нейтральной реакции. Если к
такому раствору прибавлять понемногу едкий натр, реакция
изменяется, как показано в следующей таблице:
Количество
NaOH
в граммах.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
+
(Н)
0,0001 N
0,0000052
0,0000024
0,0000015
0,0000011
0,0000008
0,0000006
0,0000005
0,0000004
0,0000003
0,00000025
0,00000020
0,00000015
0,00000012
0,00000009
0,00000006
0,00000004
0,00000002
(ОН)
0.0000000001 N
0,000000002
0,000000004
0,000000006
0,000000009
0,000000012
0,000000017
0,000000020
0,000000025
0,000000033
0,00000004
0,00000005
0,00000007
0,00000008
0,00000011
0,00000017
0,00000025
0,0000005
Интенсивность:
кислой
реакции
щелочной
реакции
(по сравн. с нейтр. раств.).
1000
52
24
15
11
8
6
5
4
3
2,5
2,0
1,5
1,2
0,9
0,6
0,4
0,2
0,001
0,02
0,04
0,06
0,09
0,12
0,17
0,20
0,25
0,33
0,4
0,5
0,7
0,8
1,1
1,7
2,5
5,0
— 90 —
Из этой таблицы видно, что уже первыми 50 гр. едкой
щелочи концентрация водородных ионов уменьшается настолько, что
она становится только в 50 раз больше, чем в нейтральных
растворах, и что следующие 150 гр. основания сводят ее к
величине лишь в 10 раз превышающей концентрацию Н - ионов
чистой воды. Между тем в растворе находится еще 750 гр.
несвязанной кислоты. Такая кислотность может быть легко
достигнута, если растворить в 100 литрах воды только 0,004 гр. соляной
кислоты. В нашем опыте ни кислая, ни щелочная реакция не
переходят этой границы, пока к раствору не будет прибавлено
свыше 450 гр. NaOH. При растворении же в чистой воде
0,005 гр. NaOH дает реакцию более щелочную»
Этот процесс имеет место только в том случае, когда
равновесие гомогенно, т.-е. когда раствор изолирован. Если же
подобный раствор находится в соприкосновении с атмосферой,
содержащей углекислоту, то процессы становятся еще более
необычными. Предположим, что раствор 1 кгр. двууглекислого
натра находится в равновесии с атмосферой, содержащей 1 гр.
углекислоты на литр. В раствор мы понемногу прибавляем
соляной кислоты, смешиваем и постоянно встряхиваем раствор.
Исследование ведется медленно, чтобы равновесие между
углекислотой раствора и атмосферы поддерживалось при той
температуре, при которой коэффициент абсорбции углекислоты равен 1,000.
Последовательные стадии растворения даны в следующей таблице:
Прибавлен.
НС1 в грамм.
0
10
50
100
150
200
250
300
310
318
320
330
Н2С03:
NaHC03
2,27 :11,9
2,27:11,5
2,27 : 10,0
2,27: 8,2
2,27: 6,3
2,27: 4,4
2,27: 2,6
2,27: 0,68
2,27: 0,31
+
(Н)
0,000000057 N
0,000000059
0,000000068
0,000000083
0,000000108
0,000000154
0,00000026
0,0000010
0,0000022
0,00026
0,00046
0,0027
(ОН)
0,000000176 N
0,000000170
0,000000147
0,000000120
0,000000093
0,000000065
0,000000039
0,000000010
0 0000000045
0,00000000031
0,00000000022
0,000000000037
Относительно кислая 1
реакция. 1
0,57
0,59
0,61
0,83
0,08
1,54
2,6
10
22
260
450
2700
Относительно щелочн.
реакция.
1,76
1,70
1,47
1,20
0,93
0,65
0,39
0,10
0,045
0,0039
0,0022
0,00037
_ 91 —
От начала опыта до того момента, когда прибавится
к раствору 200 — 250 гр. соляной кислоты, ни кислая, ни
щелочная реакция не повышаются настолько, чтобы достигнуть вдвое
большей интенсивности, чем нейтральный раствор. Это
указывает на постоянство реакции, что еще так недавно не было
известно химикам. Такого рода приближение к полной
нейтральности может быть достигнуто в чистой
воде только при тщательной дестилляции. В
присутствии углекислоты такая реакция как будто
является естественным состоянием. Как бы то ни
было, описанный выше случай необычен. В природе такие
концентрированные растворы едва ли встречаются, там они не могут
находиться в таком благоприятном сочетании. Отсюда следует,
что колебания реакции должны быть несколько больше. Кроме
того, в естественных условиях обычно мы имеем преобладание
двууглекислых солей над свободной углекислотой. Причина
большего постоянства реакции при гетерогенном равновесии очень
проста. В начале опыта свободная углекислота раствора и
атмосферы находятся как раз в равновесии. Когда же в этот
раствор вносится соляная кислота, то она образует с
двууглекислым натром хлористый натр и углекислоту:
NaHC03 + HC1 = NaCl + H20 + С02.
Этот вновь образованный углекислый газ удаляется в воздух, и
концентрация кислоты в растворе остается неизменной.
Определенное количество углекислоты замещается равнозначным
количеством соляной, которая в свою очередь образует
соответствующую соль с натрием. Следовательно, при прибавлении сильных
кислот количество щелочной соли (двууглекислого натра)
уменьшается, количество же кислоты не увеличивается. Только
тогда, когда двууглекислая соль будет совершенно разложена
(318 гр. НС1), соляная кислота начнет проявлять свои кислотные
свойства. Это выразится в том, что после этого момента
изменение кислотности раствора от прибавления 2 грамм кислоты
будет такое же, как от прибавления всех 318 грамм перед этим.
Вместе с тем, это повышение кислотности оказывается в 19 раз
больше того, которое было вызвано первыми 300 гр. колоты, и
в 200 раз больше изменения, вызванного первыми 200 гр. той же
НС1 в начале опыта.
— 92 —
Все эти утверждения опираются на факты, основанные на
точных исследованиях. Вели мы их связали с теоретическими
соображениями, которые вытекают из закона действия масс, то
это с тою целью, чтобы наши аргументы были более
всесторонними. Исключительная способность углекислоты поддерживать
нейтральную реакцию в водных растворах является доказанным
на опыте фактом, и никакое другое вещество не может сравниться
с ней в этом отношении *). Эта способность объясняется
величиной ее константы диссоциации и ее растворимостью.
Сероводород может, повидимому, рассматриваться, как исключение;
однако, степень его растворимости в воде не особенно
благоприятна для такого исследования; и с другой стороны, его
непостоянство также является непреодолимым препятствием.
Таковы физико-химические факты, которые относятся к
регулированию нейтральной реакции в гетерогенной системе с
помощью углекислоты и двууглекислых солей. Изложение их трудно,
однако, мне кажется необходимым объяснить их точнее, так как,
пожалуй, кроме механики небесных тел нет другого
случая подобной точности в естественной
регуляции окружающей среды. До сих пор ни один химик
не нашел искусственной среды, посредством которой можно
было бы достигнуть такого целесообразного и точного течения
процесса. Наконец, кислые и щелочные реакции являются
настолько существенными факторами, что они в своем влиянии на
многие химические процессы значительно превосходят даже
температуру и концентрацию взаимодействующих веществ2).
Благодаря этому механизму океаны почти всегда нейтральны; этот же
механизм обусловливает неизменность реакции крови и
протоплазмы. Несколько лет тому назад П а л и ч s) тщательно иссле-
г) Henderson. „The Theory of Neutrality Regulation in the
Animal Organism". „American Journal of Physiology", XXI, 427, 1908.
2) Из каталитических агентов эти ионы являются самыми важными.
Их влияние на устойчивость коллоидных систем совершенно исключительно.
3) „Принимая во внимание, что морская вода не только окружает
со всех сторон живущий в ней организм, но проникает через его жабры
и пропитывает ткани его тела, мы в праве отнести ее к разряду
физиологических жидкостей. Подобно этим жидкостям морская вода обладает
способностью регулировать концентрацию свободных водородных ионов,
хотя это свойство выражено не так совершенно, как у крови высших
животных. S. Palitsch. „Sur le mesurage et la grandeur de la
concentration en ions hydrogene de l'eau salee". С R. des travaux du lahora-
toire de Carlsberg, 10-me Volume 1 Livraison, 1911, p. 93.
— 93 —
довал концентрацию водородных ионов в океанах и установил
большое постоянство, так как самые большие колебания (за
исключением Черного моря) лежат в пределах между 0,00000011 N и
0,00000045 N. Если мы примем во внимание, что константа
ионизации воды варьирует с температурой и что в подобной
системе ионизация водородных ионов почти не зависит от
температуры, то увидим, что значение концентрации гидроксильных
ионов при низкой температуре морской воды соответствует
0,000002 — 0,000005, при высокой температуре немного выше.
Такого избытка гидроксильных ионов, которые составляют только
0,000005 гр. на литр или 0,00005%» достаточно, чтобы считать
морскую воду слабо щелочной. Это происходит отчасти оттого,
что воздух содержит только малое количество углекислоты, тогда
как концентрация двууглекислых солей в океане велика. Не
подлежит сомнению, что океан только с течением времени сделался
слабо щелочным, первоначально его реакция должна была бы быть
слабо кислой, так как он содержал большое количество
углекислоты, которая еще не была связана с основаниями. В
настоящее время соотношение между двууглекислыми слоями и
углекислотой в морской воде еще точно не определено, оно, вероятно,
равно 50 : 1 или 100 : 1. Соотношение усложняется влиянием
флоры и фауны, размеры которого еще не могут быть точно
учтены.
Если мы теперь обратимся к равновесию между
основаниями и кислотами в крови и протоплазме, то вступим в область
более точно исследованную. Щелочная реакция крови является
излюбленным объектом физиологических исследований, и ее
значение для медицины известно с давних пор. До появления
гипотезы электролитической диссоциации было, однако, невозможно
найти более близкое объяснение для этого явления. Последние
исследования в этой области выяснили, что равновесие между
углекислотой и двууглекислыми солями играет первенствующую
роль при регуляции реакции крови1); и так как эти вещества
представляют из себя постоянные составные части всякой
протоплазмы вообще, то общее биологическое значение этого равно-
*) Friedenthal. „Archiv fur Physiologie, Verhandlungen der
Physiologisehen Gesellschaft", Berlin, Mai 1903. Henderson. American
Journal of Physiology, XII, 257, 1906. Ergebnisse der Physiologie, VIII,
254 — 325,1909. (В последней работе рассматриваются условия равновесия
между кислотами и основаниями в организме.)
_ 94 —
весия стоит вне сомнения. Эти процессы усложняются также
действиями других кислот и оснований, которые находятся в теле:
сюда относятся фосфорнокислые соли и в меньшей степени
белковые вещества. Отсюда следует, что при установлении общего
химического равновесия протоплазмы первое место занимают
углекислые соли. Они сильно ограничивают и количественно
определяют это равновесие. Большое значение углекислоты при
физиологических процессах нельзя объяснить приспособлением, так
как естественный отбор может не иметь ничего общего с
присутствием углекислоты в живом организме или с возможными
свойствами первых живых существ на земле *). Наличие углекислоты
является естественной необходимостью, и ясно, что со времени
появления первых живых форм на земле углекислота входила в
них в качестве составной части. С тех пор и до настоящего
времени регуляция реакции протоплазмы клеток и соков тела
стала функцией углекислоты.
Недавние исследования Гассельбальха и Лундс-
горда2) показывают, что концентрация водородных ионов в
крови при нормальной температуре равняется приблизительно
0,00000044N. Эта величина подвергается незначительным
изменениям; она понижается, если кровь проходит через легкие, и
повышается в большом круге кровообращения; но подобные
вариации очень незначительны в здоровом организме. Эта величина
показывает, между прочим, что концентрация двууглекислых солей
в 10 раз больше концентрации свободной углекислоты. Кислота
образует вместе со своими солями бблыпую часть карбонатов и
очень значительную часть всех растворенных в крови молекул.
В патологических случаях, особенно при диабетическом шоке
(кома), концентрация водородных ионов достигает 0,0000001 N
или может быть еще больше; если ввести кислоту в кровь, то
концентрация водородных ионов должна стать еще выше, но
в этом случае тотчас же наступает смерть. Невидимому,
невероятно, чтобы в течение жизни в крови могли происходить
сколько-нибудь значительные и длительные колебания
концентрации водородных ионов.
Кислотность крови может повышаться только тогда, когда
одновременно сильно понижается концентрация двууглекислых
г) Этот факт впервые натолкнул меня на мысль снова начать
исследование приспособленности среды и приспособляемости организма.
2) „Biochemische Zertschrift". Vol. 88, S. 77, 1912.
— 95 —
солей; эта последняя может уменьшаться до */3 своей
нормальной величины, вследствие чего также уменьшается и общее
количество углекислоты, а ее выделение становится затруднительным.
Это надо приписать тому обстоятельству, что количество
свободной углекислоты в крови регулируется независимыми
дыхательными центрами; когда двууглекислые соли разлагаются
кислотами, освобождающаяся углекислота удаляется через легкие в
воздух. Этот процесс подобен поэтому гетерогенному равновесию,
которое мы рассматривали выше, и поэтому не нуждается
в дальнейшем обсуждении.
Одной из главных и характерных особенностей обмена
веществ является образование кислот, преимущественно путем
окислительных процессов. Отсюда понятно значение
физиологического равновесия. Бблыпая часть пищевых веществ имеет
нейтральную реакцию, важнейшие продукты обмена — эа
исключением воды и мочевины — являются почти исключительно
соединениями кислот, углекислоты, серной, фосфорной и мочевой.
Кроме того, люди, как и вообще позвоночные, имеют склонность
образовывать другие кислоты, как молочная, [3-оксимасляная,
ацегоуксусная и др. кислоты, что связано с различными
патологическими состояниями. Эта склонность к кислой реакции и
накоплению в теле кислот является неизбежной при обмене
веществ. Создание особого механизма, противодействующего этому
процессу, является одним из важнейших факторов регуляции
организма. Равновесие углекислых солей действует
таким образом, что более сильные кислоты
сейчас же после своего образования и в месте своего
образования имеют возможность вступать во
взаимодействие с двууглекислыми солями,
которые в нормальных условиях находятся в избытке.
Происходит следующая реакция:
HA + NaHCO3 = NaA + H2C03.
Эта реакция точно соответствует простому вышеописанному
случаю и обусловливает только незаметное изменение
концентрации ионизированного водорода. Свободная углекислота удаляется
потом через легкие, а соли удаляются с мочей. Тут же
участвуют и некоторые другие процессы, среди которых один
особенно сложен; благодаря ему часть оснований, нейтрализующих1)
*) Henderson. Journal of Biological Chemistry, IX, 403, 1911.
— 96 —
кислоты, сохраняется окончательно в организме; тем не менее
из всех сложных фукций та реакция, о которой речь шла выше,
является наиболее важной.
Концентрация водородных ионов оказывает на скорость
течения химической реакции вполне определенное влияние.
Например, инверсия тростникового сахара в результате гидролитического
расщепления на глюкозу и фруктозу
С12Н22О10 ~\- Н20 = C6H1206 -f- С6Н1206
идет обычно таким образом, что раствор сахара, к которому
прибавлено немного кислоты, подвергается нагреванию.
Классические исследования Вильхельми показали, что равновесие
этого процесса зависит от силы кислоты, а по новым воззрениям,
следовательно, от концентрации водородных ионов.
Действительно, ионы являются крайне деятельными агентами при этих
процессах.
Такие реакции, в которых принимают участие углеводы,
жиры, белки и др. вещества, составляют бблыпую часть
процессов обмена веществ, и, без сомнения, для равновесия требуется
крайне точная регуляция содержания кислот и оснований. В теле
эти процессы, конечно, совершаются под влиянием энзим, тем не
менее значение концентрации водородных и гидроксильных ионов
не уменьшается, а наоборот, повидимому, становятся еще
значительнее. Ионы оказывают влияние не только на реакцию, но
даже и на энзимы. Кроме того, изменение активной реакции
существенно затрагивает не только энзимы, но и почти все
коллоидные тела, особенно такие непостоянные структуры, как
коллоиды протоплазмы, и для их сохранения безусловно необходимо,
чтобы реакция оставалась постоянной (кислой или щелочной).
Наконец, надо еще заметить, что глюкоза, которая при
физиологических процессах является главным источником энергии,
очень непостоянна, уже в слабо щелочных растворах ее
устойчивость зависит от самых незначительных изменений концентрации
гидроксильных ионов1). Далее мы имеем достаточно оснований
считать, что концентрация водородных и гидроксильных ионов
оказывает влияние на распределение воды между жидкостями и
тканями тела, по крайней мере на распределение ее между
*) Не n d е г s о п. „Journal of Biological Chemistry", X, 3, 1911.
_ 97 —
красными кровяными тельцами и кровяной плазмой1). В послед»
нее время выдвинута теория, которая старается объяснить разные
формы отека местными или общими увеличениями кислотности
в организме2). Каково бы ни было дальнейшее
развитие этих взглядов, несомненно, что структурные
соотношения и физиологические процессы, для
осуществления которых необходимо
постоянство концентрации водородныхи гидроксильных
ионов, весьма разнообразны и многочисленны.
Этим определяются важнейшие органические и
неорганические процессы и состояния, которые зависят от кислотных
свойств углекислоты и ее характерного распределения между
атмосферой и водными растворами. Ее происхождение никоим
образом нельзя приписать действию органического развития. Ее
необыкновенная активность обусловливается, во-первых,
газообразным состоянием углекислого газа, далее его растворимостью
в воде и слабой кислотностью. Это утверждение может быть
доказано со всей точностью математического анализа, однако, я
приведенное выше суждение совершенно достаточно для нашей
цели 3).
Следовательно, мы видим, что углекислота во всех
отношениях приспособлена для органического
механизма благодаря своим физико-химическим
свойствам. Ее приспособленность так же естественна, как
*) Изменчивое распределение веществ между красными кровяными
тельцами и плазмой стоит в связи с изменением давления углекислоты;
это было установлено Ц у н ц е м и наблюдалось различными физиологами
(См. Spiro и Henderson. „Biolog. Zeitschrift", 15, 114,1908), Каждый
полный цикл кровообращения связан с полным циклом изменений между
составными частями красных кровяных телец и элементами плазмы. При
проникновении крови в ткань происходит поглощение С02, и вместе с тем
объем красного кровяного тельца, благодаря воде, выходящей из
кровяной плазмы, увеличивается. Одновременно в том же направлении
диффундирует и хлор и происходят различные другие изменения. Когда
кровь проходит через легкие и удаляется углекислота, процесс идет
в обратном направлении. Вне всякого сомнения, этот процесс в высокой
степени зависит от изменения реакции, которая сопровождает изменения
концентрации углекислоты.
2) М. Н. Fischer. „Das Odem", Dresden, 1910. Здесь невозможно
обсуждать правильность взглядов, которые высказываются в этой работе
но, повидимому, они покоятся на ошибочном основании.
3) Henderson. „American Journal of Physiology", XXI, 173, 1908,
_ 98 -
и приспособленность воды, хотя она менее разностороння и
менее очевидна. Она зависит от воды; приспособленность
углекислоты вторична и покоится на электролитической диссоциации
и растворимости так же, как и на взаимодействии между обоими
веществами. Таким образом мы подходим к изучению наиболее
запутанных соотношений — к чисто химическим исследованиям
тех соединений углерода, водорода и кислорода, в которых вода
и углекислота могут взаимодействовать.
ГЛАВА V.
Океан.
В каждом отделе нашего исследования мы указывали на то,
что своеобразные свойства воды и углекислоты определяют
наиболее важные характерные признаки океана.
Это заключение согласуется со всеми исследованиями
жизненных явлений и оно приобретает важное значение благодаря
тому неоспоримому факту, что организмы в первые периоды своего
существования — а, может быть, и еще долгое время спустя—
могли существовать только в воде.
В связи с этим будет целесообразно, прежде чем мы
перейдем к проблемам органической химии, изучить сначала океан
и его значение для живых существ, населяющих землю.
На этом примере мы будем в состоянии выработать ясный
взгляд на то, каким образом свойства воды и углекислоты делают
окружающую среду благоприятной для живых существ.
1. Регуляция физико-химических условий.
Наиболее выдающимся свойством океана является его
неизменяемость.
Без сомнения, со времени своего возникновения он
сделался холоднее и богаче по содержанию в нем солей; его
реакция из слабо-кислой превратилась в слабо-щелочную. Но
для таких медленных и необъятных процессов, миллион лет
едва ли может иметь, хотя какое-нибудь значение и,
следовательно, ни одно живое существо никогда не могло почувствовать
ни малейшего изменения в этом направлении. Новые
исследования по океанографии показали, что температура океана
— 100 —
подвергается необыкновенно малым колебаниям1).
Температура воды на поверхности зависит от климатических
особенностей местности, но она выше и подвержена гораздо
меньшим колебаниям, чем температура атмосферы, находящейся
над водой. Нижеприведенные таблицы 2) показывают размеры
этих колебаний.
Годовые колебания температуры морской воды и воздуха суши.
10°
20°
30°
40°
50°
Океан
Суша
2,3
2,4
3,3
3,6
7,2
5,9
10,2
7,5
14,0
5,6
25,0
Температура воды и суши в Лезине.
СО
К
О
и
о
Разница
между
maximum
и minimum
Воздух
Вода на поверхн.
Вода на глубине
10 метров . .
9,2
13,5
13,9
14,8
15,0
14,7
24,4
22,0
20,3
17,9
19,5
18,4
16,6
17,5
16,8
8,5
6,4
По вычислениям Ш о т т а, изменения температуры на
поверхности открытого океана всего земного шара никогда не бывают
менее 1° и более 15°. Вариации незначительны на экваторе,
несколько больше в области пассатов, в северных и южных морях
они снова уменьшаются 3). Температура, наблюдаемая на
поверхности, распространяется в глубину лишь на незначительное
пространство и образует таким путем теплый верхний слой.
*) Почти все океанографические данные, которые содержатся в этой
главе, были почерпнуты из следующих работ: S. Gunther. „Handbuch
der Geophysik", Arrhenius. „KosmischePhysik" иНапп. „Klimatologie".
2) Cm. Hann. „Klimatologie",
3) Arrhenius, 1. c,
— 101 —
Еще со времен Аристотеля было известно, что глубицы
океана очень холодны. В открытом море температура равномерно
падает с возрастанием глубины, быстрее — вблизи поверхности,
медленнее — на больших глубинах.
Температура нижних слоев воды колеблется между+ 2° под
тропиками и между —2° в полярных водах. Такая низкая
температура в глубине тропических океанов почти наверное может
быть приписана притоку более холодных вод из местностей,
лежащих под более высокими широтами.
В Атлантическом океане температура колеблется с
возрастанием глубины следующим образом:
Глубина Температура
в метрах. по С.
О 19°
500 • 16°
1000 9°
1500 4°
2000 3°
2500 • 2,5°
3000 2°.
В Средиземном море, куда не попадают холодные течения
со дна окедна, температура быстро падает до 11° в
незначительном отдалении от поверхности и остается постоянной. Это
зависит от того, что вода на поверхности зимой охлаждается до
этой температуры и затем, благодаря более теплым, менее
плотным поверхностным слоям, защищается от летнего тепла.
Те незначительные колебания, каким подвергается
температура в океане при смене времен года, при изменении глубины
или географической широты, могут быть приписаны скрытой
теплоте воды, прежде всего теплоте испарения, но отчасти также
и ее необыкновенно высокой точке замерзания; все это мы уже
объясняли при рассмотрении этих физических свойств воды.
Гораздо более постоянной, чем температура
морской воды, является ее щелочная реакция. Было
установлено, что высшие границы, в которых колеблется
концентрация водородных ионов, это 0,000000011 N и 0,0000000045N.
Палич во время своей экспедиции на пароходе „Тор",
предпринятой с на/учной целью летом 1910 годаг) и продолжавшейся
3) Р а 1 i t s с h. „Comptes rendus des travaux du Laboratoire Carls-
berg", 10-me volume, L°85, 1911 r.
— 102 —
пять месяцев, наблюдал следующее: поверхностная вода
Скагеррака, южной части Северного моря и западной части Балтийского
моря колеблется между 0,000000011 К и 0,000000009 N;
поверхностная вода Северного моря колеблется между 0,0000000083 N
и 0.0000000074 N: на широте Murray Firh, в двадцати
милях от берега, эти величины составляли 0,0000000071 N
и 0,0000000066 N.
В Атлантическом океане вода на поверхности
соответствовала северной части Северного моря, между тем как на широте
Бискайского залива и португальских берегов концентрация
водородных ионов равнялась приблизительно 0,0000000056 N, что
соответствует слабому сдвигу в щелочную сторону, особенно,
если мы примем во внимание более высокую температуру.
В общем вода Средиземного моря обладает теми же свойствами,
как и вода Атлантического океана вблизи Португалии. Пробы
Мраморного моря, Босфора и Черного моря дали величину
0,0000000045 N.
Концентрация водородных ионов возрастает на больших
глубинах и, следовательно, щелочная реакция уменьшается,
(см. таблицу на 103 стр).
Единственное отклонение от бросающегося в глаза
постоянства реакции в океане, насколько нам известно,
обнаруживается в Черном море. Это море содержит на глубине 180 м.
сероводород, что, без сомнения, является причиной небольшого
уменьшения его щелочной реакции, которое мы видим в таблице.
Последнее наблюдение снова дает нам пример того действия,
при помощи которого происходит регуляция реакции морской воды.
Несмотря на необычные условия, колебания здесь все же
очень незначительны, а потому единственным важным фактором,
который определяет и сохраняет неизменной реакцию морской
воды, нужно считать равновесие углекислых солей.
Прежде чем мы покончим с этим вопросом, здесь необходимо
особенно подчеркнуть одно обстоятельство. Влияние, которое
оказывают небольшие температурные изменения или легкие
изменения щелочной реакции, отражаются, главным образом, на скорости
химических процессов. В этом направлении влияние гидроксиль-
ных ионов оказывается пропорциональным их концентрации *),
*) Наиболее существенно каталитическое действие гидроксильных
ионов и эффект, как и при каталитическом образовании сложных эфиров,
пропорционален концентрации гидроксильных ионов.
— 103 —
Глубина
в метр.
0
10
25
50
75
85
100
200
300
400
600
700
800
1000
1200
1500
2000
2500
3200
Средиземное море.
0,59
—
0,59
—
—
0,62
0,65
—
0,65
—
—
0,68
0,72
0,72
0,76
0,81 !
0,85 |
0,85
+
(Н)Х Ю0000000.
Атлантический океан.
Северное
море.
i
0,60 | 0,74
— j —
—
0,66
—
—
0,74
—
—
0,91
—
—
—
—
—
—
0,81
0,83
—
0,93
0,98
1,05
0,98 _
0,98
—
1,05 | —
1,13 —
1,13 _
— —
—
—
Черное
море.
0,46
0.56
0,65
0,71
(0,93)
(1,03)
(1,38)
(2Д)
(2,8)
(3,0)
—
—
—
—
—
—
—
—
—
а влияние температуры — таким, что повышение ее на 10°
увеличивает скорость реакции вдвое 2). Обычные химические
реакции должны, следовательно, происходить в самой теплой
воде океана в восемь раз быстрее, чем в самый холодной, и в
водоемах, которые являются наиболее щелочными, в семь раз
скорее, чем в тех, которые менее всего щелочны. Для организма,
который живет в определенном месте, такие колебания скорости
!) Это наблюдение было сделано Вант-Гоффом.
- 104 -
реакции едва заметны, и, следовательно, эта регуляция
физиологически вполне эквивалентна.
Концентрация морской воды является также постоянным
характерным признаком, хотя в общем солевой состав в
открытом море выше, чем у берега, где соленая вода разжижается
благодаря притоку пресной воды, и где некоторые другие
причины обусловливают незначительные колебания концентрации.
Среднее содержание соли—3,45°/0.
Количество главных составных частей морской воды по данным
Дитмара1) следующее:
о/о
1,049
0,130
0,041
0,038
1,896
0,263
0,007
0,006
Относит,
количества.
30,59
3,79
1,20
1Д1
55,27
7,66
0,21
0,19
Натрий Na .
Магний Mg .
Кальций Са
Калий К . .
Хлор С1 . .
Сульфат S04
Карбонат С03
Бром Вг . .
*) D i 11 m a r. „Report of voyage of the Challenger", 1884, p. 203.
Первоначальные данные были вычислены на основании ошибочной
предпосылки, что различные соли находятся в растворе независимо друг от
друга. Состав морской воды был определен следующим образом:
Хлористый натрий NaCl 77,758
Хлористый магний MgCl2 10,878
Сернокислый магний MgS04 4,737
Сернокислый кальций CaS04 3,600
Сернокислый калий K2SO4 2,465
Углекислый кальций СаС03 0,345
Бромистый магний MgBr2 0,267
— 105 —
Другие многочисленные составные части морской воды
находятся лишь в незначительных количествах.
В каждых 1000 кгр. морской воды находится, например,
около 0,019 гр. серебра и около 0,006 гр. золота в
растворенном виде, и эти количества соответствуют процентному
содержанию 0,0000019 до 0,0000006%.
Было вычислено, что потребовалось 160.000.000 лет, прежде
чем содержащийся в океане хлористый натрий мог быть внесен
туда реками.
Углекислый кальций мог быть накоплен уже в течение
500.000 лет. Из этого следует, что имеющееся теперь в океане
количество этого вещества представляет только незначительную
часть того, что было введено в океан и при посредстве живых
организмов отложено в виде конечного продукта — известняка.
Если внешние условия настоящего времени соответствуют
таким же условиям прошедших эпох, то вода, со времени
возникновения океана, доставила обитателям океана не менее
300.000.000.000.000.000.000 кгр. углекислого кальция. Этот
материал они постепенно употребляли для построения своего тела.
Являются ли эти факты абсолютно верными или только
приблизительно, вполне достоверно, что это обстоятельство
представляет наиболее важное преобразование, которое было
произведено живым организмом на поверхности земли.
Количественные соотношения находящихся
в океане солей почти не подвергаются никаким
колебаниям. Содержание хлора составляет, например, не менее
55,21% и не более 55,34% всех растворенных в морской воде
неорганических веществ, так что все содержание солей может
быть легко и с большой точностью определено путем титрования
хлоридов.
Эта равномерность обязана течениям, которые существуют
в океане и благодаря которым происходит постоянное
смешивание воды. Однако, несомненно, что относительные количества
щелочей и кислот медленно, но непрерывно изменялись в течение
всего геологического развития.
Многие вещества, как, например, углекислый кальций,
постоянно удалялись в то время, как другие, как, например,
хлористый натрий накоплялись и не расходовались.
Общее содержание солей в океане подвержено
незначительным колебаниям, как мы это уже указывали выше. Вдоль Се-
___ 106 -
веро-Американского берега, в полярн м течении, вдоль
Норвежского берега п на юг от Южной Америки концентрация солей
Атлантического океана 3,2 — 3,3°/0. Еще обширнее пространства,
где содержание солей = 3,3% и 3,4%. В большей части
Северной Атлантики концентрация колеблется между 3,5 — 3,6%.
В общем, между экватором и полюсами имеется область,
где концентрация солей наибольшая.
Средиземное море, Красное море и другие подобные моря
обладают несколько более высокой соленостью, что может быть
приписано необычайно сильному испарению и отсутствию больших
течений; но только в виде исключения и только в небольших
обособленных морях концентрация может подняться яыше4,1%.
Содержание солей в океане изменяется также и с глубиной.
В морях, в которых имеется большой приток пресной воды, на
поверхности наблюдается более низкая концентрация, чем на
глубине; там, где имеется сильное испарение, вода на поверхности
должна быть более концентрированной. В последнем случае,
благодаря высокой температуре, происходит уменьшение плотности
этих слоев, что позволяет им оставаться на поверхности.
Совместное действие этих двух влияний — разбавления и
пспарения — обусловливает годовое колебание содержания солей.
Подобное непостоянство внешней среды, как бы незначительно
оно ни было, является очень важным фактором в жизни морских
животных.
Так, например, сельди в своих странствованиях держатся в
водах, концентрация солей которых колеблется между 3,2 — 3,3%.
Из того обстоятельства, что соотношения отдельных солей,
находящихся в морской воде, остаются постоянными, вытекает,
что каждая отдельная составная часть не может
подвергаться более крупным изменениям, чем
сумма всех составных частей.
Новые интересные опыты показали, что это обстоятельство
является необыкновенно важным для жизни организмов.
Опыты Л е б а *) и его учеников, так же как и других
физиологов, показали, что чистые соли являются ядами для живых
организмов, и что различные пары солей, взятые в комбинации
друг с другом, противоположны по своему физиологическому вли-
г) См. статью Л ё б а в „Handbuch der Biochimic" -Оппенгей-
м е р а.
— 107 —
янию; далее указывается, что раствор, который содержит
различные соли в известных соотношениях, представляет наиболее
благоприятную окружающую среду. Среди всех таких
уравновешенных растворов морская вода является, без сомнения, наиболее
благоприятной для живых организмов, и мы должны определенно
приписать это обстоятельство явлениям органического развития.
Г ер б с т J) показал, что оплодотворенные яйца морского ежа могут
развиваться только в присутствии хлоридов, сульфатов и
карбонатов натрия, кальция, калия и магния. Каждое из этих
веществ является необходимым, и только до известной степени
калий может быть заменен рубидием и цезием, так же как хлор
бромом. Далее, относительная концентрация имеет также очень
важное значение. Следовательно, относительная и абсолютная
неизменяемость химического состава морской воды играет гораздо
более важную роль в биологии, чем думали раньше. Благодаря этим
характерным особенностям, океан является в высшей степени
благоприятной средой для обитания существующих теперь живых
существ.
Нужно еще заметить, что содержание солей в морской воде
пропорционально ее осмотическому давлению,
следовательно, и это важное свойство являете я также
почти постоянным.
Если раствор отделен от окружающей жидкости
какой-нибудь перепонкой, напр., животным пузырем, и последний
погружен в воду, то как вода, так и растворенные в ней вещества
проникают сквозь стенки этой перепонки. При обыкновенных
условиях вода проникает быстрее через перепонку, чем
растворенное вещество, поэтому увеличивается объем раствора и
возникает гидростатическое давление. Если пузырь будет заменен
соответственно устроенной перепонкой из железисто-синеродистой
меди, тогда явление видоизменится, и теперь через перепонку будет
в состоянии проникать вода, а не растворенные вещества.
Подобная перепонка называется полупроницаемой. При таких
обстоятельствах давление, которое В а н т-Г о ф ф назвал „осмотическим
давлением", может достигнуть большой величины. По теории
Вант-Гоффа и Аррениуса, это давление в разведенных
растворах пропорционально общей концентрации частиц (моле-
х) Г е р б с т. — „Archiv fur Etwicklungsmechanik". 5,650, 1897; 7,486,
1898; 1J ,617, 1901; J 7,306, J 904.
— 108 —
кулы и ионы), которые находятся в растворе. Законы,
определяющие величину этого давления и его изменения, в точности
соответствуют законам давления газов. Вообще теория растворов
состоит в том, что законы Б ой ля и Гей-Люссака, гипотеза
Авогадро, также как и теории, которые опираются на эти законы,
применимы и по отношению к растворам. Высокое осмотическое
давление возникает всякий раз, когда раствор приходит в
соприкосновение с проницаемыми или полупроницаемыми перепонками.
В физиологии мы всегда должны считаться с этим явлением.
Вся важность неизменяемости осмотического давления морской
воды для биологии становится ясной из того, с какой точностью
каждое высшее позвоночное животное стремится сохранить
постоянство осмотического давления соков своего тела и именно
всегда в пределах 7 — 8 атмосфер.
Легко можно показать, что осмотическое давление какой-
нибудь жидкости пропорционально понижению ее точки
замерзания, и осмотическое давление в большинстве случаев
определяется при помощи этого соотношения.
Следующая таблица содержит данные, которые относятся
к кровяной сыворотке некоторых животных.
Понижение точки замерзания кровяной сыворотки.
Градусы.
Человек 0.526
Корова 0,585
Лошадь 0,564
Свинья 0,615
Кролик 0,592
Собака 0,571
Кошка • 0,638
Овца 0,619
У человека понижение точки замерзания крови при
обыкновенных условиях постоянно, и, без сомнения, это же наблюдается
и у всех других высших организмов. Следовательно, различия
между отдельными видами сравнительно незначительны и часто
находятся в пределах ошибок, которые возникают при самом
определении точки замерзания.
Морские организмы, за исключением некоторых
позвоночных, в отношении их осмотического давления приспособлены к
— 109 —
окружающей их морской воде. С другой стороны (см. следующую
таблицу), там, где точка замерзания воды —1,9, соки тела
животных имеют ту же с&мую точку замерзания. Отсюда ясно, что
неизменяемость осмотического давления идаеет важное значение
для морских организмов.
Понижение точки замерзания.
Градусы.
(Кишечнополостные) Alcyonium palmatum 2Д96
(Иглокожие) Asteropecton aurantiacus 2,312
(Иглокожие) Holothuria tubulosa 2,315
(Черви) Sipunculus nudus 2,31
(Ракообразные) Maja sqmnado 2,36
(Ракообразные) Homarus vulgaris 2,29
(Головоногие) Octopus macropus 2,24
(Селяхии или поперечноротые) Torpedo marmorata . . . 2,26
(Селяхии) Mustelus vulgaris 2,36
(Селяхии) Trigon violacea 2,44
(Костистые) Charaz puntazzo 1,04
(Костистые) Cerna gigas • ... 1,035
(Костистые) Crenilabrus pavo 0,74 — 0,76
(Костистые) Box salpa 0,82 — 0,88
(Пресмыкающиеся) Thalassochelys coretta 0,61
Морская вода 2,3
Значение осмотического давления подтверждается многими
физиологическими фактами. Исследования в этой области с
давних пор были связаны с биологическими исследованиями; теории
и законы, которые Ван т-Г о ф ф вывел и развил на основании
наблюдения осмотических явлений для разведенных растворов,
были обоснованы биологическими опытами, которые выполнялись
исключительно биологами.
Всасывание, выделение, движение веществ сквозь перепонки,
не говоря уже о возникновении токов жидкости в теле, — все эти
явления находятся в зависимости от осмотического давления.
В этих явлениях участвуют мощные силы, и осмотические
явления приобретают особое значение там, где мы встречаемся с
коллоидными системами. Теперь нам достоверно известно, что
осмотическое давление является существенным фактором в физико-
химической организации живого механизма и что оно
представляет одно из тех условий, равномерное поддерживание которого
имеет такое же важное значение, как концентрация различных
составных частей, регуляция температуры и щелочная реакция.
— по
II. Круговорот воды.
Существует много причин, которые вызывают течения в
океане. Под тропиками высокая температура вызывает такое
сильное испарение, которое не может быть компенсировано ни
дождем, ни притоком рек; в полярных странах мы видим
обратные явления. Поэтому вода должна постоянно протекать из
местностей, лежащих под более высокими широтами, в местности,
лежащие под более низкими широтами, чтобы здесь испариться и
закончить таким образом круговорот. В полярных странах
холодная вода опускается на глубины и образует течения, которые
в глубине океана направляются к тропикам.
Течения на поверхности океана имеют иное происхождение,
так как причиной их являются ветры, главным образом, пассаты.
Это неизменное влияние, которое оказывает движущийся воздух
на воду, было теоретически изучено Гельмгольцем, Экма-
ном и Цепприцем. Само собою разумеется, что кроме этих
важных причин при возникновении и сохранении течений в океане
принимают участие и множество других факторов. Здесь не
представляется возможным входить в подробный анализ этих
явлений, но совершенно ясно, что, кроме вращения
земли, эксцентричности ее орбиты и наклона ее
оси, тепловые свойства воды должны быть
рассматриваемы, как главнейшие и основные факторы,
влияющие на постоянное движение воды в океане.
Величина и объем движений, которые возникают благодаря
такому влиянию, очень значительны.
Важнейшие поверхностные течения имеют эллиптическую
форму, и одно из них движется в северной части Тихого океана
между 10° и 50° северной широты, а другое в северной части
Атлантического океана между 20° и 30° северной широты; в
южном полушарии мы встречаем одно в южной части Тихого
океана между 50° и 45° южной широты, другое в Атлантическом
океане между 0° и 40° южной широты и в Иддийском океане
между 0° и 40° южной широты. Самые значительные течения
мы видим в Тихом океане. На дальнем юге есть еще
антарктическое течение, которое направляется с запада на восток; на
севере существует течение, направляющееся с востока на запад.
— Ill —
от берегов Сибири на северо-восток от Гренландии и затем
вдоль ее восточного берега; другое направляется от Баффинова
залива вдоль восточного берега Северной Америки.
Бз всех течений океана наиболее тщательному изучению
подвергся Гольфштром, часть северного экваториального течения.
Его наибольшая скорость равняется 220 клм. в течение суток,
следовательно, она превышает скорость течения Рейна у
Кобленца; скорость его приблизительно 134 клм. ежедневно.
Течением Юкатанского пролива уносится 0,2 клм.3 воды
(200.000.000.000) кгр,
Вели всю эту воду охладить до температуры лолярного
океана, то в час можно но лучить.
5.000.000.000.000.000 грамм-калорий теплоты.
Это громадное количество тепла само собою объясняется
высокой удельной теплотой воды.
Таким образом на всей земле движутся огромные количества
воды, несущие с собой необъятные запасы тепла.
Результатом этого является
вышеприведенная однородность океана, равномерность
концентрации, постоянство состава, температуры,
щелочной реакции и осмотического давления.
III. Океан как среда.
Из положений, принятых нами в качестве признаков,
характеризующих жизнь, вытекает два главных требования,
предъявляемых к внешней среде: наличие запасов энергии и материи,
которые должны служить питательным материалом для сложного
механизма, а также сохранение известного постоянства условий.
После того как мы изучили общие свойства океана,
представляется необходимым исследовать их более подробно с точки
зрения этих требований. При этом нельзя забывать, что
характерные признаки океана только отчасти зависят от физических
свойств воды, которые были указаны в гл. III, и от свойств
углекислоты, описанных в гл. IY. Они зависят частью от
размеров океана, частью от устойчивости всей солнечной системы,
от бесконечной продолжительности геологических и
метеорологических явлений и от целого ряда разнообразных астрономических
и геофизических состояний,
— 112 —
Мы должны теперь расширить наш кругозор и
рассмотреть воду не только как известное химическое вещество, т.-е.
с абстрактной точки зрения, но также и с
естественно-исторической, т.- е. рассмотреть, каким образом, благодаря
деятельности космического и геологического процесса развития, она
стала главной составной частью земной поверхности.
В первую очередь результаты этого процесса зависят во
всяком случае от естественных свойств воды и от количества ее,
находящегося на земле; это имеет очень большое значение и не
может быть оставлено без внимания.
Может быть важнейшее требование, которому должна
удовлетворять среда, как источник питания, это—-подвижность.
Каждый организм, который, подобно полевым лилиям, не имеет
необходимости заботиться о своем пропитании, находится в
самых благоприятных условиях, и это, повидимому, и есть причина
исключительного богатства флоры на земле. Океан совершенно
однороден, если не принимать во внимание населяющую его
флору и фауну, и, следовательно, благодаря происходящим в нем
движениям, он приносит каждому живущему в нем организму
все то, что он вообще ему может дать, а также равномерно
распределяет и органическую пищу. В океане могут жить без
движения не только растения, но и многие животные и, подобно
устрице, ждать пищи, которая им будет непременно принесена.
С другой стороны, мы видим пелагических животных, которые
свободно парят в воде в надежде на то, что, благодаря
движениям воды, они придут в соприкосновение со своей пищей.
На-ряду с подвижностью, богатство содержания и
разнообразие среды также имеет важное значение. Невозможно
представить себе окружающую среду^ которая была бы богаче по
содержанию и разнообразию своих элементарных составных
частей, чем морская вода, исключая, может быть, морскую воду,
к которой прибавлены какие-либо другие вещества. Но даже
и в этом случае в нашем распоряжении немного элементов,
которые не содержались бы в морской воде и прибавление
которых не могло бы вытеснить находившиеся уже ранее в
воде растворенные тела. Во всяком случае свойства океана в
указанных трех направлениях являются наиболее благоприятными
для живых существ, и ничто другое в природе не может
сравниться с ним в этом отношении. Море ни с чем
несравнимо в отношении подвижности, богатства содер-
— из —
жания и разнообразия; оно представляет из себя
идеальный источник, пополняющий все то, что
может оказаться необходимым для сложного
механизма. Без сомнения, извлечение из морокой воды ее составных
частей представляет очень сложную задачу, и активность
физиологических процессов является главным условием ее выполнения, —
но как бы то ни было, морская вода содержит в сь необходимый
материал, который может быть использован механизмом.
Преобладание воды на земном шаре заставляет живые
существа использовать этот материал в качестве главной составной
части их тела. Эго уже само по себе является большим
преимуществом, принимая во внимание особенную пригодность воды
для этой цели.
С другой стороны, организм имеет возможность выбрать
яреди обыкновенных элементов, а также и среди более редких,
тот, который в каждой стации органических, бесконечно
разнообразных процессов развития наиболее отвечает его цели. Почти
что каждый элемент, находящийся в морской воде, мы можем
найти отложенным в том или ином виде морской фауной и
флорой.
Все вышеприведенные соображения позволяют не
останавливаться подробнее на втором важном качестве океана — именно
на постоянстве условий, которые он создает.
Самым важным является то, что как
физические свойства, так и химические соединения —
постоянны, степень этого постоянства
—максимальная, не имеющая себе равной. Ни в каком другом
месте вселенной, исключая, может быть, океаны другого мира, не
имеется такого разнообразия и вместе с тем постоянства условий.
Регуляция, которая в современных лабораториях
достигается путем различных пскусственных приемов, совершенно не
может сравниться с регуляцией, существующей в океане.
Температура, щелочная реакция, концентрация могут быть
точно отрегулированы человеком, но регуляция всех этих
условий одновременно до сих пор еще не достигнута. Единственно,
что в этом отношении стоит выше океана, эго — организм
высшего теплокровного животного. Мы знаем, однако, что и здесь
все явления органического развития начались в океане, и что
имеющиеся приспособлении у овершенствовались только в одном
лаправлении. Это утверждение не произвольно. Установлено.
— 114 —
что не только соки тела низших морских организмов точно
соответствуют по своему составу морской воде, но также есть
указания на то, что соки тела высших организмов могут быть
поставлены в связь с морской водой, хотя бы и отдаленной
эпохи. Изменения, которым подверглись жидкости организма
в течение развития, не настолько значительнв1, чтобы эту связь
нельзя было распознать х).
Сравнение относительных количеств различных солей,
которые содержатся как в морской воде, так и в крови различных
млекопитающих (здесь взяты средние значения измерений,
полученных на различных видах),—может выяснить это отношение.
Состав солей в °/0.
Na ,
Mg .
Са .
К .
С1 .
SO*
С03
Вг .
р2о5
Морская
вода.
30,59
3,79
1,20
1,11
55,27
7,66
0,21
0,19
Кровяная
сыворотка.
39
0,4
1
2,7
45
12
0,4
Пробелы в таблице не значат, что те или иные вещества
отсутствуют в воде или в организме, они обозначают только, что
количество их незначительно. Словом, в обоих случаях мы
находим те же вещества, при чем и в том и дрзтом случае хлористый
натрий преобладает. Важная роль углекислоты в обмене ве-
х) См. интересные сообщ. Macallum: „Transaction of the Royal
society of Canada", 1908, II, p. 145.
— 115 —
ществ объясняет присутствие большого количества двууглекислого
натра в крови, благодаря чему повышается содержание как
натрия, так и углекислого газа.
Нужно заметить, что процессы регуляции в океане и в
животном организме сходны еще в одном или даже в двух
отношениях: именно, в отношении регуляции температуры путем
испарения и регуляции щелочной реакции. Правда, подобное
сходство не имеет непосредственного значения, интересен только
факт, что оба рода регуляции в высшей степени совершенны
и именно благодаря особенным свойствам, приспособленности воды
в первом случае и углекислоты во втором. Необходимо
упомянуть, что регуляция в океане в общих чертах
необыкновенно сходна с регуляцией
физиологического процесса, хотя подобные физиологические явления
обыкновенно рассматриваются всегда, как результаты
органического развития. Подобную мысль высказывал иПалич, когда он
исследовал щелочную реакцию океана. Сходство еще более
бросается в глаза, если мы примем во внимание неизменяемость
важнейших физических условий в океане. Как бы ни было трудно
уловить те тонкие черты физиологических процессов, которыми
обусловливается их действие, их приспособляемость и их
точность, я полагаю, что всякий, знакомый с общими признаками
жизненных явлений, не может не подметить их более грубого
слепка в тех средствах, которые служат для регуляции в океане.
Бросающимся в глаза и не лишенным значения фактом
является еще то обстоятельство, что явления как органического,
так и неорганического развития имеют свою исходную точку
в одинаково сложных, точных и почти идеально действующих
процессах.
Разве i невозможно себе представить, что некоторые из
органических процессов, которые в том или ином случае
рассматривались как приспособления, на самом деле должны были бы
возникнуть самостоятельно и совершенно неизбежно.
Эта совершенная регуляция в океане, благодаря которой
стали постоянными его важнейшие физико-химические свойства,
имеет для природы, особенно же для живого организма,
несравненно большее значение, чем предполагали раньше. Такие
естественные свойства среды, может быть, были даже необходимы
для того, чтобы создать возможность жизни в месте ее
возникновения. Я не могу здесь выяснить с достаточной ясностью то
— 116 —
значение, которое всякий занимающийся физической химией
придает регуляции условий химического процесса. Чтобы составить
себе об этом представление, нужно внимательно прочесть
какой-либо труд по физической химии.
Из новейших успехов наиболее важным для биологии является
выяснение того значения, к торое имеет температура, давление,
реакция, концентрация, ионизация и т. д. для всех
физико-химических структур и различных превращений как органических,
так и неорганических.
Приспособленность океана для жизни кажется нам
воплощенном физической приспособленности воды и углекислоты; она
обнаруживается сама по себе в различных явлениях природы; когда-то
благодаря этому свой тву явилась возможность для возникновения
жизнп, а затем это же свойство создало благоприятные условия
для существования и развития организмов.
Нп фантазия поэтов и философов, ни мифы древних народов
не могли дост точно и ценить то значение, пользу и в особенности
то чудесное благотворное влияние, которое оказал океан на
сообщество живых организмов.
ГЛАВА VI.
Химические соединения трех органогенных
элементов.
I. Органическая химия.
Сто лет тому назад среди химиков господствовало твердое
убеждение в том, что все вещества, из которых построено тело
живого организма, обладают особыми своеобразными характерными
признаками, которые отличают их от неорганических тел и делят
всю химию па два больших совершенно обособленных отдела —
органическую и неорганическую химию.
Правда, и тогда уже были выделепы некоторые
органические вещества из живого организма; они были получены в чистом
виде, подвергнуты обыкновенным лабораторным испытаниям и,
конечно, ни в какой стадии не обнаружили никаких
необыкновенных свойств; но все же, по взглядам Берцелиуса, при их
возникновении действовала особая сила, проявление которой при
других условиях считалось невозможным.
Однако, с течением времени старые ошибочные воззрения
были совершенно опровергнуты рядом синтез в, которые с
несомненностью выяснили состав различных химических соединений
животного и растительного организма. Среди них самым
знаменитым является синтез мочевины, произведенный Бе л ером
в 1828 г.
Постепенно стало ясно, что соединения органической химии
отличаются от соединений неорганической только по тем
особенностям, которые обнаруживают углерод, водород и кислород,
когда они образуют между собой соединения, так же, как
соединения других элементов обнаруживают другие характерные
признаки. Никакого другого различия нельзя было найти, — всякое
правило химии относится в равной степени как к органическим^
— 118 —
так и к неорганическим соединениям, и таким образом должно
было стать понятным, что жизнь всегда подчиняется общим
законам химии.
По мере того, как удавалось получать новые синтезы,
исследователи открывали ту или иную область органической химии,
к которой живой организм не имел ни малейшего отношения.
Путем практического применения новых веществ, с одной стороны,
благодаря возникновению многочисленных захватывающих
теоретических проблем — с другой, эта отрасль знания развивалась все
больше и больше, пока, наконец, приблизительно к середине
прошлого столетия, не возникло воззрение, что органические
вещества, которые были известны первоначально, составляют
лишь незначительную часть всех существующих соединений. Все
углеродистые соединения — где бы и когда бы они ни
встречались— принадлежат к области органической химии, но обычно
химику не часто приходится сталкиваться с физиологической
и биологической химией. Это не значит, что исследователи
склонны делать различия между веществами, встречающимися в
живом организме, и прочими, так как в конце концов
ясно, что, за исключением некоторых очень сложных веществ,
подобное различие не имеет смысла; характер самой проблемы
и ее историческое развитие направили внимание по другому
направлению.
Различие между органической химией как областью, к
которой принадлежат все углеродистые соединения, и неорганической,
охватывающей все другие соединения, продолжает тем не менее
существовать. В течение необыкновенного развития
органической химии, которое можно рассматривать, как одно из
значительнейших достижений девятнадцатого столетия, было открыто
необыкновенное количество новых химических соединений. В
1883 г. число углеродистых соединений достигало 20.000,
в 1899—74.000, а в 1902 оно превысило 100.000 *)•
Это достаточно основательное практическое соображение для
того, чтобы рассматривать органическую химию, как
самостоятельную науку. Материал так обширен, что он действительно не
может быть уложен в какую - либо другую химическую область.
1) См. R i с h t е г. „Словарь углеродистых соединений". Hamburg и.
Leipzig, 1900. В этой работе/ к которой все время появляются
дополнительные тома, указываются все новые соединения.
— 119 —
Соединения между углеродом и водородом насчитываются сотнями,
между углеродом, водородом и кислородом — тысячами, число же
возможных соединений этих трех элементов между собой — почти
•беспредельно.
Но не только численность органических соединений
составляет различие между этими двумя областями описательной химии.
Исключительное разнообразие соединений, в которых содержится
углерод, водород и кислород, а в сравнительно редких случаях
и некоторые другие элементы, обусловливается, конечно,
свойствами самих элементов.
Углерод отличается по своим характерным признакам от
других элементов, подобно тому, как свойства аргона, металлов,
щелочей, галоидов характеризуют эти элементы и определяют
особенности их химических отношений; благодаря таким
характерным признакам углерода должны возникать те особенности,
которые свойственны углеродистым соединениям, как особому
массу, и которые отличают их от соединений других элементов,
подобно тому, как анатомические признаки отличают один класс
животных от других.
Словом, соединения углерода единственны в
своем роде, не только потому, что они
многочисленны, но они многочисленны потому, что
представляют из себя соединения углерода с
кислородом и водородом, а в некоторых случаях
ж с другими элементами. Как некоторый класс, они
обладают еще и другими, менее бросающимися в глаза
свойствами, но эти последние — мы должны это открыто сказать —
еще недостаточно разъяснены химией.
Виной тому является, без сомнения, единственно еще
недостаточная полнота научных знаний, так как особые методы
органической химии дают нам достаточное орудие для выяснения
существования таких классовых особенностей *).
Для предстоящего исследования очень важно изучить
возможности химических соединений между углеродом, водородом
и кислородом, и поэтому мы переходим теперь к рассмотрению
некоторых результатов синтетической органической химии.
х) См. Введение к книге Meyer u. J a k о Ъ s о п. „Lehrbuch der
oitganischen Chemie". Leipzig, 1907 г.
— 120 —
А. Валентность.
Важнейшая теоретическая основа органической химии, это—
понятие о валентности.
Рассмотрим химические формулы некоторых простых
водородных соединений, напр., НС1, Н20, NH3, СН4, Ш, НВг. Ясно?
что в таких формулах по меньшей мере один атом водорода
вступает в соединение с одним атомом другого элемента. Имеются,
однако, случаи, где один атом водорода соединяется с одним
атомом другого элемента, как НС1, НВг, HJ, и такие, где два
атома водорода соединены с одним атомом другого элемента, как
Н20, или три атома водорода с одним, как NH3; имеются также
соединения, где четь ре атома водорода соединены с одним атомом
другого элемента, как, напр., СН4. Вели мы теперь примем, что
при соединений атомов проявляют свое действие отдельные силы
или связи, то водородному атому мы можем приписать одну только
связь. Если бы это было иначе, то должны были бы существовать
X
соединения типа: X — Н — X, X —Н< или другого типа, в
А.
котором один водородный атом был бы связан более, чем с одним
атомом элемента меньшей валентности, а это противоречит фактам.
Следовательно, обозначая валентность чертой, мы можем
следующим образом выразить структурную формулу соляной кислоты,,
воды и метана:
Н Н
\/
Н —С1; Н — О-Н; С
/\
н н
Мы, следовательно, видим, что кислород обладает двумя
валентностями, а углерод четырьмя. Эти утверждения доказаны
бесконечным количеством открытий; на них основываются также
построения тех точных структурных формул, которые образуют
значительную часть органической химии. Не подлежит также
никакому сомнению, что во всех соединениях, с которыми мы
будем иметь дело, водород является всегда одновалентным, кисло-
род двухвалентным, а углерод четырехвалентным.
Вывод на этом основании всех возможных формул
органической химии требует только применения особой области математики.
— 121 —
В. Углеводороды.
Соединения углерода и водорода должны быть рассмотрены
в первую очередь. С одним углеродным атомом возможно только
одно соединение, а именно метан:
Н
I
н-с-н
!
Н
Если мы соединим два углеродных атома простой связью 7
то получим формулу этана:
Н Н
I !
н-с—с—н
I I
н н
Поступая далее таким же образом, мы скоро встретимся
с большой сложностью. Например, гексаны, числом пять,
представляют соединения, которые все выведены по этому плану и
содержат шесть углеродных атомов. Все они имеют одну
эмпирическую формулу C6HU; их различный состав представлен
следующими структурами, из которых каждая соответствует
известному веществу:
н-
н-
н-
н-
н-
н-
н
1
-С —Н
-С—Н
-с—н
1
-с—н
1
-С — Н
1
-С —Н
1
н
н-
н н
1 1
1 1
_с— н н — с-
с—н
1
н -с—н
1
Н —С—Н
1
н—с—н
1
н
-н
н-
н-
н
1
1
-с-
1
-С
н
н
н н
н н—с
\/
с—н
1
— С —Н
J
-А-н
1
н
¦н
— 122 —
Н Н
I I
Н —С—Н Н-С— Н
н н
I !
н —и—н н—с—н
с—н
с—н
Н — G — Н Н —С—Н
с—н
н
н—с—н
н
Во всех соединениях, которые представлены
вышеприведенными формулами, мы видим, что каждый атом углерода
четырехвалентен, каждый атом водорода, наоборот, одновалентен.
Если возрастает число углеродных атомов, содержащихся в
одной молекуле, то необыкновенно быстро возрастает и число
возможных соединений (изомеров). Например, имеется 9 форм
соединений C7Hi6; 18 для С8Н18; 35 для С9Н20; 75 для Ci0H22;
159 для СПН24; 355 для С12Н26; 802 для Ci3H28; 1855 для
С14Н30 *). Мы не имеем также никакого основания сомневаться
в возможности получения всех этих соединений и притом в
форме вполне устойчивых веществ. До сих пор при приготовлении
всех этих веществ в лаборатории имел успех всякий, кто
приступал к работе с известной ловкостью, хорошо разработанным
планом и соответственным исходным материалом.
Возможность двойных и тройных связей между парой
углеродных атомов способствует значительному увеличению числа и
разнообразию углеводородов.
В качестве примера можно привести этилен: Н Н
\ /
с=с
н
н
и ацетилен : Н—С=С—Н
») Cayley. „Beriehte". 8,1056 (1875),Hermann. „Beriehte" 13, 792
(1880). 30, 2423 (1897), 31,91 (1898). Losanitseh. „Beriehte" 30, 1917 3059;
(1897), оптические изомеры здесь не принимаются во внимание.
— 123 —
Наконец, углеродный атом обладает способностью
образовывать весьма различные циклические соединения, напр:
СН2
/\
СН2 GH2
I I
ОВ.2 СИИ?
ч/
сн2
н
с
ЧЧ
НС СН2
НС СН,
ч/
С
н
н
с
чч
НС СН
НС СН
ч/
с
Н
ОН2 — CH2 СЕь—СНг
! I \" /
сн2 сн2 \/
Далее такие кольца могут вступать в соединение с
углеродной цепью, и кольцо так же, как и цепь, может содержать и
одиночные, и множественные связи.
Связи могут быть как прямые, так и разветвленные, что
также вызывает увеличение числа соединений; кольца могут
соединяться между собой, напр:
СНз
С
ЧЧ
НС СН
I II
НС С—СНз
V
с
н
СНз
1
1
с
ЧЧ
НС СН
НС СН
ч/
с
н
СНз
1
1
с
ЧЧ
НС С—СНз
1 II
НС СН
ч/
с
н
— 124 —
СН3 Н CHg
С /\ уСНз С
Х\ НС С-СН< /\
НС СН | || \гн НС СН
не сн СНз
НС СН \/ НС СН
Ч/ С Ч/
С Н Сн
I I
СНз С
/х.
СНз ОН 2
Н Н НИН
ее сне
/\/\ /\ I х\
НС С СН НС С—С — С СН
I I! I I II I I II
НС С СН НС СНС НО СН
\/\/ \/ \/
ее с с
н н н н
Совершенно невозможно хотя бы бегло описать все
необыкновенное разнообразие и сложность углеводородов; еще менее
возможно вкратце дать о них полное представление.
Они насчитываются сотнями, но, конечно, имеются
тысячи возможностей к возникновению опред^-
лейных, состоящих только из водорода и
углерода тел.
С. Соединения углерода, водорода и кислорода.
Количество и разнообразие известных и возможных
соединений повышается еще более благодаря вступлению в реакцию
кислорода. Кислород может образовывать с углеродом и
водородом следующие типы органических соединений:
^С — О — И; ^О-О— С^; ^;С = 0.
Эти группы представляют отдельно или в комбинации весьма
разнообразные и важные классы соединений.
— 125
Обозначив через R одну группу или один состоящий из
углерода и водорода радикал, мы будем в состоянии выразить
следующим образом некоторые важнейшие подотделы:
Алкоголи первичные R.CH2OH
Алкоголи вторичные R2CH0H
Алкоголи третичные Rs СОН
Альдегиды R—С^
Кетоны R2 СО
Кислоты RCOOH
Сложные эфиры RCOOR
Эфиры ROR
Путем введения в молекулу кислорода, всякое соединение
углеводорода может быть превращено в несколько веществ;
подобные производные очень многочисленны даже в простейших
случаях. В нижеприведенных формулах я составил перечень всех
тех углеводородов, которые содержат три углеродных атома и
не образуют циклических соединений; здесь же я привожу также
и все возможные их кислородные производ ые. Большинство
этих производных имеет весьма различную степень устойчивости,
однако, совершенно очевидно, что они могут существовать хотя
частью и не в изолированном виде; некоторые из них являются
весьма распространенными и известными веществами, как
молочная кислота, пропиловыи алкоголь, два вида простейших
Сахаров и т. д.
СНз
СН2
1
СН2ОН
СНз
i
1
с
III
сон
СНз
1
СН2
1
СНз
СНз
1
снон
j
СНз
СН2ОН
1
1
с
III
сн
СНз
1
сн
II
сн2
СНз
1
СН
II
СНОН
СНз
1
снон
1
СН2ОН
СН3
II
II
с
II
сн3
СНз
1
сон
II
сн2
СНаОН
1
сн2
1
сн2он
СН3
J
{
с
СН2ОН
1
сн
II
сн2
СНз
1
сон
II
снон
сн2он
1
1
сн
II
снон
— 126 —
СН2ОН СНОН СН2ОН СШОН СН2ОН
I II I II
сон с с снон сон
сн2
СНз
1
СН,
1
сно
СНз
1
со
1
сно
СНз
1
он*
1
соон
СНз
1
снон
1
сно
сно
1
сн
II
снон
снон
сщ
1
со
J
СНз
сно
j
сн2
1
сно
соон
j
сн
11
сн2
СН2ОЫ
1
сн2
1
сно
снон
II
с
II
со
сон
СНз
[
сн
II
со
Ьно
i
1
сн
II
со
соон
1
1
с
111
J
сн
СН2ОН
со
1
СН3
СНО
1
с
«он
СН2ОН
сно
1
1
сн
II
сн2
со
II
с
11
со
соон
сн2
1
СООН
СНз
j
сон
II
со
снон
со
II
с
II
си2
сно
j
со
1
сно
СН2ОН
j
сн
II
со
сно
1
1
с
ill
сн
сно
j
сон
II
сн2
СНдОН
1
снон
1
сно
сно
1
сон
II
со
СНз
снон
1
соон
сы2он
1
do
!
СН2ОН
СН2ОН
сн2
I
СООН
СН2ОН
j
сон
11
00
соон
1
сон
II
СНо
СНО
сон
11
снон
соон
1
1
сн
II
снон
сн2он
j
со
1
сно
соон
1
1
L
сно
j
снон
1
сно
СН2ОН
j
СНОН
1
соон
— 127 —
соон соон
I I
сон снон
II I
снон соон
сн3 сно соон соон
I I I
СО СНо СИ СО
I I " II I
соон соон со соон
СНоОН СНО СООН
I I I
со снон сон
i i II
соон соон с = о
Здесь мы имеем сравнительно простой случай. Если
увеличивается число углеродных атомов, содержащихся в одной
молекуле, то одновременно возрастает и число возможных
кислородных производных, притом несравненно быстрее, чем в
простых вышеописанных углеводородах. Нельзя, следовательно,
сомневаться в том, что, кроме ныне существующих
соединений, насчитывающихся тысячами,
возможны миллионы таких же соединений,
составленных исключительно из водорода, углерода и
кислорода.
В большинстве случаев единственная трудность их
получения состоит в выборе соответственного исходного материала и
необыкновенной сложности постановки опыта. Напр., возможны
сотни тысяч гидроксильных производных углеводородов — параф-
финов, имеющих формулу С14Н3о, но известно лишь одно из
этих соединений *); и все же все они или, по крайней мере,
большая часть из них были бы определенными веществами, если
бы они были получены.
Не менее важным является разнообразие их физических и
химических свойств. Следующие тела являются, напр.,
индивидуумами в химическом отношении, которые в сравнительно чистом
виде состоят только из трех элементов: алкоголь, формальдегид,
уксусная кислота, фенол, щавелевая кислота, ацетон, эфир,
молочная кислота, сахар, хлопчатая бумага, глицерин, оливковое
г) Metlial—составная часть китового жира.
— 128 —
згасло, камфара, таннин, офиотоксин (тело, содержащееся в
яде очковой змеи), крахмал, ванилин (ароматическая составная
часть стручка ванили), салол, бензойная кислота, дигиталин. Это
такое разнообразие, которое не поддается
никакому описанию, да оно почти и не требует
описания, так как факты говорят сами за себя.
Соединения тех трехэлементов,изкоторыхобразованывода
и углекислота, существуют в несметных
количествах и отличаются несравненным разнообразием
свойств. Они охватывают как весьма постоянные,
так и очень непостоянные соединения, твердые
тела, жидкости и газы; химически активные и
химически инертные вещества; кислоты и
нейтральные соединения, тела, которые легко окисляются,
и такие, которые могут быть окислены только с
очень большим трудом. В большинстве случаев
эти соединения могут вступать друг с другом
в реакцию; кроме того, при соприкосновении с
другими элементами, главным образом с азотом и
серой, они могут образовывать еще более
сложные и разнообразные вещества.
Д. Другие органические соединения.
Органические соединения, содержащие азот, очень
многочисленны и обладают необыкновенно разнообразными свойствами.
Важнейшие классы этих соединений следующие:
Амины R — NH2, RsNH, R3N
Нитросоединения R — N02
Нитрилы R — С = N
Изонитрилы R — NC
Аминокислоты R — CH. NH2. COOH
R- N
Азоксисоединения | >0
R-N
Азосоединения R — N = N" — R
Гидразосоединения . . . . R — NH — NH — R
Производные пурина, пиридина и других циклических систем
и т. д.
Азотсодержащие органические вещества охватывают
некоторые классы соединений, которые по всем своим свойствам
отличаются от соединений, не содержащих азота. Важнейшим
— 129 —
из этих свойств является, может быть, щелочная реакция.
Производное аммиака — амидогруппа (NH2) — прежде всего отличается
этой особенностью; другие азотсодержащие вещества также
обладают этим свойством. Эти группы веществ дополняют,
следовательно, те, которые содержат карбоксильную группу и
осуществляют таким образом и в органической химии возможность
соотношений между кислотами, щелочами и солями, которая в
точности отвечает такому же соотношению в неорганической
химии.
Среди органических веществ имеется также много
соединений серы, хлора, броиа, иода и других реже встречающихся
элементов. Во всех этих случаях сложность и
разнообразие сое динений основывается, главным
образом, на способности углерода, водорода и
кислорода или только углерода и водорода давать друг
с другом многочисленные, разнообразные и
сложные соединения, которые служат основой для
дальнейшего усложнения молекулы.
Е. Характеристика органических веществ.
Все громадное разнообразие органических веществ покоится,
следовательно, во-первых, на четырехатомности углерода; атом
углерода становится центром, от которого по четырем различным
направлениям могут тянуться цепи атомов. Если же
встречаются двойные и тройные связи, то боковые цепи идут только
в двух или в трех направлениях:
I u/
I
Во-вторых, атомы углерода обладают почти безграничной
способностью давать соединения друг с другом и образовывать
таким путем разнообразнейшие цепи и кольца. Эю свойство
выступает особенно ясно, когда углеродные атомы встречаются в
соединении только с водородом; при других обстоятельствах это
свойство менее заметно или же соединения являются
неустойчивыми. Самая длинная цепь, которая когда-либо была достиг-
— 130 —
нута, встречается в соединении гексаконтан *), 060 Н122,
веществе, состав которого, вероятно, следующий:
СНз • СН2 • СН2 (СНа)Б4 СН2 • СЩ . СН3.
Устойчивость этого вещества оправдывает предположение о
том, что возможно существование еще более длинных цепей
углеродных атомов, и действительно, возможность соединения
углеродных атомов, повидимому, почти беспредельна.
Никакой другой элемент не обладает двумя
этими свойствами углерода, и мы имеем все
основания думать, что все отсюда происходящие
особенности системы органических соединений-
действ ительно единственны в своем роде. Если мы
обратимся к периодической системе элементов, то мы увидим,
что углерод помещается в первом ряду. Большинство элементов
этого ряда обладает отчетливо выраженными и резко
отличающими их от всех других элементов свойствами, в
противоположность элементам других рядов, среди которых, может быть,
только водород можно рассматривать как совершенно особое
исключение. Углерод имеет очень мало сходства со своими
соседями кремнием и титаном; азот мало походит на фосфор и
ванадий, кислород мало на серу и хром; что касается водорода,
то он занимает совершенно особое место в классификации и
соответственно этому, как элемент, он также совершенно
своеобразен.
Уже a priori в высшей степени вероятно, что элементы,
обладающие столь резко выраженными химическими признаками
и такими необыкновенными свойствами, должны давать
соединения, которые совершенно не походят на соединения других
элементов. Таким образом, периодическая система подтверждает
успехи многолетнего опыта, и мы можем принять, что другие
элементы по всей вероятности не в состоянии образовывать
соединений, которые могли бы итти в сравнение с известными нам
органическими соединениями, по своему количеству,
разнообразию и сложности. Дальнейшие доказательства могут быть
найдены в известных выводах органической химии.
О Hell und Hag el e. „Berichte" 22э502 (1899).
131 —
Я имею в виду прежде всего свойства органического
радикала, который состоит исключительно из углерода и водорода.
При выработке рациональной классификации углеродистых
соединений нашли целесообразным исходить из нараффинов, т.-е. из
той серии углеводородов, о которой мьт упоминали в начале
нашего обзора. Из этой серии можно получить другие, путем
известных замещений в молекуле. Если мы на место простого
водородного атома введем гидроксильный радикал, то из углеводородов —
параффинов CnH2n-f2 — мы получим алкоголи Сп Нгп-иОН; если
мы заместим метильную группу СН3 карбоксилом СООН, то из
параффинов Сп H2n-{-iCH3 мы получим кислоты On H2 n + iCOOH.
Выделенные таким образом группы соединений выполняют,
благодаря своим химическим свойствам, все требования класса.
Они представляют совокупность весьма характерных, очень
похожих друг на друга индивидуальных тел, которые отграничены
от других веществ совершенно отчетливыми признаками.
Другими словами: увеличивающаяся сложность
молекулы мало влияет на ее свойства, если только
это увеличение сложности происходит
исключительно на счет радикала, составленного из
углерода и водорода по формуле CnH2lljri.
СНз—, СНз • СН2-
СНз • Cli2 • СН2—
СН3\ртт
СНз-
, СНз • СНз • СИ2 • GH2—
СНз\СН_СН2-
-СН, СНз\
>СН—СНз—С—
СН2/ СНз/
Метан СН4 похож на обыкновенный бутан СН3 ¦ СН2 • СН2 - СН3
а пропионовая кислота СН3 • ОН2 * СООН — почти одинакова с
гептиловой кислотой СН3 • СН2 • СН2 • СН2 • СН2 • СН2 • СООН.
Дело совершенно меняется, когда в молекулу
вводится какой-нибудь посторонний радикал. Про-
пиловый алкоголь СН3 • СН2 • СН2 • ОН напр., который очень
похож на обыкновенный алкоголь, отличается по своей природе
весьма значительно от глицерина СН2 ОН • СНОН • СН2 ОН, а
уксусная кислота СН3 • СООН по всем своим свойствам очень
значительно разнится от щавелевой кислоты СООН • СООН. Эти
различия становятся еще заметнее, если радикал прибавляется
к одному только углеродному атому. Путем окисления из этана
— 132 —
ОНз • СН3 мы получаем алкоголь ОН3 • ОЫ2 ОН, альдегид
СН3 • СН(ОН)2,, который путем вторичных превращений снова
переходит в постоянную форму СН3-СНО; уксусная кислота
СН3 • О (ОЫ)з подобным же образом переходит в СН3 • СООН.
Эти изменения соответствуют превращениям этана, т.-е.
монометилметана, в диметилметан, в триметилметан и тетра-
метилметан.
СНз — ОНз—*ОНз ' ОНз * СНз —
-ОН —СН8
СНГ
сн3.
СНз ОНз
\/
о
ОН3 СНз
В последнем случае замена водорода метильной группой
не оказывает заметного влияния на общие свойства тел, в
первом же случае, наоборот, путем последовательных введений гидро-
ксильных групп образуются алкоголи, альдегиды и кислоты,
т.-е. вещества, принадлежащие к совершенно различным классам
соединений и не имеющие между собой ничего общего.
Таким образом изменение числа и
размещения таких групп, которые встречаются в угле-
водородах-параффинах
— С — ОНз, — О — 01Ъ~- С -, — С
¦С
>СН-С—,
-С XS-
>0\
—0х ХС-
не оказывает заметного влияния на важнейшие
свойства молекулы, изменение же числа и раз-
— 133 -
мещения кйкой-нибудь д ру г ой труп иы и зже ня е т
коренным образом ее характерные свойства.
Можно, конечно, сказать, что это утверждение неправильно,
что будто бы относительное возрастание гидроксилов в
вышеприведенных случаях имеет больше значения, чем относительное
изменение радикалов типа — СН3, = СИ2 = ОН и =Ё= С Во-первых,
ясно, что последние четыре радикала на самом деле различны,
и apriori мы не имеем основания к допущению, что их влияния на
свойства молекулы не должны быть также различны, что, напр.,
благодаря их различию, соединения пентана СНз " ОНз * ОН2
• ОН2 * СН3 и тетраметилметана не должны быть совершенно не
похожи друг на друга. Этого на самом деле нет. Во-вторых,
переход от метана СИ4 к этану ОН3 * СНз обусловливает большие
изменения в пропорциях молекулы, чем переход от алкоголя
ОНз • СН2 ' ОН к гликолю СН2ОН * СН2ОН или альдегиду
СН3 e CHO. Однако два последних замещения обусловливают
более важные изменения свойств.
Соединение углерода с водородом в
органических соединениях представляет действительно
единственное в своем роде и совершенно
своеобразное химическое соотношение, от которого в
большинстве случаев зависят свойства
углеродистых соединений, их число, их разнообразие
и их сложность.
Видимо, нет никакой разницы, соединен ли
один углеродный атом с четырьмя водородными
атомами или с одним углеродным атомом и с
тремя водородными, или с двумя углеродными и
с двумя водородными, или с тремя углеродными
и с одним водородным атомом или с четырьмя
углеродными атомами; во всех этих случаях
влияние радикала на общие свойства молекулы
оказывается весьма незначительным.
Существует довольно большое число явлений, благодаря
которым можно было бы разъяснить природу этого отношения;
в данном случае достаточно указать только на два из них. С
накоплением углеводородных радикалов, кислотность уксусной
кислоты СН3 * СООН изменяется лишь очень медленно и
незначительно ; кислотность таких соединений, как пропионовая кислота
СИ, • СН2 ¦ СООН и масляная кислота СН3 • СН2 ¦• СН3 • СООН,
— 134 —
лишь немного меньше кислотности самой уксусной кислоты,
так как все влияние на степень кислотности тех более крупных
радикалов, которые в них содержатся, уже использовано
метальными группами.
Если же вводится гидроксильная группа, как, напр., в гли-
колевой кислоте СН2 * ОН * СООН, или хлорный атом, как в
монохлоруксусной кислоте СН2 • С1 " СООН, то кислотность
значительно повышается, и трихлоруксусная кислота является уже
очень сильной кислотой. С другой стороны, аминоуксусная
кислота CH2NH2 ' СООН обладает менее заметными кислотными
свойствами.
Таблица констант ионизации кислот.
Уксусная кислота . . .
Пропионовая кислота .
Масляная кислота . .
Гликолевая кислота . . •
Монохлоруксусная кислота
Дихлоруксусная кислота
Трихлоруксусная кислота
Гликоколь
Щавелевая кислота . . .
СН3 < СООН 0,000018
СН3 • СН2 • СООН 0,000014
СН3 * CHS • СН2* СООН 0,000016
сн2 • он • соон
СН2 • С1 • СООН
СНС12 • СООН
СС13 • СООН
СН2 • NH2 • СООН
СООН • СООН
0,00015
0,0015
0,05
1,2
0,000 000 000 18
од
Если в углеводород-параффин мы введем вместо метильной
группы карбоксильную, то молекулярная теплота сгорания,
независимо от его состава, напр. СН3 • СН3—> СН3 * СООН, падает
почти точно на 157 калорий. Превращение же уксусной кислоты
в щавелевую СН3 * СООН—> СООН * СООН, которая структурно
представляет такое же изменение, сопровождается уменьшением
молекулярной теплоты сгорания только на 147 калорий1). На
этих двух примерах мы видим, что характер влияния, которое
оказывают на молекулу радикалы, состоящие исключительно из
углерода и водорода, почти не зависит от ее размеров и
структуры. Всякая другая группа одним своим присутствием
изменяет радикально свойства соединения.
Так как может быть доказано, что подобные термохимические
влияния, так же как и разница между монохлоруксусной и три-
*) S t о Ъ та а п в „Zeitsehrift fiir physikalisohe CTi«>miee TI. 29. 1888 т.
— 135 —
хлоруксусной кислотами, зависят1) от числа и структуры этих
посторонних групп, то ясно, что особенности влияния,
которое оказывают углеводородные радикалы на
свойства молекулы, не сравнимы с влиянием
других радикалов.
Та индифферентность в отношении свойств молекулы,
какую проявляет водород, соединенный с углеродом, является, без
сомнения главной причиной постоянства сложных органических
веществ. Благодаря эгим особенностям обоих элементов может
сохраняться постоянство химической энергии углерода, и длинные
углеродные цепи оказываются стойкими. Еогда же в молекулу
вводится посторонний радикал, то этим самым ослабляется
соединение углеродных атомов между собой, и соединение
становится неустойчивым. Свойства углеводов, о которых речь будет
ниже, представляют прекрасные примеры такого непостоянства.
Словом, органические соединения в некоторых
отношениях нужно рассматривать, как
соединения углерода и водорода, так как свойства их
обусловливаются не свойствами самого углерода,
а теми свойствами, которые проявляет углерод
в соединении с водородом.
Здесь невозможно входить в рассмотрение проблем
молекулярной механики сложных веществ, каковыми являются, напр.,
различные циклические соединения органической химии. Мы
заметим только, что во всех этих соединениях водород
господствует над всеми другими элементами, за исключением углерода;
это должно служить достаточно удовлетворительным
доказательством его важного значения.
Все эти наблюдения, вместе взятые, вполне достаточны, чтобы
доказать или по крайней мере допустить с достаточной степенью
вероятности, что органическая химия является
своеобразной областью и что никакие другие
элементы не могут образовать столь
многочисленных, сложных и разнообразных соединений, как
углерод, водород и кислород. Во всяком случае, вне
всякого сомнения, что соединения органической химии являются
*) Henderson, „Journal of physical Chemistry", IX, 40,1905.
„Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences" XLIL 639, 1907»
„Zeitschr.fiir physik. Oheraie", B, 413, 1907 r.
— 136 —
выдающимися в этом отношении, и что у других систем,
состоящих из других элементов, подобное явление встречается
весьма редко.
Далее, из только что приведенных свойств следует, что
первое важное условие сложности живых организмов и, как
мы это уже видели, разнообразие и сложность их химических
составных частей — зависит главным образом от качества тех
элементов, которые образуют эти вещества; это качество является
по всей вероятности единственным в своем роде и очень
редким свойством материи. Те элементы, из которых состоит вода
и углекислота, и, вероятно, только эти одни элементы
обладают столь чудесными свойствами; эти свойства воды и
углекислоты, так же, как и место, которое они занимают в
космическом развитии, как составные части атмосферы, все это
указывает на целый ряд фактов, о которых нельзя умблчать.
Разнообразие химических превращений, которым
подвергаются органические вещества, и то характерное непостоянство,
благодаря которому легко достигается большая сложность
химических взаимоотношений, является для живого организма не
менее важным, чем число и разнообразие свойств этих веществ'.
Другими словами: роль органических веществ не
ограничивается только доставкой необходимого
материала для сложных построений организма,
по, благодаря своему непостоянству и своим
многочисленным изменениям, они снабжают
живой организм различными химическими силами,
которым свойственны весьма сложные
физиологические функции.
Важный фактор, которым определяется сложность
химических изменений у органических веществ, это — существование
большого количества простых структурных взаимоотношений,
обнаруживаемых ими друг относительно друга. Примером этого
могут служить формулы некоторых производных пропана,
имеющие значение в биологии.
СН3 СН3 СЫз СЫз
lilt
он2 он2 со со
III!
СН2ОН СООН СНз ОНО
Пропиловый Пропионовая А петой Метил-
алкоголь, кислота. " ' * глиоксалъ.
— 137
СНз
1
СНОЫ
1
СООН
Молочн. кислота.
сн3
CHNH2
|
СООН
Алании.
ОНзОН
1
снон
1
СН2ОН
Глицерин.
ОН2ОН
ОШШ2
1
соон
Серии.
СНоОН
1
свои
1
сно
Глицерин альдегид.
CH2SH
CHNH2
1
СООН
Цистин.
си.,оы
1
СО
1
СН2ОЫ
Диокси-ацетоп.
сн3
1
CH2SH
j
соон
а - тиомолочная
кислота.
Из выше приведенных веществ ацетон, молочная кислота,
глицерин, метил-глиоксаль, пропионовая кислота, глицериналь-
дегид, диокси-ацетон, аланин, серии и цистин играют весьма
важную роль в физиологических процессах. Следствием
таких разносторонних химических отношений
является большое разнообразие химических
превращений. Эти превращения значительно облегчаются,
благодаря удивительному непостоянству органических веществ,
которое, может быть, можно рассматривать, как характернейшую
черту их состояния.
Многие неорганические вещества могут подвергаться
действию очень высоких температур, не испытывая при этом какого-
либо химического изменения, но вряд ли существует такое
органическое вещество, которое было бы в состоянии выдержать
очень большое повышение t°. Кроме того, органические
вещества легко подвергаются изменениям под влиянием воздуха
и света. Пока это только попутные указания на непостоянство
органических веществ; разбор особого случая поможет нам ближе
познакомиться с их действительным характером.
F. Сахар и.
Благодаря исследованиям Эмиля Фишера, формула глюкозы 1)
пишется обыкновенно следующим образом:
*) Разбор этой формулы можно найти во всяком руководстве по
органической химии.
— 138 -
JH
I
0=0
I
н—с—о—н
I
НО —С -Н
I
н—о—о—ы
Н—О—О—Н
I
ОН2ОН
Необходимо заметить, что атомы углерода, к которым
присоединены четыре различных группы, являются ассиметричными,
т.-е. это означает, чтч) они могут существовать в двух видах,
которые относятся друг к другу, как правая и левая рука (П а-
стбр, Лебелъ, Вант-Гофф). Этим свойством вызывается
появление еще большего числа и разнообразия органических
соединений. При изображении формулы необходимо представить
строение молекулы так, как она располагается в пространстве
(в трех измерениях); это может произойти тогда, когда мы себе
представим, что трехмерная формула таким образом
спроектирована на бумагу, что водородный атом, помещенный по правую
сторону углерода, указывает на одну ассиметричную форму,
водородный же атом, помещенный по левую сторону, на другую
такую форму.
Известно давно, что оптическая активность (способность
вращать плоскость поляризации) растворенной в воде глюкозы
вначале изменяется медленно, пока не достигнет своего
постоянного значения. Недавно было обнаружено, что это явление
обусловлено, по всей вероятности, существованием в растворе трех
различных видов глюкозы, которые переходят друг в друга,
прежде чем установится некоторое равновесие х). Если к такому
раствору прибавить небольшое количество щелочи, то тогда
произойдут еще некоторые другие очень существенные изменения.
1) Это явление было детально разоубрано Г ё д з о н о м (Hudson.
„Journal of the Ашег. Chemical Society", XXXII, 889, 1910).
— 139
ОН
I
Н - С-
н-А-
НО —С-
1
н—с
I
н-с—он
сн2он
-он
-н
о:
оно
I
н—с —он
НО —С —Н
Н —С —ОН
1
Н —С —ОН
ОНаОН
+-т
и
HO-C-
Н —С —ОН
НО —С —Н
Н —С
I
н—с-он
ОНоОН
о
Впервые это было показано Лобри дё Брён1). При
таких условиях образуется манноза и левулеза, вероятно, по
следующим формулам:
CHO
HCOH
неон
неон
неон
сн2он
I
со
I
но—с—н
H —С—ОН «н»
Н — С — ОН
СНоОН
НО
н
н
сн2он
онон
I
с-он
-С —Н
I
-С —ОН
I
-С —ОН
I
СН3ОЫ
ОНО
НО —С —Н
НО —С —Н
I
Н —С —ОН
Н —С —ОН
)Н2ОН
Эти оба вещества, подобно глюкозе, существуют в растворе
тоже в трех различных видах, так что подобный раствор
содержит по крайней мере десять различных химических индиви-
') См. многоч. работы Lobry de Bruyn и Alberda van
Ekenstein в „Reoueil dps firavaux chimiques dee Pavs Bas" XIV—XIX.
— 140 —
дуумов. Но, конечно, ясно, что одновременно протекают и
другие химические изменения и что раствор, даже при начале
опыта, является гораздо более сложным.
При дальнейшем возрастании щелочной реакции происходят
дальнейшие превращения; они возникают также и вначале, но
значительно медленнее. Эти явления, как известно, иногда
приводят к образованию молочной кислоты СН3 * СНОИ • СООН,
метилглиоксаля СН3 * СО * ОНО и формальдегида Н * СНО.
Кроме этих веществ, как показал Неф1), могут возникать и
другие соединения, которые большей частью относятся к классу
оксикислот. Вне всякого сомнения, что при этом образуется
большое количество других Сахаров, которые походят на глюкозу,
маннозу и левулезу; обобщая все это, мы можем принять, что
число составных частей такого раствора по меньшей мере
равно 200; все эти разнообразные вещества возникли из глюкозы
и при этом единственно под влиянием незначительного избытка
гидроксильных ионов. Эти вещества обнаруживают очень большое
разнообразие химических свойств. Мы здесь находим алкоголи,
альдегиды и кетоны, в очень большом количестве кислотные
радикалы, которые соединены друг с другом самыми
разнообразными способами; соединения с расщепленными цепями, двойные
и тройные связи углеродных атомов, которые еще более
увеличивают разнообразие; все эти вещества обладают сильной
химической активностью.
Разбор одного простого случая, может быть, поможет
разъяснить этот пункт еше лучше. Виндаус и Енооп2),
показали, что в таких растворах в присутствии аммиака одна
молекула метилглиоксаля, одна молекула формальдегида и две
молекулы аммиака, соединяясь, образуют кольцо и дают таким
образом метилимидазол. Это вещество близко родственно гистидину,
представляющему очень важную составную часть протеиновой
молекулы.
ОН,— С = 0 н Л1
| NH8 \ н —С —N/C-H
1-) Nef. „Liebigs Annalen", 376, p. 1, 1910 und 357, p. 294,1907 r.
2)Кпоори Windaus. „Berichte". XXXVI, 1166, 1905, Hofmei-
sters, „Beitrage", VI, 392, 1905 r.
— Hi —
Непостоянство глюкозы и всех других простых Сахаров
в действительности носит совершенно необыкновенный характер,
и все вытекающие отсюда явления многочисленнее и сложнее,
чем в каком-либо другом известном случае. Этот случай как
раз очень важен для физиологии, так как углеводы возникают
непосредственно, благодаря синтетическому воздействию
хлорофилла : 6С02 -|- 6Н20 = C6Hi206 + 602. Они являются источником
всех органических веществ и всей энергии, расходуемой
растениями и животными во время органического круговорота. Кроме
этого, углеводы являются главной составной частью растений и
главной пищей животных.
Если мы теперь обратимся к образованию углеводов в
растениях, то мы найдем многие важные факты для нашего
исследования. Подробностп химических превращений, благодаря
которым из воды, углекислоты и солнечной энергии образуете^
сахар и кислород, еще не выяснены, несмотря на
многочисленные тщательные исследования. Во всяком случае важно
установить, что при этом синтезе происходят следующие 2 процесса:
1. Углекислота и вода должны быть
восстановлены. Это значит, что из этих двух соединений должен
быть удален кислород, чтобы освободить одну валентность,
которая могла бы связать углерод и водород в одну молекулу.
Относительное количество трех элементов С : Н : О = 1 : 2 : 1
должны соответствовать их соотношениям в простых углеводах.
2. Отдельные углеродные атомы должны
соединяться друг с другом до тех пор, пока в каждую
молекулу на место одного первоначального углеродного атома не
войдут шесть атомов.
Теоретически из воды и углекислоты, путем простого
восстановления, без соединения углеродных атомов, можно было бы
получить следующие вещества: окись углерода СО, муравьиную
кислоту Н • СООН, формальдегид Н * ОНО, метилалкоголь СН3ОН
и метан СН4. Таким путем удалось уже получить
непосредственно лабораторным путем муравьиную кислоту, формальдегид
и окись углерода.
Известна теория, объясняющая возникновение углеводов,—
это теория Бейера, который принимает, что полимеризация
одного из этих веществ, формальдегида, протекающая по
следующей реакции: 6Н • CHO = C6Hi206, непосредственно
приводит к образованию сахара. Это явление подтверждено также
— 142 —
экспериментальными данными. Исследования Бутлерова, Левд
и Фишера выяснили, что в растворах с ясно выраженной
щелочной реакцией формальдегид сам по себе переходит в смесь
Сахаров, которые очень походят на глюкозу. Кроме того, такой
раствор, без сомнения, состоит из таких же разнообразных
веществ, как раствор глюкозы, который подвергся действию
раствора щелочи той же концентрации.
Из того, что было сказано выше, ясно, что когда смесь
воды и углекислоты подвергается какому-либо химическому
процессу, необходимо сначала удалить кислород как из
углекислоты, так и из воды, чтобы эти оба атома (Н и С) могли
соединиться в одну молекулу.
Если этот химический процесс, который, несмотря на
большие затруднения, может быть воспроизведен в
лаборатории, закончился, то среди других веществ возникает и
формальдегид. В щелочных растворах формальдегид
образует углеводы и приводит таким образом к той смеси веществ
и реакций, которые мы коротко приводили выше. Одним
словом: химический процесс, который наступает,
когда вода и углекислота должны подвергнуться
какому-либо превращению, непосредственно и,
повидимому, неизбежно приводит к наибольшей
сложности, которая когда-либо могла
наблюдаться в каком-либо химическом явлении; он
приводит к системе, состоящей из 200 или более
веществ, из которых большинство обладает
большой химической активностью.
Не следует забывать, что сам организм принимает
значительное участие в этих явлениях. Химические реакции в листе
растения по всей вероятности протекают без всякого перерыва
в формальдегид ной стадии. Это гладкое течение процессов,
благодаря которому вместо смеси небольших количеств
различных веществ возникают большие количества определенных
веществ, может быть еще более замечательно, чем те химические
явления, которые лежат в основе этих процессов. Само собой
разумеется, что действие энзим играет здесь выдающуюся роль;
в противном случае мы, несмотря на блестящие успехи в
исследовании хлорофилла, недавно достигнутые Вильштеттером1),
*) См. его многочисленные сообщения в последние годы в „Liebigs
Annalen" об исследованиях хлорофилла. Berlin, 1913.
— 143 —
не можем себе представить те приемы, с помощью которых
работает организм.
Химическое обоснование этих явлений остается, однако, без
изменений; углеводы относятся к естественным продуктам воды
и углекислоты, они отличаются своим непостоянством и
разнообразием своих реакций, когда они находятся в растворе или
в особенности в условиях, которые господствуют в океане1), или
в протоплазме клеток. Эти вещества дают начало большому
количеству других активных химических веществ. Легко также
видеть, что в присутствии энзим, которые обладают способностью
избирательно ускорять определенную реакцию, из
многочисленных продуктов, которые могли бы возникнуть, образуется лишь
определенное вещество; оно образуется в сравнительно чистом
виде и притом совершенно автоматически.
В природе эти явления выполняются органическими, весьма
сложными структурами и при этом с таким совершенством,
которое почти недостижимо для химиков; однако, все эти
явления в основе своей покоятся на естественных
свойствах упоминавшихся выше трех элементов.
Я еще раз подчеркиваю, что важным в этих явлениях
представляется следующее: восстановление, это первое
необходимое превращение воды и углекислоты,
приводит нас путем простого длительного
химического процесса в самые дебри органической
химии; надо заметить, что точная регуляция
этого процесса превращения воды и углекислоты
не представляет больших затруднений для
организма; на основании этого мы приходим к
самому важному из сделанных до сих пор выводов,
а именно,—что безчисленные, разнообразные,
химически активные вещества должны возникать
неизбежно, единственно благодаря свойствам
самих явлений. Без сомнения, большинство этих веществ
путем самостоятельного синтеза образуется лишь в ничтожном
количестве, так как организм обладает в высшей степени развитой
способностью, путем энзиматического катализа, выбирать те
группы реакций, которые отвечали бы его потребностям, и
делать их господствующими. Приспособление здесь также
*) Henderson. „Journal of Biological Chemistry". X, 3, 1911 г.
_ 144 —
взаимное. Своеобразная химическая присное о-
бляемость явлений и громадные химические силы
организма тесно сочетаются между собой.
Таковы вкратце те важные преимущества, которые
представляет для органического механизма соединение трех
элементов, благодаря их особым свойствам. Эти преимущества
распространяются на число веществ, их разнообразие, на разнообразие
реакций, на легкость реакций (непостоянство) и на особые
соотношения между водой и углекислотой, с одной стороны, и
углеводами— с другой. Они обусловливают также необыкновенное
разнообразие химических взаимоотношений, благодаря которым
раз образовавшиеся химические вещества получают способность
принимать различные жизненные формы, делаться источником
для других веществ и с помощью всеобъемлющих, быстро
совершающихся химических превращений становиться источником
энергии.
Q. Гидролиз.
В течение пищеварительного процесса важнейшие пищевые
вещества—углеводы, жиры и белки—подлежат целому ряду
превращений, которые по существу являются совершенно
одинаковыми. Эти явления известны под именем гидролитических
расщеплений или, коротко, гидролиза. В основе своей они состоят
в том, что большие молекулы исходных веществ постепенно
расщепляются, при чем каждое расщепление сопровождается
вступлением в реакцию молекулы воды, пока, наконец, из крахмала
и других подобных тел не образуются простые сахара, напр.,
глюкоза; из жиров при этом образуются жирные кислоты и глицерин,
из белковых веществ так называемые аминокислоты.
Расщепление жиров очень походит на гидролиз
обыкновенного сложного эфира; расщепление белковых тел и углеводов
удаляется несколько более от этого процесса, хотя все же имеет
с ним некоторое сходство.
Следовательно, в качестве примера этой реакции мы можем
привести гидролиз обыкновенного сложного эфира, напр.,
метилового :
Н-С —О —СН8 + НОН = Н —С—О —Н + Н —0-СНз
II II
О О
145
Этот процесс представляет из себя не что
иное, как типичную реакцию между водой и
органическими веществами. Нельзя, следовательно,удивляться,
что подобные реакции ни в коем случае не ограничиваются
процессами пищеварения. Продукты пищеварения всасываются
сейчас же после их возникновения; это весьма облегчается
благодаря их простому строению, и эта простота строения обусловливает
также и то, что ояи не вносят в тело, в которое они вступают, ни
малейшего следа своего прежнего строения. Если же они снова
должны превратиться в ткани животного организма, то они должны
стать теми жирами, углеводами и протеинами, которые
свойственны физиологическим структурам данного организма, они
превращаются в гликоген, гемоглобин, фибриноген и т. д. Они,
следовательно, снова подлежат превращению, представляющему
обращение пищеварительного процесса.
Н —С —О —Н + Н-0-Ш8 = Н —С—О—СНз+Н—О—Н
Но это еще не конец процесса. Напр., гликоген, который
в живом организме образуется таким путем из глюкозы,
содержащейся в крови воротной вейы, превращается скоро снова в
глюкозу. Кроме этого, в физиологии млекопитающих имеется
еще целый ряд специальных случаев такого же гидролитического
расщепления. Образование гиппуровой кислоты из бензойной
кислоты и гликоколя, так же, как и образование самой мочевины,
принадлежит к этой же категории явлений; все химические
превращения, которые имеют место в организме, покоятся большей
частью, на подобных же реакциях.
Не следует, однако, думать, что случаи гидролитического
расщепления вне организма редки, или что типы процессов,
которые происходят в организме, являются единственными в этом
роде. Во всей органической химии нет более общей и
распространенной реакции, чем гидролиз; гидролизу подлежат и многие
соединения или группы соединений, которые не имеют ничего
общего с живым организмом. Кроме этого, в общем все реакции
этого класса в главных чертах очень походят друг на друга, и
это сходство относится как к их динамическим, так и к
статическим признакам. Они никогда не возникают произвольно или,
если возникают, то протекают очень медленно; однако, под влия-
— 146
нием энзим, кислот или щелочей, которые действуют
каталитически, т. - е. ускоряют явления, не принимая в них участия,
подобно тому, как масло облегчает ход машины, процессы
развиваются гладко хотя и не очень скоро. Побочных продуктов при
этом не образуется; реакции протекают в одном определенном
направлении и по существу весьма просты. Благодаря этому,
организм имеет возможность переделывать и перестраивать все-
возможные химические вещества, без всякой потери части
материала.
Главная причина этой особенности процесса гидролиза
заключается в том, что он сопровождается очень незначительным
превращением энергии. Было установлено, что химические
реакции, которые освобождают большие запасы энергии, трудно
поддаются регуляции, очень часто усложняются побочными
сложными реакциями и прежде всего очень трудно обратимы. В
противовес этому, реакции, которые сопровождаются обычно малыми
превращениями энергии, протекают гладко и медленно до тех
пор, пока они не достигнут некоторого состояния равновесия,
при котором реакция далеко еще не закончилась *). При таких
обстоятельствах, незначительное изменение условий может повести
к обращению плохо уравновешенного процесса: реакция может
протекать в каждом из двух направлений. Еак пример того, что
при гидролитическом расщеплении мы имеем незначительное
превращение энергии, можно привести несколько типичных случаев,
которые взяты для относительно простых веществ:
ГИДРОЛИЗ.
Молекулярный
тепловой эффект
в калориях.
В процентах]
теплоты
сгорания
Тростниковый сахар
Молочный сахар . .
Мальтоза
Этилацетат .....
+ 1,9
+ 4,3
— 3,7
+ 2,0
0,2
0,3
0,3
0,3
*) Vant Hoff, „Aeht Vortr'age iiber physik. Chemie". Braunschweig,
1902. Vort. VL
147 —
Такие изменения теплоты реакции лежат, конечно, в
пределах ошибок методики исследования; во всех этих случаях теплота
реакции, без сомнения, так незначительна, что обыкновенными
методами исследования ее измерить не представляется
возможным *). Мы, следовательно, видим, что благодаря этим явлениям
организму представляется дальнейшая выгода, так как
подобная переработка не сопровождается никакой потерей энергии.
Это утверждение подкрепляется успехами всех исследований,
которые были сделаны по вопросам превращения энергии при
процессах обмена. Организм может выполнять эти процессы самыми
разнообразными и сложными путями; он может изменять и
перерабатывать в любом отношении свою химическую структуру, но
благодаря этим явлениям никогда не происходит заметной потери
ценного материала или не менее ценной энергии.
Но этот процесс, как мы уже видели, представляет из
себя характерную реакцию между водой и органическими
соединениями вообще. Как таковой, он представляет для нас очень
большой интерес; его исключительная пригодность служить
средством регуляции, а также его биологическая приспособленность
в других отношениях имеет очень большое значение для
настоящего исследования.
II. Неорганическая химия.
При рассмотрении органической химии мы исчерпали
углеродистые соединения, но не соединения водорода с кислородом.
Эти последние элементы выступают почти так же часто в
реакциях неорганической химии и играют важную роль при
возникновении почти всех относящихся к этой области молекул. Чтобы
доказать их важность в этой области, я сосчитал
соединения и классы соединений, которые встречаются в предметном
указателе „Учебника неорганической химии" Эрдманна, 2-е издан.
iJStohmann. „Zeitschrift fur physik. Chemie", II, 29,1888 (см. также
Ostwald. „Lehrbuch der Algemeinen Chemie)". Эти данные являются
наиболее полными из существующих, и они дают нам возможность
судить о теплоте гидролиза у соединений, которые не содержат азота.
Многочисленные исследования, проведенные в лаборатории Фишера над
протеиновыми веществами, показывают, что и у этих веществ наблюдаются
такие же явления, а прямые измерения подтвердили результаты
измерений теплоты сгорания.
— 148 —
Там указывается 435 веществ; 259, следовательно,
приблизительно 60°/0 из них, содержат кислород; 130, следовательно,
30°/о — содержат водород. Это является, без сомнения, хорошим
доказательством, так как указанная книга является обстоятельной
работой, и все важнейшие соединения принимаются в ней во
внимание. Если даже из вышеприведенного перечня мы все вычеркнем
кислоты и небольшое количество тех веществ, которые
приводятся в связи с их кристаллизационной водой, то все же ясно
выступает громадное значение обоих элементов.
Лишь одна четверть всех указанных веществ не содержит
ни кислорода, ни водорода. Большая часть из них состоит
из хлоридов, бромидов, иодидов, сульфатов, фтористых
соединений и из других подобных соединений, важность которых
заключается не в разнообразии их химических реакций, а в их
происхождении, которое, без сомнения, зависит от участия как
водорода, так и кислорода.
Химические вещества, которые не содержат
ни углерода, нп водорода, ни кислорода,
составляют лишь незначительный процент всех
известных тел. Совершенно ясно таким образам, что громадное число
химически активных веществ содержит или водород или кислород.
Во всех кислотах мы находим водород, у большинства также
кислород, во всех щелочах кислород; далее, реакции окисления
и восстановления, при которых водород и кислород играют
важную роль, являются, вероятно, важнейшими из реакций
неорганической химии; сюда же относится и образование солей из
кислот и щелочей.
На-ряду с окислами и возникающими из них кислотами и
щелочами надо упомянуть и еще о некоторых важных веществах,
содержащих водород и кислород: озон 03, перекись водорода Н2 02,
аммиак Ш13, гидразин N2H4, гидроксиламин NH2OH,
сероводород H2S, соляная кислота НС1, хлористый ннтрозил NOC1, хлористый
тионил SOC]2, фосген СОС12, фосфористый водород РН3,
мышьяковистый водород AsH3, хлорокись фосфора Р0С13.
Подобные соединения, как и многие другие, имеют большое
значение, благодаря разнообразию химических процессов, в
которых они могут принимать участие. Они образуют наиболее
активные вещества неорганической химии, и мы можем принять,
что их активность обусловливается главным образом свойствами
водорода и кислорода.
- 149 -
Выдающаяся роль водорода и кислорода в неорганической
химии имеет для нас двоякое значение. Во-первых, она
укрепляет в нас мысль, что элементы, из которых образованы вода
и углекислота, — единственны в своем роде, так как данные
неорганической химии показывают, что водород
и кислород вызывают там, где они находятся,
очень большую химическую активность, и что в
этом отношении их свойства совершенно
исключительны. Во-вторых, организм имеет возможность при
посредстве водорода и кислорода использовать, в случае нужды, и
другие элементы, так как водород и кислород являются, с одной
стороны, главными факторами в процессе обмена веществ, а с
другой — главными составными частями как самих живых существ,
так и окружающей их среды. Без водорода и кислорода
возможность поступления других элементов в
физиологические процессы была бы очень
ограничена; тем не менее во многих случаях физиологическое
значение соединений, которые содержат элементы неорганической
химии, необычайно велико.
Например, в хлорофилле содержится магний, и было
показано, что восстановительные процессы в листе обусловливаются
особыми свойствами этого элемента. В органической химии, при
так называемой реакции Гриньяра, магний является одним из
самых радикальных средств для осуществления восстановительных
реакций.
Подобным же образом гемоглобин содержит железо, и
способность этого пигмента соединяться с кислородом и в форме
оксигемоглобина притекать от легких к тканям, без сомнения,
должна быть приписана химической природе этого металла.
Существуют и другие подобные металлические элементы, выполняющие
аналогичную функцию у низших организмов; здесь мы можем в
первую очередь указать на медь, которая образует соединения,
известные под именем гемоцианинов.
Фосфор в органических соединениях образует значительную
составную часть различных химических структур, из которых
построен живой организм. Нуклеиновые кислоты, которые для
растительных и животных клеток и тканей не менее важны, чем
жиры, углеводы и даже белки, содержат прежде всего фосфор.
Этот последний образует, следовательно, вместе с азотом, после
углерода, кислорода и водорода, основной строительный материал
— 150 —
в биологической химии. Фосфор находится также и во многих
других соединениях; простейшей основой этих веществ является
глицерино-фосфорная кислота:
СН2 • ОН
I
снон
I
сн2 о - н
\ /
0-~Р=0
\
о—н
соединение фосфора, водорода и кислорода с глицерином. Сера
содержится во всех белковых веществах, встречается также и
во многих других соединениях. При обмене веществ у животных
сера превращается в серную кислоту Н2 S04, путем окисления
некоторого производного сероводорода; у растений этот процесс
идет в обратном направлении.
Иод содержится в щитовидной железе и во многих
морских организмах. Значение этого элемента обусловливается тем,
что в природе он находится в форме иодидов, т.-е. он обладает
способностью в соединении с водородом образовывать иодоводо-
родную кислоту.
Благодаря аналогичному соединению хлора с водородом,
через посредство соляной кислоты, обусловливается кислотность
желудочного сока. Этот перечень мог бы бить легко значительно
расширен, но я думаю, что положение вещей установлено с
достаточной ясностью.
Мы пришли к выводу, что различные важные
активные неорганические вещества содержат
обыкновенно водород и кислород и что все другие
элементы только тогда становятся полезными и легко
усвояемыми для живого организма, когда
находятся в соединении с одним из этих элементов.
151
III. Термохимия.
Всякое химическое изменение покоится на одновременном
превращении энергии и материи. Истинная сущность химических
явлений определяется не одним каким либо из этих явлений, но
обоими одновременно; энергия так же относится к области
исследования химика, как и материя.
До сих пор в наших исследованиях мы совершенно не
касались явлений превращения энергии, исключая тех, которые
сопровождают реакции гидролиза. Освобождающаяся химическая
энергия проявляется обыкновенно в форме тепла и явления
гидролитического расщепления, образуют очень важный и своеобразный
класс химических реакций, характеризующихся крайне
незначительным тепловым эффектом. Однако, на основании наших
предпосылок ясно, что живое существо для построения своего
сложного механизма нуждается как в материи, так и в энергии.
Поэтому теперь мы обратимся к рассмотрению особенностей тех
превращений энергии, которые сопровождают химические
реакции углерода, водорода и кислорода. Выше мы уже указывали на то,
что единственное химическое явление, которое становится
неизбежным, когда первоначальные составные части окружающей среды
изменяются в каком-нибудь направлении, это — восстановление,
т.-е. более или менее полное отщепление кислорода от углеродного
или водородного атома в молекулах углекислоты и воды. При этих
явлениях превращения энергии зависят от степени восстановления
и изменяются, благодаря этому, как ее функция. Во всяком случае
явление сопровождается большим поглощением тепла, что можно
видеть из следующих таблиц. Калории выражают энергию (теплоту),
которая была поглощена на грамм возникшего вещества, когда
началось восстановление воды и углекислоты.
Водород Н2 34,5 калорий.
Углерод С 8Д
Метан СН4 13,3
Метилалкоголь СН3ОН 5,3
Формальдегид Н2 СО 4,2 „
Гексоза С6Н206 3,74 „
Окись углерода СО 2,4 „
Муравьиная кислота НСООН ... 1,4 „
Такие вновь возникшие соединения сохраняют свою энергию
только до тех пор, пока они остаются неизменными, при
окислении они отдают ее надело обратно, подобно тому, как вода,
при превращении ее из пара в жидкое состояние, освобождает
то тепло, которое было ею поглощено при испарении. Таким
образом, каждый грамм глюкозы или любого иного моносахарида
должно рассматривать, как временный запас 3,7 калорий
солнечной энергии, так как это количество энергии поглощается при
синтезе с помощью хлорофилла и отдается обратно при сгорании в
мышце.
Как показывает следующая таблица, соединения углерода
и водорода особенно приспособлены к тому, чтобы служить
запасным складом энергии и освобождать ее при процессах
окисления.
Таблица теплоты сгорания элементов на граммы вещества.
Водород . .
Углерод . .
Сера (в S03)
Сера (в S03)
Азот (в N02)
Фосфор. . .
Бор ....
Кремний . .
Калий . . .
Кальций . .
Алюминий .
Мы видим, что водород в отношении
выделяемого им при окислении тепла далеко превосходит
всякий другой элемент; второе место занимает бор,
превосходящий в этом отношении углерод.
Соединения углерода и водорода, содержащие еще и
кислород, способны сохранять только часть этого тепла; однако, и
этого уже достаточно, чтобы превратить обыкновенные составные
части организма в самое совершенное хранилище энергии.
Таким образом, напр., теплота сгорания углеводов
колеблется между 3,7— 4,2 калорий на грамм, белковых веществ —
между 5 и 6 калориями, а теплота сгорания жиров между 9,2 —
9,5 кал. на грамм. Благодаря незначительному содержанию
кислорода, жиры являются более богатыми источниками энергии,
34,5 калорий.
8Д
2,3 „
3,2
0,2
5,9
12,3 „
3,3
1,3
з,з
7,0 „
153
чем сам углерод или всякий другой элемент, за исключением
водорода и бора.
Нам остается принять во внимание еще только один факт,
который так же важен, как и разобранный выше: именно
необыкновенно интенсивное превращение энергии, которое
сопровождает окислительные и восстановительные процессы, в
противоположность другим химическим явлениям. Следующая таблица
дает представление о количестве тепла, выделяющегося при
возникновении некоторых соединений из отдельных составных
частей; она может послужить нам для более детального разъяснения
этих явлений.
Таблица теплоты образования.
Калорий.
Н20 .
С02 .
НС1
HF.
NH3
S2C1<
СС14
Р1з
ВС12,
3,83
2,22
0,60
1,97
1,23
0,08
0,49
0,26
0,79
cs2 .
NaCl
LiCl .
NaB2
NaF.
SiH4.
SiF4.
NS. .
Na2S
Калорий.
— 0,25
1,67
2,20
0,87
2,64
— 0,21
2,31
— 0,69
1,U
Итак, мы видим, что кислород в отношении
тепла, которое он выделяет при химических
соединениях с другими элементами, значительно
превосходит все остальные элементы за исключением
фтора. Следовательно, мы можем заключить, что,
вообще говоря, окислительные реакции являются
самым лучшим химическим источником энергии;
реакции восстановления, наоборот, представ ляют
лучшие средства для того, чтобы путем химиче-
— 154 —
ских процессов связывать энергию; наконец, из
всех окислительных и восстановительных
реакций с наибольшими превращениями энергии
связаны реакции водорода и кислорода.
Поэтому реакции образования и расщепления
воды и углекислоты представляют из себя лучшие
способы для получения энергии путем
химических превращений. Это последнее положение, которое
я хочу привести, но оно является одним из самых важных. Мы
видим, что те самые химические превращения, которые по
многим другим причинам являются наиболее приспособленными для
того, чтобы проявляться во многих физиологических процессах,
оказываются одновременно способными вводить в жизненный
поток наибольшее количество энергии; эти реакции возникли под
влиянием космического процесса.
Еак с точки зрения превращения материи, так и с точки
зрения превращения энергии углерод, водород и кислород каждый
в отдельности и все вместе имеют важное значение для
сложного, деятельного и подвижного механизма, благодаря их
выдающейся и своеобразной химической приспособленности. Только
одни эти элементы способны построить и привести в движение
этот сложный механизм. Постоянные соединения этих элементов,
вода и углекислота, из которых состоит неизменная окружающая
среда, охраняют и обновляют его, поглощая из солнечного света
все новые и новые запасы энергии.
ГЛАВА VII.
Аргументация.
Изложение фактического материала, касающегося
биологической приспособленности окружающего мира, этим заканчивается.
Я здесь изложил все свойства, которые я мог подметить у воды,
углекислоты и у соединений трех элементов, и все следствия,
вытекающие из этих свойств, которые мне казались
благоприятными для жизненных процессов. Теперь мы можем обратиться
к точному разбору этого фактического материала и именно в том
направлении, как это было мною предложено в гл. П.
Прежде всего мы испытаем, с достаточной ли точностью
были нами подвергнуты изучению важнейшие физические
свойства, и убедимся в том, не было ли опущено что-либо
существенное. Таким образом, нам представляется возможным найти ответ
на очень важный вопрос — не обладают ли и другие элементы
сочетанием таких же свойств? Затем мы посмотрим, не имеется
ли других элементов или соединений, которые могли бы итти
в сравнение с углеродом, водородом и кислородом, с водой
и углекислотой в отношении тех свойств, которые их
делают столь необходимыми для органического механизма; при
этом мы будем рассматривать эти свойства, как нечто целое.
К сожалению, придерживаясь этого немного сухого логического
приема, нам трудно будет избежать скучного и, может быть,
кажущегося ненужным повторения. В этой стадия исследования
необходимо, однако, придавать наибольшее значение точности, так
как вообще изучать такую обширную область нелегко, и по
существу мы не можем быть уверены, что избегаем грубых
заблуждений. Такие особенности, к$к, например, необыкновенное
расширение воды при изменении температуры или отношение воды
и углекислоты к углеводам, не могли быть предусмотрены. С
другой стороны, общие характерные признаки материи хорошо
известны, и они должны быть выявлены путем тщательного
исследования.
— 156 —
I. Общее содержание приводимых доказательств.
Сначала мы сопоставим все те особенности среды, которые
имеют значение с точки зрения явлений приспособленности, а
затем охарактеризуем в нескольких словах вытекающие отсюда
следствия.
Явления природы, которые создают
приспособленность окружающего мира к требованиям
жизни:
I. Присутствие воды и углекислоты в значительных количествах
над поверхностью небесного тела (вне литосферы).
II. Свойства воды.
а) Удельная теплота.
б) Точка замерзания.
в) Скрытая теплота плавления.
г) Скрытая теплота парообразования.
д) Давление пара.
е) Теплопроводность.
ж) Расширение вблизи точки замерзания.
з) Расширение при замерзании,
и) Способность растворения.
к) Диэлектрическая постоянная,
л) Способность к ионизации,
м) Поверхностное натяжение.
III. Свойства углекислого газа.
а) Растворимость в воде.
б) Константа ионизации.
IV. Свойства океана.
а) Число и разнообразие составных частей.
б) Количество растворенного материала.
в) Подвижность.
г) Равномерность температуры.
д) Равномерность осмотического давления.
е) Равномерность щелочной реакции.
ж) Равномерность состава.
— 157 —
V. Химические свойства углерода, водорода и кислорода.
а) Количество соединений.
б) Разнообразие соединений.
в) Сложность соединений.
г) Число реакций.
д) Разнообразие реакций.
е) Сложность реакций.
ж) Однообразие и незначительное количество превращений
энергии при явлениях гидролитического расщепления,
з) Химическое отношение углекислоты и воды к сахарам.
и) Непостоянство Сахаров,
к) Разнообразие Сахаров и их реакций,
л) Теплоты реакций, которые встречаются в органической
химии.
м) Большое количество и разнообразие соединений и реакций
между кислородом и другими элементами.
и) Большое число и разнообразие соединений и реакций
между водородом и другими элементами.
Все свойства и явления, которые встречаются в
вышеприведенной таблице (за исключением Не и Из) по своей природе
и по своему масштабу являются единственными или почти
единственными в Своем роде; они обусловливают наиболее
благоприятные условия для того механизма, который мы определили
нашими основными положениями; они создают и поддерживают
целый ряд состояний, которые обусловливают возникновение
жизни. Эти условия следующие: распространенность, богатство,
разнообразие, постоянство, подвижность, однородность состава
и неизменяемость физико-химических условий в окружающей
среде; количество, разнообразие, возможность приспособления,
возможность использования, активность и богатство энергии у
веществ, которые принимают участие в процессе обмена;
постоянство физико-химических условий, как, например,
температуры, щелочной реакции, коллоидальной дисперсности и т. д.
внутри самого организма; влияние некоторых физиологических
явлений, способность использовать электрические силы и т. д.
Одним словом, вышеприведенные
естественные свойства окружающей среды путем различных
независимых и объединенных между собой
влияний вызывают и благоприятствуют сложности,
регуляции и обмену веществ — трем характерным
признакам жизни, которые мы приняли за основу
всех наших рассуждений.
158
II. Всесторонность и полнота обработки
вышеприведенного материала.
Если мы попытаемся выяснить вопрос, с достаточной ли
полнотой мы рассмотрели различные типы явлений, различные
элементы и соединения, то нам полезно бросить беглый взгляд
на разные отделы физических наук, а именно: на химию,
механику, учение о теплоте, о звуке и свете, о магнитизме и
электричестве, а также и на физическую химию.
При рассмотрении физических и химических свойств мы
начнем с химических явлений в тесном смысле этого слова. Все эти
явления, согласно атомистической теории, покоятся на
перегруппировке атомов внутри молекулы. В результате происходит
превращение одного химического индивидуума в другой, которое,
как правило, сопровождается также превращениями энергии.
Прежде всего мы должны вспомнить, что на каждом
небесном теле, достаточно большом и образовавшем вследствие
охлаждения кору, находятся огромные количества углерода, водорода и
кислорода в форме воды и углекислоты, которые являются
главными составными частями атмосферы. Далее было уже показано,
что известные нам вещества, состоящие из углерода и водорода,
а также вещества, содержащие углерод, водород и кислород, по
своему числу, разнообразию, сложности состава и превращений не
могут итти в сравнение ни с какими соединениями других
элементов. Точно так же известные нам соединения водорода и
кислорода вместе с другими элементами образуют многочисленные
важнейшие вещества неорганической химии. К этому ряду химических
признаков, столь важных с точки зрения их приспособленности
к биологическим явлениям, прибавляются еще два свойства
углеродистых соединений: образование и свойства углеводов и
свойства явлений гидролитического расщепления. Эти факты
ясно указывают на то, что элементы углерод, водород и
кислород совершенно исключительным образом приспособлены к тому,
чтобы образовать как вещество, из которого состоит живой
организм, так и вещества окружающей среды, где этот организм
находится. Эти важные с биологической точки зрения свойства
обусловливаются их химическими особенностями и большим
количеством энергии, которая может быть использована при их
химических превращениях.
159 —
В настоящей работе механика заняла подчиненное место
по отношению к химии. Тем не менее ясно, что своеобразные
свойства воды являются причиной необыкновенной подвиж=
ности этого вещества и всего окружающего мира вообще; они
являются также причиной динамических явлений в геологии и
метеорологии и т. д. Они же играют первенствующую роль
в образовании земной поверхности. Далее было выяснено, что
вода задерживается в почве благодаря своему поверхностному
натяжению; в качестве жидкости, растворяющей различные
вещества и сохраняющей их в растворе, она обусловливает этими
своими свойствами высокое осмотическое давление и подвижность
всех элементов; кроме этих явлений, в предыдущих главах было
разобрано и множество других. Во всех разобранных случаях мы
нашли, что свойства воды являются весьма благоприятными для
жизни организма. Если мы примем во внимание, что так как
механика имеет, вообще говоря, лишь небольшое значение для
наших основных положений, то мы должны считать, что и эта область
разобрана нами здесь в достаточном объеме.
Значение теплоты было более выдвинуто нами на первый
план и соответственно этому в нашем обзоре термические
явления занимают более значительное место. Все термо-химические
свойства, характерные для органических соединений, и все
тепловые свойства воды представляются весьма благоприятными для
жизни. Их непосредственным следствием является возможность для
организма приготовлять большие запасы тепла и поддерживать
равномерную температуру в самом организме и в окружающей
среде. Кроме того, благодаря особым тепловым свойствам воды,
она может скопляться в огромных количествах на земле. Одним
словом, создается множество других важных условий, которые
все свидетельствуют об исключительности этих свойств с точки
зрения приспособленности к жизни.
Звук, свет и магнитизмне были разобраны особо,
так как они, вообще говоря, имеют второстепенное отношение
к нашим главным положениям. Среди электрических явлений
самым важным является электролитическая диссоциация
растворов. Вода является лучшим средством для осуществления этой
диссоциации; таким образом, ее свойства обусловливают
электрохимические явления, которые представляются для органического
механизма существенно необходимыми.
— 160
Вместе с физической химией, которой мы уделили внимание
при рассмотрении химической стороны вопроса, и на-ряду с
отдельными главами из области физики, мы должны еще упомянуть
о коллоидах и о водородных и гидроксильных ионах. Было
доказано, что свойства воды являются особенно благоприятными для
существования и постоянства коллоидальных систем, точно так же,
как свойства углекислоты обусловливают саморегуляцию
водородных и гидроксильных ионов в океане и в живом организме.
Насколько мы можем судить по беглому взгляду,
брошенному на отдельные области неорганических
естественно-исторических знаний, мы можем сказать, что наше исследование
физико-химических свойств было проведено с достаточной полнотой.
Это утверждение может быть еще подкреплено мыслями,
высказанными Виллардом Гибсом, которые лежат в основе
его так называемого правила фаз1). На основании этого правила,
состояние равновесия каждой материальной системы зависит от
числа ее компонентов, от числа ее фаз, от температуры,
от давления и в общем от концентрации всех
компонентов, вместе взятых. Мы здесь не будем входить в рассмотрение
точной математической формулировки понятий, определяющих
выражение „компонент" и „фаза"; здесь будет достаточным указать
на то, что вообще число компонентов возрастает с числом
отдельных химических индивидуумов; под фазой же мы понимаем
твердую, жидкую или газообразную часть системы; при этом
эта часть имеет однородный состав. Если мы имеем, например,
некоторую систему, состоящую из соли, солевого раствора, льда
и водяного пара, тогда каждая из этих частей постольку,
поскольку она гомогенна, является отдельной фазой. Однако, из
свойств воды вытекает, что она легче, чем всякое другое
вещество, может одновременно существовать, и притом в
значительных количествах, в трех различных фазах: как твердое тело,
как жидкое и как газообразное, т.-е. в форме льда, воды и водяного
пара. Это явление обусловливается высокой скрытой теплотой
плавления и испарения воды, высокой точкой замерзания ее и
давлением водяного пара. Вода увеличивает сложность
окружающего мира и образует один из важнейших факторов, который
определяет подвижность всей окружающей среды, рассматривае-
г) См., напр., О s t w а 1 d. „Grundriss der allgemeinen Chemie", Ach-
tes Band.
— 161 —
мой, как нечто целое. Далее, вода влияет на неизменяемость
окружающей среды, так как при прочих равных условиях
склонность к изменчивости тем меньше, чем больше число фаз.
Среди различных фаз своеобразным и необычайно важным
представляется дисперсный коллоидальный тип — он образует
почти единственное основание для большого числа сложных
физических явлений — и здесь тоже мы имеем, как уже было
указано выше, некоторые особенности воды, создающие
благоприятные условия для коллоидального состояния.
Благодаря своей способности растворять различные
вещества, вода может вводить очень большие количества веществ
в каждую систему, часть которой она составляет; отсюда мы
видим большое количество составных частей в морской воде,
в кровяной плазме и т. д. Разнообразие органических и
неорганических веществ, содержащих углерод, водород и кислород,
значительно повышает число составных частей в биологических
системах, например, в протоплазме.
Влияние вышеупомянутых свойств воды на регуляцию
температуры так необычайно велико, что здесь не представляется
возможным перечислить все подробности этого явления. Удельная
теплота воды, ее скрытая теплота плавления и испарения, ее
высокая точка замерзания — все эти свойства приводят к
возможному ограничению температурных колебаний внутри
организма, в водоемах и по всей земной поверхности вообще. Мы
уже указывали на то, что при каждом изменении температуры
давление водяного пара обнаруживает также весьма большие и
совершенно необычайные изменения. С метеорологической точки
зрения это представляется важнейшим свойством воды и
существенным условием ее непрерывного круговорота. Соотношение
между газовым давлением углекислого газа и его
концентрацией в воде (коэффициент абсорбции) является, как мы уже
показали, важнейшим фактором, обусловливающим подвижность
этого вещества. Общее атмосферное давление мы не принимали
во внимание в наших исследованиях; нам представляется
вероятным, что оно не находится в каком-либо важном отношении
со свойствами трех вышеупомянутых элементов и потому едва ли
заслуживает особого внимания.
Одним словом, свойства воды и углеродистых
соединений определяют число, разнообразие и
сложность фаз и компонентов с одной стороны.
— 162 —
с другой стороны они же обусловливают и
равномерность температуры. Вместе с тем не менее
важные и своеобразные отношения между водой и
углекислотой, между парами этих веществ и их
газовым давлением влияют на метеорологический
круговорот. Таким образом, рассматривая характерные
признаки окружающей среды с точки зрения правила фаз, мы
можем показать, что они представляют факторы, обусловливающие
регуляцию и сложность материальных систем.
Идеальный метод для описания какой-либо материальной
системы с физико-химической точки зрения состоит, без сомнения,
в применении, где это только возможно, терминов правила фаз1).
Характерные признаки, которые выдвигает этот закон в
известных отношениях, являются самыми важными; следовательно,
вышеприведенное заключение является важным указанием на то,
что ранее приведенный перечень физических и химических
свойств включает все самое существенное.
С целью открыть, где это представляется возможным,
существование тех свойств, которые были нами упущены в нашем
описании явлений приспособленности, я изучил содержание
„Физико-химических таблиц" Ландольта и Бернштейна,
представляющих весьма обстоятельный и содержательный труд.
Кроме некоторых указаний, которые относятся к произвольно
выбранным единицам физических величин, я нашел там еще
*) Десять лет спустя после опубликования Гульдбергом и
В а а г е закона действия масс, В и л л а р д Гиббс, профессор Иэль-
ского университета, показал, как легко можно обозреть и объединить
в группы все состояния равновесия и при этом совершенно без всяких
гипотез относительно молекулярного состояния входящих в равновесие
веществ. Таким путем можно было бы объяснить различное поведение
кажущихся одинаковыми систем, так же, как и одинаковое поведение
систем, кажущихся различными. „Основанием своей теории равновесия
Гиббс принял законы термодинамики, прием, к которому ранее уже
прибегал Горстманн. При выведении своего закона из понятия о
состоянии равновесия Гиббс сделал следующее допущение: каждая
система имеет только три независимых переменных фактора —
температуру, давление и концентрацию ее составных частей — и установил
общую теорему, которая теперь известна под именем „правила фаз". Этим
законом он характеризовал условия равновесия системы, как
взаимоотношение того, что он назвал фазами и компонентами". F i n d 1 а у. „The
Phases Rule and its Applications". London, 1911, 3 изд., стр. 8.
— 163 —
упоминание о ряде свойств, которые я опустил в настоящей
Ениге:
Механический эквивалент тепла.
Угол измерения кристаллов.
Преломление света.
Сжимаемость тел.
Размер газовых молекул.
Упругость.
Электромагнитное вращение.
Плоскость поляризации света.
Окраска.
Вязкость.
Модуль кручения.
Быстрота движения газовых молекул.
Твердость.
Магнитизм.
Скорость распространения света.
Оптическая активность.
Трение.
Скорость распространения звука.
Длина световой волны.
Путь, проходимый газовой частицей.
К этому присоединяются еще явления радиоактивности и т. д.
Ясно, что при настоящем состоянии научных знаний мы
не можем описать большинство из этих свойств с достаточной
полнотой. Попутно можно еще заметить, что сжимаемость у воды
крайне мала, у протоплазмы же она еще меньше *). Поэтому
организм не повреждается даже при значительном изменении
давления; доказано, например, что мышца лягушки
функционирует вполне нормально после того, как она испытала давление
в 500 атмосфер 2).
Далее, очень важным представляется еще то
обстоятельство, что оптические свойства воды дают световым лучам
возможность проникать на значительную глубину. Что касается
красок, то пестрота окружающего нас ландшафта и успехи
новейшей химической индустрии доказывают, что углеродистые
соединения являются источником красящего начала.
*) Henderson und Brink. „American Journal of Physiology".
XXI, 248, 1908.
2) Henderson, Leland u. Means. „American Journal of
Physiology". XXII, 48,1908.
— 164 —
В качестве последнего доказательства для всесторонностм
нашего обзора следовало бы обратиться к изучению соединений
других элементов. Если мы предположим, что для сложного,
отрегулированного, находящегося в действии механизма самыми
важными свойствами оказываются свойства, которыми обладает вода,
углекислота и соединения вышеприведенных трех элементов, то
мы должны задать себе вопрос, возможно ли, чтобы те же самые
характерные признаки встречались и у других веществ?
Поскольку нам до сих пор известны химические вещества,
аммиак представляется единственным соединением, которое в
этом отношении, т.-е. как вещество, которое может заменить в
окружающей среде воду, может быть принято во внимание: и на
самом деле вероятно, что аммиак во многих отношениях может
оказать такие же услуги 1).
х) Подробный разбор тех свойств, на основании которых аммиак
мог бы заменить воду в качестве растворителя и в других отношениях^,
находится в работе Franklin. „The Ammonia system of bases and salts",
American Chemical Journal. Vol. 47, p. 285, 1912.
В этом труде собраны результаты длинного ряда опытов. Для нас
здесь особенно важно следующее введение автора: .Многочисленные,
бросающиеся в глаза черты сходства между жидким аммиаком и водой,
как электролитическим растворителем, неоднократно подчеркивалось
автором и его сотрудниками в ряде сочинений, появлявшихся от времени
до времени в течение последних десяти лет. Это сходство жидкого-
аммиака с водой относится ко всем тем свойствам воды, благодаря
которым вода занимает своеобразное положение как растворитель; эти
свойства следующие: необыкновенно высокая точка кипения, высокая
удельная теплота, высокая теплота испарения, высокая критическая
температура и давление, высокая константа диссоциации, высокая
диэлектрическая постоянная, незначительная константа повышения точки кипения,
особенности, как растворителя, и легкость, с которой происходит
образование солей. Несмотря на то, что точка кипения аммиака лежит при
33,46° ниже нуля, все же она необыкновенно высока сравнительно с
температурой кипения фосф. водорода, сурьм. водорода, мышьяков. водорода,
метана, этилена, сероводорода, соляной кислоты и т. д. Удельная теплота
жидкого аммиака и теплота плавления твердого выше, чем
соответственные константы воды или другого какого-либо вещества, теплота же
испарения у аммиака самая высокая из всех известных жидкостей —
единственное исключение представляет вода. Критическая температура аммиака
необыкновенно высока, а его критическое давление — константа, которая
характерна для каждого вещества, — у аммиака выше, чем у какой-либо
другой жидкости, за исключением воды. Аммиак — жидкость,
содержащая ассоциированные молекулы, и его диэлектрическая постоянная
высока сравнительно с диэлектрической постоянной растворителей не-элек-
— 165 —
Однако, невозможно себе представить накопление в какой-
нибудь атмосфере больших количеств аммиака; с другой стороны,
отсутствие большей части той энергии, которая накопляется
в виде запаса при разложении воды на водород и кислород,
.представляло бы также большой недостаток. Самая же большая
и непреодолимая трудность, с которой нам пришлось бы
столкнуться, если бы мы захотели заместить воду аммиаком,
заключалась бы в полнейшем отсутствии исключительной химической
активности кислорода.
От времени до времени среди химиков вспыхивают споры
общего характера, споры, совершенно не выдерживающие
критики. Это — споры о возможности поставить в органическом
круговороте на место углерода какой-либо другой элемент.
Подобные взгляды никогда нельзя было считать серьезными; они
показали, однако, что в этой роли мы можем представить себе
лишь очень немногие элементы, по всей вероятности только
кремний или бор. Структура многочисленных, разнообразных и
сложных соединений, какими являются соединения органической
химии, не могут быть образованы никакими другими элементами,
кроме углерода, именно углерода в соединении с водородом, и
жы только что показали, что это утверждение основывается на
.многочисленных фактах. Кроме этого, совершенно ясно, что ни
кремний, ни бор никогда не могут достигнуть
подвижности углерода. Окись кремния, кварц, образует наиболее
неподвижные и массивные скалы, окись бора тоже нельзя себе пред-
гролитов, хотя вообще она ниже таковой у воды. Константа повышения
точки кипения у аммиака ниже, чем у всех других известных нам
жидкостей : она равна 3,4, тогда как для воды эта же величина равна 5,2. Аммиак
превосходит воду по своей способности образовывать соединения с
солями, и в текущей литературе мы чаще встречаемся с упоминанием о
солях с кристаллизационным аммиаком, чем с кристаллизационной водой.
Как растворитель для солей, аммиак, вообще говоря, имеет меньше
значения, чем вода, однако, отдельные сдли, как, напр., иодиды, бромиды
ртути, свинца, серебра, растворяются лучше и в больших количествах
в аммиаке, нежели в воде.
Аммиак превосходит воду также и в отношении своей способности
растворять углекислые соединения.
Наконец, в качестве электролитического растворителя, аммиак
оказывает значительное влияние, так как очень сильно разведенные растворы
аммиака проводят электричество при 35,5° гораздо лучше, чем водные
растворы той же концентрации при 18°".
— 166 —
ставить, как подвижную составную часть атмосферы; вообще не
существует устойчивого соединения какого-либо другого элемента,
которое можно сравнить с углекислотой в отношении
подвижности; мы должны помнить, что эти свойства углекислоты
вытекают из двух совершенно независимых ее признаков: во-первых,
из того, что она является газообразным веществом и, во-вторых,
из того обстоятельства, что она растворяется в воде только в
строго определенном количестве. Кроме того, мы должны
принять во внимание регуляцию реакции водных растворов с
помощью углекислоты.
Мы, следовательно, можем утверждать, что водород,
углерод и кислород, вода и углекислота по своим свойствам стоят
совершенно особняком, и отсутствие других свойств, при наличии
указанных выше, почти не им^ет никакого значения.
Вообще, мне кажется, я показал, что физико-химический
обзор проведен с достаточной полнотой. Мы могли убедиться,-
что свойства воды, углекислоты и указанных выше трех
элементов образуют своеобразную совокупность благоприятных для
живого механизма условий. В нашем исследовании, каким бы
несовершенным оно ни было, мы во всяком случае не оставили
без рассмотрения все самые важные свойства.
Уверенность, что наше изложение на самом деле
исчерпывающе, по крайней мере в том размере, какой.позволяет нам
современное состояние науки, представляет последнее
завершающее доказательство в ряде наших утверждений. Насколько мы
в состоянии проникать в сущность вещей, свойства воды,
углекислоты и трех элементов представляются нам во всех
отношениях приспособленными для живых организмов. Ни в одном
существенном признаке эти вещества не уступают другим
соединениям; изучая различные явления внешнего мира, мы не нашли
ничего лишнего среди главных составных частей окружающего
мира.
III. Общий обзор.
Для удобства читателя я повторю здесь в кратких чертах
те доказательства, которые я развивал в предшествующих главах.
I. Приспособленность и явления приспособления покоятся
на взаимоотношении между организмом и внешней средой.
П. Жизнь есть механизм (с физической точки зрения),
следовательно, мы должны ее охарактеризовать следующим образом:
— 167 —
a) сложность и именно физическая, химическая и
физиологическая ;
b) постоянство, следовательно, точная регуляция
физических и химических условий. Это касается как
1) организма, так и
2) внешней среды.
c) Жизнь требует обмена веществ, следовательно, между
организмом и внешней средой должен иметь место обмен:
1) материи,
2) энергип.
III. Главные составные части окружающей среды суть:
a) вода,
b) углекислота.
IV. Там, где возможна жизнь, — эти первичные составные
части окружающей среды образуются неизменно и самостоятельно
в огромных количествах, благодаря космическим явлениям.
V. Вода, углекислота и элементы, из которых эти вещества
состоят, обнаруживают наилучшие свойства для той роли,
которую они играют в биологии.
a) Вода обладает большим числом своеобразных и
необычных для других веществ свойств. Таковы ее тепловые свойства,
способность растворения, диэлектрическая постоянная,
поверхностное натяжение. Все эти свойства вместе создают
исключительную приспособленность среды к требованиям жизни, а именно:
подвижность, повсеместное распространение, постоянство
температуры, богатство внешней среды, разнообразие химических
составных частей организма, разнообразие химических процессов,
электрические явления, коллоидные явления и т. д.
b) Углекислота обладает весьма необыкновенными
свойствами, напр., определенной величиной коэффициента абсорбции,
определенной степенью кислотности. Эти качества углекислоты
в своей совокупности делают ее в известном отношении
исключительной по степени приспособленности для жизни. Они
обусловливают подвижность, распространенность, богатство
внешнего мира и организма в отношении других элементов и
соединений, постоянство реакции и т. д.
c) Химические соединения, которые содержат углерод,
водород и кислород, обладают своеобразнымп свойствами, в
отношении многообразия, активности, разнообразия химических
реакций и взаимоотношений, теплоты реакций, неустойчивости;
— 168 —
эти свойства, взятые вместе, сами обнаруживают во многих
отношениях максимальную приспособленность; они служат
источником материи и энергии в процессах обмена; они являются
источником сложных структур, средством к выполнению организмом
его сложных функций.
VI. Океаны образуются самостоятельно в течение
космического развития.
VII. Океан обладает своеобразными свойствами, например,
подвижностью, богатством содержания растворенных веществ,
долговечностью, постоянством физико-химических условий,
которые зависят главным образом от свойств воды и углекислоты и
которые вместе в некоторых отношениях представляют важные
черты приспособленности для жизни: в качестве среды, в
качестве источника материи в процессах обмена и в качестве
средства, смягчающего и выравнивающего температуру и т. д.
VIII. Физические и химические свойства, которые мы
приняли во внимание, кажется, охватили все, что представляется
вообще важным для биологии или что находится в связи со
сложностью, регуляцией и обменом веществ.
IX. Всякое другое соединение обладает лишь малой долей
того значения, которое в полном объеме обнаруживает вода и
углекислота по отношению к вышеупомянутым свойствам.
Никакой другой элемент в этом смысле не достигает даже
приблизительно свойств водорода, углерода и кислорода.
X. Ни один характерный признак этих веществ не оказался
непригодным для жизни, и ни один из них не уступает в этом
отношении соответствующему признаку другого соединения.
XI. Поэтому приспособленность окружающего мира
неоспорима, своеобразна и исключительна.
Делая эти заключения, я хочу считать доказанными
следующие утверждения:
I. Что приспособленность внешнего мира образует часть
того взаимодействия, дополнением которого служит
приспособление организма; это отношение в полном смысле слова взаимное х).
г) Это нельзя понимать в том смысле, как будто бы отношение
является симметричным. В действительности, дело обстоит так: каждый
организм должен приспособляться к окружающей среде, в то время, как
окружающая среда является вполне приспособленной в своих общих и
распространенных характерных свойствах к общим распространенным и
характерным свойствам органического механизма.
— 169 —
Одна часть не менее важна, чем другая, и в каждом случае
биологического приспособления обе части неотделимы.
Биологическая приспособленность обнаруживается столько
же в свойствах воды, углекислоты, в соединениях углерода,
водорода, сколько в характерных признаках приспособившегося
организма.
П. Приспособленность окружающего мира вытекает из
особенностей, представляющих из себя величайшие ценности,
особенностей, которыми характеризуются вода, углекислота, а также
соединения углерода, кислорода и водорода, и, наконец, океан.
Эти особенности многочисленны, разнообразны и
всеобъемлющи. В своей совокупности они создают такую
приспособленность среды, что более совершенной мы и не можем себе
представить, Другая внешняя среда, главная составная часть
которой содержала бы другие известные нам элементы, среда,
в которой отсутствовала бы вода и углекислота, никогда бы не
обладала таким большим числом благоприятных особенностей.
Она никогда не была бы в состоянии оказать такое сильное
влияние на создание сложного, способного к саморегуляции и
прочного органического механизма, который мы называем жизнью.
Мы не должны забывать, что возможность таких выводов
обусловливается всеобъемлющим характером физики и химии.
Из свойств повсюду распространенной материи и всюду
имеющейся энергии возник механизм, как выражение и как орудие
физико-химического приспособления. Из существования материи
и энергии вытекает необходимость признать жизнь механизмом и,
далее, признать, что атмосфера затвердевших с поверхности
небесных тел создает наиболее благоприятные условия для жизни.
ГЛАВА VIII.
Вселенная и жизнь.
I. Значение приспособленности.
Более чем полстолетия прошло с тех пор, как Дарвин
написал свое „Происхождение видов", и опять взаимоотношения
между жизнью и внешней средой представляются нам, хотя и с
иной точки зрения, но все же необъяснимым явлением. Однако,
в настоящий момент проблема представляется нам в несколько
ином виде, чем ранее, так как понятие о приспособлении завоевало
себе прочную позицию, из которой его, по всей вероятности,
трудно будет выбить; естественный отбор представляется нам
орудием приспособляемости, если мы даже признаем, что оно п
не является единственным *). Естественный отбор может только
1) Естественный отбор остается всегда „vera causa" при
возникновении видов, но приписанная ему функция была превращена в нечто
совершенно противоположное. От того высокого положения, которое в свое
время занял естественный отбор, как единственный определяющий фактор
бесчисленных возможностей структур и функций, он должен был
отказаться и удовлетвориться более скромным положением в качестве
причины, которая ускоряет, замедляет или заканчивает изменения,
вызываемые иными факторами. Он представляет на жизненном пути скорее тор-
маз, чем пар или рельсы, или, если мы захотим применить лучшее
сравнение и привести прекрасное выражение Майварта, мы должны его*
сравнить с садовым ножом, который в состоянии подрезать жизненное
дерево, но не способен придать ветвям известного направления. Другими
словами, его функции соответствуют функциям третьего фатума, а не
первого, т.-е. он соответствует функциям Сивы, а не Брамы. Patrick
G e d d e s and J.ArthurThomson. „Evolution", New-York. Horn.
University Library. 1911, p. 248. „Так как в последнее время высказанные мнок>
положения были неправильно поняты, и так как утверждали, что я
приписываю преобразование видов исключительно естественному отбору, то я
— 171 —
преобразовать организм и изменить незначительно окружающую-
среду без глубокого вмешательства в основное свойство ее
приспособленности. Приспособленность внешнего мира, те
компоненты, которые идут впереди приспособляемости и в течение-
космического развития образуют естественные следствия всех
свойств материи п всех характерных признаков энергии, до сих пор
еще недостаточно разъяснены. Однако, приспособленность имеется
налицо, и мы не можем отнестись к ней, как к простой случайности.
Наш разум воспротивился бы такому решению; значительная и
всесторонняя согласованность, которую мы встретили при
исследовании вопроса, какие отношенпя существуют между свойствами
материи и жизнью, должна быть точным следствием некоторого
основного закона, или мы должны приписать его „первопричине44
и препоручить таким образом философии *).
Среди миллионов мыслимых случаевъ фактически не имеется
ни одной возможности, говорящей за то, что многие своеобразные
свойства углерода, водорода и кислорода и особенно свойства их
устойчивых соединений, воды и углекислоты, могли бы
возникнуть иначе, чем под влиянием некоторого естественного закона.
Без закономерности, определяющей их взаимоотношения, они не
могли бы находиться одновременно в трех элементах, и
совершенно невероятно, чтобы эти своеобразные свойства не имели
определяющей их причины, которая особенно благоприятна для
органического механизма. Они не могут быть приписаны
простому случаю; для нпх нужно искать объяснения. Мы должны,
однако, признаться, что до сих пор такого объяснения мы не
имеем.
Для объяснения совместного появления самих свойств могло
бы быть мыслимо такое толкование, которое основывается на
законах естествознания. В другом месте мы уже указывали на то,
что такие свойства, как скрытая теплота испарения, теплопро-
позволю себе здесь указать, что как в первом издании этой работы, так
и позднее я прибавил на самом видном месте, именно в конце введения,,
следующие слова» „Я уверен, что естественный отбор был очень важным,
но не единственным средством преобразования". Ч. Дарвин.
„Происхождение видов путем естественного отбора". New-York, перепечатано с
шестого лондонского издания. The Home Library, p. 495 — 496.
г) Бэкон сравнил догмат „первопричин" с весталками. „Как они,—
говорит он,— этот догмат посвящен богу и замкнут". The Advancement,
of Learning. Кн. II, стр. 142.
— 172 —
водность, молекулярный объем, константа-ос Ф а н-д е р-В а а л ь с а,
диэлектрическая постоянная, способность к ионизации, стоят
в известных отношениях друг к другу. Далее, весьма вероятно,
что с этими свойствами связывается еще целый ряд других, и
мы не должны удивляться тому, что элементы с малым атомным
весом, которые, благодаря незначительному удельному весу их
газов, накопляются в атмосфере, обладают необыкновенными
свойствами, например, имеют высокую удельную теплоту. В
настоящее время химия далеко не в состоянии дать объяснение
одновременного существования различных характерных признаков
воды, особенно, если мы внесем сюда такие признаки, как
теплота образования, способность растворять различные вещества,
явления гидролитического расщепления, коэффициент
растворимости углекислоты в воде, необыкновенное расширение воды при
охлаждении вблизи точки замерзания и т. д.
Очень мало надежды на то, чтобы из общеизвестных гипотез
мы могли извлечь некоторое объяснение, проливающее свет на
одновременное существование этих свойств. Если на-ряду с этим мы
рассмотрим еще совпадение различных благоприятных
химических особенностей, наблюдаемых у трех приведенных выше
элементов, тогда возникает проблема, до решения которой наша
современная наука еще не дошла. Если совокупность этих явлений будет
когда-либо понята, то это может случиться только в будущем,
когда свойства материи будут разгаданы больше, благодаря
дальнейшим научным исследованиям. Тем не менее, объяснение,
стоящее в согласии с известными уже законами, нельзя считать
немыслимым; можно даже утверждать, в связи с успехами
современной науки, что было бы ошибочно настаивать на том, что оно
невозможно. Подобное объяснение, — если бы оно и было
достигнуто,— принесло бы биологу мало пользы, так как другая,
кажущаяся еще более трудной, проблема не была бы этим решена.
Каким образом каждое из этих особых свойств в отдельности и
все они вместе взятые являются благоприятными для
органического механизма, каким образом вселенная становится благодаря
им приспособленной для жизни? Я думаю, что на эти вопросы
современная наука не может дать ответа *).
г) Большое затруднение, кажется, состоит в том, что здесь
отсутствует возможность сравнения, и нет материала для установления
соотношений. В нашей солнечной системе приспособленность внешнего мира
находилась в потенциале еще задолго до возникновения живых организмов.
— 173 —
С этой точки зрения старая проблема, преобразованная
нами, становится вдвойне загадочной, и на нее, при современном
состояния науки, еще труднее дать ответ.
Это запутанное положение имеет лишь одну хорошую
сторону: у нас возникает уверенность в том, что между свойствами
материи и проявлениями жизни существуют совершенно особые
и неоспоримые соотношения и что они существуют независимо
от явлений приспособления; далее мы видим, что явления
космического развития неразрывно связаны с характерными признаками
организма и что, следовательно, пока еще необъяснимым
образом космическое и биологическое развитие образуют нечто целое.
Одним словом, мы принуждены принять, что явления
происхождения и эволюции жизни как космические, так и биологические,
с известной точки зрения, представляют единообразное развитие,
что пути этого развития не случайны и что они соответствуют
тому, что по отношению к человеческим поступкам мы называем
целесообразностью. Совершенно ясно, что два явления, которые
благодаря взаимному приспособлению сочетаются друг с другом
столь сложным образом, образуют единство в истинном смысле
этого слова; это единство является чем-то совершенно иным, чем
каждое составляющее его явление в отдельности или чем сумма
этих явлений и их взаимоотношения *). В случае человеческих
взаимоотношений подобное единство возникает только благодаря
сознательному влиянию некоторой цели. Однако, знания,
накопившиеся за несколько столетий, ясно показали, что обычная
телеология является опасной доктриной и что для науки она всегда
была бесплодной, за исключением некоторых случайных успехов 2).
Утверждение, что ноги возникли с целью передвижения
организма с места на место, является с научной точки зрения
неопровержимой истиной, если мы имеем правильное
доказательство этого утверждения. Истинная наука не удовлетворяется
подобными ответами; она изучает кости и мышцы, сухожилия и
связки, которые функционируют при ходьбе; она касается также
процесса развития, благодаря которому становится возможным
их использование организмом. Несмотря на это, биология не была
в состоянии освободиться от признания естественной творческой
х) Логически это, повидимому, соответствует „творческому синтезу"
В у н д т а.
2) Интересный разбор этого предмета находится в известной работе
Пирсона „Грамматика науки" (есть руеск. перев.).
— 174 —
силы, которую Дарвин отождествляло идеей естественного отбора.
Теперь представляется необходимым приложить подобную мысль
для объяснения развития органического миря.
Мы уже видели, что свойства окружающего мира с бполо-
тической точки зрения обнаруживают такие же „целесообразные"
особенности, как и сама жизнь1).
Явления приспособленности возникают в каждом из этих
двух случаев — по крайней мере отчасти — из процесса развития.
В главных чертах этого развития мы можем подметить и
проследить оба процесса, хотя в обоих случаях мы принуждены
остановиться далеко от начала возникновения как самой жизни,
так и вселенной, если допустить, что и жизнь, и вселенная вообще
имеют начало.
Можем ли мы отрицать, что как тот, так и другой из этих
процессов показывает ясную тенденцию, склонность, направление
движения или развития2). Я думаю, что мы этого не можем, и
факты, установленные физическими науками, также постоянно
требуют разъяснения природы этой тенденции, которая
проявляется в приспособленности окружающего мира, как в свое время
положения биологии требовали объяснения приспособляемостп
организмов.
Подобная тенденция может быть принята скорее с
философской, нежели с научной точки зрения, и там, где она касается
происхождения приспособлений, она останется навсегда
предположением. Тому, кто настроен умозрительно, не возбраняется
приписывать этой тенденции всевозможные свойства. Он может пойти
по стопам Бергсона и назвать ее „порывом", причем он
будет вынужден принять все, что в настоящее время
подразумевается под этим выражением; или он может обратиться к
естественной теологии и рассматривать эту тенденцию, как доказа-
*) Едва ли нужно доказывать, что свойства элементов сами по себе
не обнаруживают ни малейшего следа изменчивости.
2) Ученый видит постоянные изменения как во внешнем, так и во
внутреннем мире, и он не в состоянии открыть ни их начало, ни их
конец. Если он проследит явления развития до их начала и позволит себе
принять гипотезу, что вселенная некогда существовала в расплывчатой
диффузной форме, тогда он все-таки не в состоянии будет понять, каким
образом это все так случилось, если же он захочет заглянуть в будущее,
то не будет в состоянии поставить границы тем явлениям, которые
развертываются перед его умственным взором. Herbert Spenser. „The
first principles>. 5 лондонский выпуск. 1880 г. The Home Library, p. 57.
— 175 —
тельство сверхъестественной целесообразности и предопределения;
он легко может найти и в других областях многочисленные
примеры телеологического мировоззрения. Для нас во всяком случае
ясно, что всякое такое воззрение, как бы оно ни было важно
для философа или для богослова, ни в коем случае не может
дать непосредственного научного понимания лежащих в основе
явлений, а эти явления представляют то единственное
достоверное и положительное знание, которое мы имеем по отношению
к нашему предмету. Эти факты требуют совершенно иного
объяснения; они требуют чего-то, что логически приближается к
понятию естественного отбора, они требуют естественного явления,
которое проявляло бы самостоятельность на основании свойств
материи и энергии и которое никогда не могло бы перейти за
границы материи и энергии в смысле пространства и времени;
словом, они требуют явления, которое не носило бы ни
сверхъестественного, ни метафизического характера, а наоборот, было бы
чисто механистическим.
Так как мы не имеем никаких точек опоры для выяснения
того, как мы можем создать подобное объяснение, и даже не
.знаем, в каком направлении его искать, то будет полезно
перейти сейчас к рассмотрению других взглядов на этот вопрос.
II. Витализм.
Все искусство ученых биологов, которые постоянно
усовершенствуют и расширяют наше знание тех форм, в которых про-
лвляется жизнь, до сих пор еще не дало им возможности
разъяснить основные положения их науки. Если в какой-либо
области мы и можем ожидать подчинения естественных явлений
физическим законам, то в первую очередь это область биологии,
где сложность и запутанность явлений лежит в природе самих
вещей. В одной из предыдущих глав мы уже указали, с какими
трудностями связано проникновение физики и химии в область
биологии и как на пути каждого успеха в этом направлении
возникают почти непреодолимые препятствия. Поэтому
биологические понятия никогда не были в состоянии достигнуть того
законченного вида, который в противоположность этому характери-
зирует большинство понятий физических наук.
— 176 —
В области биологии все время боролись за первенство два
совершенно противоположных воззрения, хотя часто они очень
близко соприкасались друг с другом. Одно, которое является
чисто научным и положительным, утверждает, что, если до сих
пор некоторые жизненные явления и остаются для нас
неизвестными, то все же успехи в области науки дадут нам возможность
познать их когда-нибудь. На основании этих воззрений, жизнь
представляет только механизм и ничего более, по крайней мере
с точки зрения положительного знания. Второе из этих
воззрений, не отрицая безусловно утверждений первого, говорит, что
необыкновенные жизненные свойства зависят от такой же
необыкновенной жизненной силы или тенденции и что эта сила влияет
через физико-химическую структуру живого существа или
обнаруживается в ней самой. Согласно этому воззрению, должна
существовать или особая жизненная сила, или в организме должна
обнаруживаться особая тенденция, или жизнь должна протекать в том
направлении, которое ей предопределено первоначальным
импульсом; это побуждение должно быть свойственно только жизни и
неизвестно для других явлений.
Все эти воззрения связаны с метафизикой, и поэтому они
всегда встречали сильнейшее противодействие среди правоверных
приверженцев науки.
Декарт первый стал по отношению к жизненным явлениям
на современную научную точку зрения, и от него ведут свое
происхождение философские взгляды боль и ей части французских, а
также и других биологов, наприм., Геке л и и Дю-Буа-Рей-
мона. Среди современных исследователей Д е к ар т был первым,
который показал, что научное объяснение жизненных явлений
должно быть физическим или основываться на материи и явлениях,
движения. Далеко опережая своих современников, он перенес эти
понятия и на нервную систему, объяснив природу рефлексов и
затронув этим наиболее устойчивую твердыню анимизма. Вне
естественных наук Декарт был не кем иным, как приверженцем
материалистической теории. С начала семнадцатого столетия, на
всем поприще биологии, между витализмом и механизмом
возгорелся спор; история этого спора очень сложна. После Декарта
Лавуазье сделал большой шаг вперед своим изучением
процессов горения в живом теле и вне его. Его последователями
были Либих, Вёлер и много других химиков.
— 177 —
Вообще, с развитием точных наук крепость, в которой
держался витализм, была сдана другому лагерю — приверженцам
механических воззрений. Позже часто обнаруживалось, что
приверженцы механистического мировоззрения в каждом отдельном
случае не так уж много выиграли, как это показалось в первые
минуты победы, но все же верно и то, что за последние три
столетия витализм не имел ни одного положительного успеха. Это
вытекает из самой природы вещей, из несостоятельности
виталистических воззрений, которые обнаруживаются каждый раз при
сопоставлении их с научными фактами.
Опыт учит нас, что механистическая гипотеза является
единственной гипотезой, которая может найти в яв тениях
материи и энергии прочную, строго доказанную основу. И обратно —
точное и положительное знание может привести такое большое
количество проверенных и полных доказательств только в пользу
механистической теории. Всякий раз, когда виталистическая
теория пытается проникнуть в область положительного знания, она
всегда терпит поражение от науки и едва в состоянии защищаться,
оставив всякую мысль о контр-атаке. Ее единственный способ
борьбы состоит в упрямом сопротивлении; под натиском знания
она принуждена отступать все более и более; она никогда не
может завоевать новой территории; самое большое, что она может
сделать, это случайно возвратить обратно часть утраченной
области. Когда это окончится и суждено ли жизни остаться для науки
вечной загадкой, в настоящее время невозможно предусмотреть.
Можно указать на следующие два наиболее выдающиеся
успеха механистического миросозерцания: во-первых, понятие о
какой-то жизненной силе и вера в особый состав живого
вещества были вытеснены органической химией, благодаря успешному
получению новых синтезов лабораторным путем; во-вторых,
благодаря тому, что вообще углубилось понимание и расширилось
применение закона сохранения силы, выяснилось следующее:
что бы ни представляла из себя эта „жизненная сила", она все-
таки никогда не сможет считаться силой, т.-е. одной из форм
проявления энергии. Суженный таким образом витализм
принужден был довольствоваться этим ограниченным поприщем; он
должен был формулировать свои положения в том смысле, что
в организме только в известном смысле господствует
направляющая тенденция, и что эта тенденция направляет его развитие
подобно некоторому архитектору, но что одновременно с этим
— 178 —
в мире физических наук происходят разнообразные жизненные
явления, подобно тому, как работа строителя должна
подчиняться законам механики, если она даже и следует плану
какого-нибудь архитектора.
Этот взгляд был точно формулирован другим крупным
французским ученымКлод-Бернаром: „Жизнь—это направляющая
идея или сила, обусловливающая развитие бытия; однако, было
бы ошибочно думать, что эта метафизическая сила действует по
законам физических сил. Метафизическая, эволютивная сила,
которой мы охарактеризовали жизнь, вовсе бесполезна для науки,
так как, будучи вне сферы действия физических сил, она не
может оказывать на них никакого влияния. Поэтому мы должны
здесь отграничить метафизический мир от мира физических
явлений; последний служит основанием для первого, но не имеет
с ним ничего общего. Одним словом, если мы даже можем дать
определение жизни при помощи особого метафизического
понятия, то все же мы должны признать, что механические,
физические и химические силы являются единственными
действительными факторами живого организма и что физиологу приходится
учитывать только их одних; мы должны сказать вместе с
Декарт ом: „Мы думаем метафизически, но мы живем и действуем
по физическим законам"1). В связи с этими дальнейшими
ограничениями, витализм может относиться только к
формообразующим явлениям, хотя виталист все еще видит в каждом
состоянии организма воплощение виталистической силы, влияющей на
х) Оригинальный текст этой цитаты следующий: „ClaudeBernard.
„La Science Experimental ", 3-me ed., p. 211.
„La vie est l'idee directrice ou la force evolutive de l'etre... mais
I'erreur serait de croire que cette force methaphysique est motive a la
facon d'une force physique... La force methaphysique evolutive, par laquelle
nous pouvons caracteriser la vie, est inutile a la science, parce qu'etant en
dehors des forces physiques elle ne peut exercer aucune influence sur elles
II faut done ici separer le monde methaphysique du monde physique
phenomenal, que lui sert de base mais qui n'a rien a lui emprunter... En
resume, si nous pouvons definir la vie a Г aide d'une conception metaphy-
sique speciale, il n'en reste pas moins vrai que les forces mecaniques,
physiques et chimiques sont seules lee agents effectifs de l'organisme vivant
et que le physiologiste ne peut avoir a tenir compte que de leur action.
Nous dirons avec Descartes „on pense metaphysiquement, mais on vit et
on agit physiquement".
Merz. „A history of European Thought in the Nineteenth Century".
Edinburgh and London. 1903, V. II, p. 379—380.
— 179 —
развитие организма, подобно тому, как мы в каждом здании видим
не только его материальную основу, но и идею, которая
руководила архитектором. Однако, происхождение жизни все еще
покрыто мраком. Между тем для большинства физиология стала
исключительно биофизикой или биохимией, и понятие „механизм"
в каждой научной области теперь уже основалось очень прочно.
Хотя такие ограничения виталистической гипотезы и
принесли ей большой ущерб, однако, они не могли помешать ее
притязаниям на признание за ней принадлежащей ей по праву роли
контролирующего фактора при процессах развития, в эмбриологии,
регенерации и т. д. И на этом поприще витализм потерпел
серьезное, хотя и не полное, поражение. В 1859 г. теория
естественного отбора Дарвина указала на возможность заменить
часть или даже всю совокуцность виталистических взглядов, и
вскоре эта возможность была принята всеми. В настоящее время —
до мнению всех биологов — наиболее серьезное влияние на
формирование жизни оказывает, без сомнения, выживание наиболее
приспособленных. Таким образом, на долю витализма от его уже
и без того ограниченного поля в лучшем случае остается лишь
небольшой участок. Со времени возникновения этой новой
гипотезы постепенно выяснилось, что рассматривать выживание
наиболее приспособленных, как фактор приспособления жизни к
окружающей среде, это одно, а стремление доказать, что этот фактор
«является единственным фактором эволюции — совершенно другое
дело.
Дю-Буа-Реймон выясняет положение вещей в одной
из первых похвальных речей, которые были написаны по поводу
труда Дарвина: „Здесь мы имеем узел, здесь мы имеем
необыкновенное затруднение, которое повергает ум, желающий
постигнуть вселенную, в напряжение, доходящее до пытки.
Среднего пути здесь нет. Кто не хочет предоставить все
происшедшее в руки эпикурейского случая, кто подает теологии даже не
всю руку, а только самый маленький палец, тот неизбежно
приходит вслед за этим к „натуральной теологии", прославленной
Бильямом Пэли; это случается тем неизбежнее, чем яснее
и серьезнее он думает и чем независимее он судит. Количество
и значение говорящих в пользу телеологии фактов очень велико;
яти факты проникают нашу жизнь с неотразимой силой;
конечные причины так переплетены с втолкованными нам с детства
старыми заблуждениями и суевериями человечества, что даже
— 180 —
наиболее абстрактно мыслящие умы в своем обычном мышлении
не в состоянии от них избавиться. Физиолог всегда может
определить свою научную область, как учение об изменениях,
происходящих в организме благодаря внутренним причинам; вместе
с Лихтенбергомон может осмеять телеологическое
объяснение прежнего времени. Он может пытаться объяснить и себе
и другим все явления животного организма только как функции
органов. Как только он, так сказать, повернул сам себе спину,
он сейчас же ловит себя на том, что он говорит о функциях,
приспособлениях, действиях, целях органов и т. д. Хотя бы даже
отдаленная возможность удалить из природы кажущуюся
целесообразность и поставить слепую необходимость на место
конечной причины кажется нам одним из наибольших успехов в мире
познания, успехом, от которого в вопросах, касающихся этой
п облемы, начнется новая эпоха. Честь смягчения той муки,
которую испытывает размышляющий о вселенной разум, до тех.
пор, пока будут существовать естествоиспытатели - философы,—
будет принадлежать Чарльзу Дарвину"1).
Сравнительно недавно появившаяся работа Де-Фриза
„Мутационная теория" дала целый ряд достоверных наблюдений
по вопросу о происхождении видов у растений; эта теория не
могла иметь никакого влияния на теорию естественного отбора
в тесном смысле этого слова. Происхождение видов путем
мутаций состоит во внезапной прерывистой вариации, и отбор
неимеет никакой возможности воздействовать на целый ряд
многочисленных незначительных изменений, которые, следовательно,
сами по себе не показывают никакой тенденции в том смысле,
как этого требует теория Дарвина2). Отсюда следует,
во-первых^ то, что естественный отбор ни в каком случае не может
считаться хозяином положения, а, во-вторых, что кроме вопроса о
происхождении жизни, в биологии имеется еще и другой пробел,
который не может быть заполнен ни одной из ныне
существующих механистических гипотез.
Далее, обыкновенные явления регенерации и
заживления приводились не без успеха в качестве целесообразных
и необъяснимых с точки зрения естественного отбора явле-
*) Du Bois-Reymond. Reden, „Darwin versus Galiani". Bd. I. 215.
2) Hugo de Vries. „Die Mutationstheorie". Leipzig, 1902. Bd. II.
- 181 —
лий!). Так, Дю-Буй-Реймон пишет: „Одной из самых
больших трудностей в физиологии являются, бесспорно,, так
называемые явления регенерации и родственная им естественная
излечивающая сила, все равно, проявляется ли она в форме заживления
ран, в ограничении и выравнивании внутренних болезненных
лроцессов или в форме восстановления целого пресноводного
полипа из двух половинок, на которые этот полип был разрезан.
Это явление не может быть объяснено естественным отбором, и
здесь представляется необходимым признание целесообразно
действующих формирующих законов. Эти явления не становятся
более понятными благодаря тому, что наблюдавшееся
Иорданом, Лаваллем, Пастёром, Сенарманом и Шарфом
восстановление распавшихся кристаллов напоминает
существование сходных явлений и в неживой природе. Также и на
способность организмов совершенствоваться благодаря
упражнению еще не обращено должного внимания с точки зрения
естественного отбора" 2).
Таким образом верно то, что в некоторых случаях, а может
быть, и вообще в организмах, существуют целесообразные
тенденции, которые не могут быть объяснены ни естественным
отбором, ни другими существующими механистическими гипотезами.
С нашей стороны не будет слишком большой смелостью, если
х) „Еще труднее объяснить описанными до сих пор способами
некоторые случаи заживления, которые наблюдались у животных; пример
такого заживления был приведен выше, там, где мы описывали
„ложные суставы". Эти суставы возникают в тех местах, где концы
сломанной кости свободно лежат друг над другом, вследствие того, что они не
б состоянии срастись. Смотря по свойству привычного движения, здесь
могут быть шарнирные суставы и шаровидные, и каждый будет иметь
нормальные составные части: надкостницу, волокнистую ткань, оболочки
и сухожилие. Теория Дарвина, которая принимает во внимание только
обыкновенные структуры, не может нам объяснить происхождения
подобной ненормальной структуры. Такое местное развитие мы не можем
подчинить никаким детерминантам; в зародышевой плазме они
существовать не могли, так как подобные структуры не были предусмотрены
заранее. Гипотеза физиологического единства, которая была изложена
в предшествующих главах, здесь тоже не в состоянии дать какого-либо
объяснения, так как это единство имеет тенденцию восстановлять
нормальную форму некоторого члена и поэтому она, наоборот, всячески
должна противодействовать возникновению этих новых частей". Herbert
3penser. „The principles of Biology" New-York. Bd. 1, p. 362.
2) Du Bois-Reymond. „Reden", I, 226.
— 182 —
мы выскажем надежду, что в один прекрасный день будет
найдено научное истолкование этих фактов, но пока еще они
образуют удобный объект для виталистических умозрений. Это —-
область, в которой ученый не может с достаточным успехом
победить виталиста, даже в том случае, если он сам твердо
убежден в заблуждениях витализма*). Витализм, следовательно,
процветает, как об этом свидетельствует недавно появившиеся
работы Дриша2) и Бергсона. Первый из этих авторов
пытается доказать, что механизм один не может дать
удовлетворительных объяснений в биологических вопросах, и что рядом
с механизмом нужно иметь в виду его энтелехию; второй из
этих авторов выходит за пределы витализма прежних авторов,
высказывает свои собственные взгляды и умозрения и вводит
понятие „elan vital" — жизненный порыв.
А. Витализм Бергсона.
Теория Бергсона утверждает, что на жизнь оказывает
влияние первоначальный творческий порыв, который в главных
чертах определяет также и течение органического развития. Вот
его собственные слова: „Таким образом мы приходим — хотя и
окольными путями — обратно к тому представлению, от которого
мы отправлялись,—к первоначальному жизненному порыву,
переходящему от одного поколения зародышевых клеток к другому
и через посредство взрослых организмов, образующих
соединительное звено между этими поколениями. Этот порыв сохраняется
в тех линиях развития, между которыми он распределяется; он-то
и является основной причиной вариаций, по крайней мере тех из
них, которые закономерно передаются, накопляются и создают
новые виды. Виды начинают расходиться от своего первоначального
общего корня по разным направлениям, их расхождение
становится все более резким по мере их прогрессирующего развития.
Однако, они могут и даже должны иметь одинаковые стадии раз-
г) Индетерминизм, который основывается главным образом на вере
в свободу воли, совершенно далек от предмета нашего изучения. В
следующих главах мы не будем его касаться; следовательно, выводы наших
исследований не могут быть приводимы в связь с метафизическими
гипотезами, каковым является индетерминизм Канта и Лотце.
2) D г i e s с h. „The science and Philosophy of the Organism",
London, 1907 и 1908, 2 т.
— 183 —
вития на определенных пунктах, если правильна гипотеза о
присущем им общем жизненном порыве. Нам и нужно теперь
показать это более точным образом на выбранном нами примере
образования глаза у моллюсков и позвоночных. Представление о
„первоначальном порыве" таким образом станет для нас яснее. . . „Если
жизнь осуществляет известный план, то гармония, согласованность
должна становиться тем яснее, чем дальше продвинулось развитие,
подобно тому, как идея архитектора при постройке здания
выявляется тем яснее, чем ближе эта постройка подходит к концу.
Если же, напротив, единство жизни целиком заключается в
некотором порыве, толкнувшем его в поток времени, тогда гармония
должна находиться позади, а не впереди этого пути. Эта
особенность жизни создается некоторой „vis a tergo"; она дается с
начала, в форме толчка, а не поставлена в конце этого пути,
как некая притягательная цель. Порыв, передаваясь, все более
и более дробится. Жизнь по мере своего прогрессивного развития
распадается на отдельные течения, которые, без сомнения,
вследствие общего происхождения, частью дополняют друг друга, но тем
не менее не соединимы друг с другом и часто противоположны" х).
Гипотеза Бергсона может быть разделена на две
части: первая — это вера в первоначальный жизненный порыв,
вторая представляет биологическое доказательство в пользу этого
взгляда. Первое утверждение—поскольку оно касается
первоначального порыва — лежит вне научной области, подобно всем
умозрениям относительно происхождения вселенной; последнее
утверждение доступно научной критике2), так как оно связано
с предметом науки и, с точки зрения биолога, конечно, не может
считаться достаточно убедительным. Гипотеза Бергсона в
основе своей не менее виталистична, чем гипотеза Дриша.
Оба философа подчеркивают наличность особых жизненных
признаков и этим объясняют все течение органического развития.
Словом, современный витализм состоит в том,
что он принимает существование особой
тенденции, которая выявляется в организме или через
его посредство и которая присуща только жизни.
!) В ergs о п. „L'Evolution creatrice". Paris, 1907, p. 95, 96, 112, 113
(русск. перевод, „Творческая эволюция", изд. 2-е, Спб., стр. 79, 97).
2) Жизненный порыв Бергсона останется для науки до тех пор
ни на чем не основанной гипотезой, пока не выявится более точно его
механистическое влияние.
— 184 —
Подобные умозрения не оставляют места ни для свойств
материи, ни для явлений космического развития *). Бергсон
решительно и, можно сказать, почти без всякого повода устраняет
космическое развитие, а с некоторыми оговорками также и
свойства материи, как будто это является чем-то, что не имеет
значения для органической эволюции. Так, он говорит: „Этот
двойной результат был достигнут на нашей планете совершенно
определенным образом, но он мог бы быть достигнут и
совершенно иными путями; не было никакой необходимости, чтобы
жизнь сделала именно углерод углекислоты орудием своего
развития. Для неё было важно накопить запасы солнечной энергии,
но вместо того, чтобы требовать от солнечной энергии этого
расщепления атома углерода и кислорода, она могла бы (по
крайней мере, теоретически, отвлекаясь от трудностей выполнения
этого, быть может, непреодолимых) предложить ей: и другие
элементы для соединения и расщепления совершенно иными
физическими способами. И если бы характерным элементом для
тех веществ, которые наделяют организм энергией (энергетических
веществ), был бы не углерод, а другое тело, то характерным
элементом веществ, из которых организм черпает для себя
строительный материал (пластические вещества), был бы, вероятно, не
азот, а другой элемент, и химия живых организмов была бы
совершенно иной, нежели та, которую мы знаем теперь. А
отсюда следует, что и живые формы были бы совершенно не похожи
на известные нам организмы; они были бы отличны от них как
по своему анатомическому строению, так и по своим
физиологическим функциям, и только чувствительно-двигательная функция
(„Fonction sensori-motrice") непременно сохранилась бы, по
крайней мере в их действиях, если не в самом механизме. Поэтому
весьма вероятно, что на других планетах и к других солнечных
г) Дриш во всяком случае принимал во внимание и проблему
общей телеологии. В следующих строках можно видеть, насколько он
приближается к основному положению нашей книги: „Я открыто
признаюсь, что помимо филогении и исторической телеологии, которая
относится к последовательной смене отдельных политических и экономических
стадий, есть достаточное основание для введения в науку понятия о
всеобщей гармонии между органической и неорганической природой, есть,
повидимому, нечто, доказывающее, что природа сама по себе есть
некоторая цель. Вместе с этим я признаюсь, что я совершенно не в
состоянии рассматривать эту цель иначе, как с антропоморфной точки зрения".
L. с. Bd. II, pp. 348 — 349.
— 185 —
системах жизнь протекает в таких формах, о которых мы не имеем
никакого представления, и при таких физических условиях, при
которых нам, с точки зрения нашей физиологии, она
представляется совершенно невозможной. И если существенная цель
жизненных процессов состоит в восприятии годной для
утилизации солнечной энергии, чтобы использовать ее затем в виде
самопроизвольных действий, то для достижения этого результата она,
вероятно, выбирает на всякой планете и во всякой солнечной
системе наиболее подходящие при данных условиях средства—
совершенно подобно тому, как она это делает и на нашей земле.
К этому выводу мы приходим на основании заключений по
аналогии, и мы плохо использовали бы метод аналогий, если бы
стали утверждать, что жизнь невозможна при условиях,
отличающихся от условий, существующих на земле. Дело обстоит скорее
так, что жизнь возможна везде, где энергия рассеивается в
направлении, указанном законом Карно, и где рассеяние может быть
замедлено причиной, действующей в противоположном
направлении, а это значит, что жизнь возможна на всех планетах и во
всех солнечных системах. Но это еще не все; собственно говоря,
нет необходимости, чтобы жизнь концентрировалась и проявлялась
именно в организмах в собственном смысле этого слова, т.-е. в
определенных телах, которые представляли бы потоку энергии
готовые, хотя бы и эластичные каналы. Мы можем допустить,
хотя это вообще трудно себе представить, что энергия может
быть накоплена и израсходована и по иным изменчивым путям,
проникающим в еще не отвердевшую материю. Здесь были бы
^налицо все существенные черты жизни, так как в этом случае
имелось бы и постепенное накопление энергии и внезапный
разряд ее" *).
В, Витализм и телеология.
Эти утверждения покоятся на явно произвольных,
предвзятых положениях относительно основных физико-химических
условий и характерных признаков жизни, положениях, лишенных
всякой научной почвы. Мы совершенно не имеем никакого
основания приписывать энергии большее значение в жизненных
процессах, чем материи, и, согласно с фактами, которые мы
рассматривали в предыдущих главах, — этот взгляд нам кажется опш-
*) Bergson, 1. с, р. 277, 278 (русск. дерев., стр. 225 — 227).
— 186 —
Оочным. Кто склонен к исследованию явлений биологической
приспособленности, тот должен в точности изучить все
космические процессы, и даже необыкновенная тонкость и красноречие
Бергсона не могут сделать из этого понятия больше того, что
оно есть на самом деле, т.-е. главный результат органического
развития, так как, кроме явлений приспособления, которое мы имеем,
как следствие естественного отбора, ничто не требует такого
большого внимания, как приспособленность окружающей среды.
Оба рода приспособлений дополняют друг друга: имеют ли
они общее или различное первоначальное происхождение? Самый
простой взгляд сводился бы к признанию общего импульса,
действующего на всю материю в целом как на органическую, так
и на неорганическую, во всех стадиях ее развития, во всех ее
состояниях и формах, и что этот импульс ведет кажущимся
целесообразным, но еще не изученным путям к состоянию,
которое приближается к состоянию нашей вселенной. Это было бы,
как мне кажется, наиболее естественной гипотезой, которую
должен был бы принять витализм. Однако, таким путем витализм
сам бы себя упразднил, и остался бы чисто телеологический
взгляд, так как исчезла бы своеобразная характеристика жизни.
Но, если мы даже оставим в стороне механистические
отличия, не окончательно ли погиб витализм? Не разрушил ли
современный витализм себя самого тем, что он допустил
ограничить себя до понятия о „порыве" или „энтелехии"?
Словом, положение вещей представляется нам следующим:
два процесса развития обнаруживают независимо друг от друга
два взаимно дополняющих друг друга вида приспособления,
следовательно, они должны быть родственны между собой. У однога
из этих процессов приспособление может быть объяснено, отчасти,
путем механистической гипотезы. Тем не менее, некоторые
философы говорят, — на что они имеют и полное право, — что в этом
явлении мы должны признать проявление действия другой
метафизической силы. Однако, кто допускает подобное
предположение для одного явления, должен его допустить и для другого7
и таким образом он всегда придет к „порывам" и „энтелехиям".
При таких обстоятельствах может возникнуть сомнение, знает ли
такой философ настолько свойства этого „порыва" или этих
„энтелехий", чтобы быть в состоянии отделить органический мир от
неорганического, так как все положительные физико-химические
различия между органическим и неорганическим миром он предо-
— 187 —
ставил науке. Если он не желает проводить произвольной и
неясной границы или следовать пустой фантазии, то он должен
признать, что его витализм перестал быть исключительно
органическим, что он вообще перестал существовать, как витализм^
и превратился в самую обыкновенную телеологию 1).
III. Космическое развитие.
Человека науки эти вещи касаются очень мало, и он не
обязан даже принимать по отношению к ним определенной точки
зрения. Мы видим, что телеология имеет наибольшее значение
там, где наука менее всего требует посторонней помощи, там,
где она вполне удовлетворяет сама своим требованиям, как это
имеет место в основных положениях физических наук.
Совершенно бесспорно, что физические науки для объяснения своих
явлений не нуждаются ни в какой телеологии.
3) Что касается целесообразности в органической природе, то пусть
те, кто еще не оставил мысли о целесообразном творении при создании
мира, ответят на следующий вопрос: разве неорганическая природа не
создана целесообразно? Разве не целесообразно то, что наш жизненный
корабль не подвергается опасности упасть на солнце или столкнуться в
своем могучем полете с другим подобным же кораблем? Разве не
прекрасным доказательством в пользу этого обстоятеляства является свет
луны и солнца, смена времен года, смена дня и ночи, земной шар, земное
притяжение, круговорот воды и тысячи других подобных же явлений?
Разве не целесообразно, что атмосфера нашей планеты имеет именно такой
состав, а не какой-либо иной? Разве не целесообразно, что лед не тонет
в воде?
Как мы видим, этот способ обосновать учение о жизненной силе
покоится также и на ряде недоразумений. Все те исключительные
свойства, которые обыкновенно приписывают органической природе и которые
должны ее отличать от неорганической, принадлежат в той или иной
степени также и этой последней. При этих условиях преимущество, по
крайней мере, в смысле единства миросозерцания, сравнительно с
приверженцами жизненной силы, без сомнения, находится на стороне тех,,
которые, подобно современной натурфилософской школе, скрывают весь
ход неорганических, также, как и органических явлений, в складках
своей мистической вуали. Д ю-Ву а-Р ейм он. „Reden", Bd. II, p. 21 (из
предварительного сообщения к „Исследованиям о животном
электричестве". Март 1848).
— 188 —
Все это — механизмы, и со времени появления
Ньютоновых „Prineipia" никто серьезно не сомневался в этих фактах1).
Мы знаем, что в настоящее время возможно полное
описание космического развития с помощью понятий материи и
энергии, так как положение, что все, что находится в какой-
нибудь солнечной системе, существовало до этого в
соответствующей туманности,—является достаточно доказанным научным
фактом. Формы, состояние и количество материи,
существовавшие в туманности, определяют развивающуюся солнечную
систему. Далее, так как туманности и солнечные системы
находятся во вселенной, по соседству друг от друга, томы должны
принять, что туманности сами были вызваны к существованию
предшествующими условиями и явлениями; такими явлениями могло
быть столкновение звезд. Таким образом, мы приходим к
заключению, что космическое развитие представляет циклический
процесс, который не имел начала и не может иметь конца 2).
Другая гипотеза гласит, что настоящая форма вселенной является
г) Я напомню здесь ответ Лапласа на вопрос Наполеона, „почему
он не упоминает об имени Бога в своей „Небесной механике", — ответ
гласил: „Sire, je n'ai pas besom de cette hypothese" (Я не нуждаюсь в
этой гипотезе).
2) Этот взгляд до последнего времени был всеми оставлен, так как
он, невидимому, противоречил второму закону термодинамики — закону
деградации энергии. За последнее время о нем вспомнил такой крупный
авторитет, как Аррениус, и теория, предложенная этим ученым,
способствовала устранению этого кажущегося противоречия.
„Признание постоянства энергии с первого взгляда увеличивает ту
трудность, которую скрывает в себе проблема происхождения вселенной.
Теории Майера и Гельмгольца о способе пополнения солнцем
своих потерь энергии теперь оставлены. Мое объяснение покоится на
химических реакциях, происходящих внутри солнца, и они согласуются
со вторым законом термодинамики. Теория „рассеяния энергии" внесла
еще большую путаницу в эту проблему. Эта теория неизбежно приводит
нас к выводу, что вселенная приближается к тому состоянию, которое
Клаузиус обозначил, как „тепловую смерть", к тому состоянию,
которое должно наступить, когда вся энергия вселенной будет
распределена равномерно в движении мельчайших частиц. Это явление привело
бы к концу развития вселенной, а такового мы абсолютно не можем
себе представить. Выход, который я мог бы предложить, следующий:
энергия уменьшается в телах, которые находятся в состоянии солнц;
в телах же, которые находятся в состоянии туманностей, она
повышается, т.-е. поднимается до более высшего уровня". Arrhenius. „Das
Werden der Welten".
— 189 —
результатом постепенного развития из более ранней неизвестной
формы и что развитие солнечной системы представляет из себя
только переходный момент в общем, более широком процессе.
Все развитие в целом непосредственно определяется законом
рассеяния энергии.
А. Периодическая система.
Наиболее заметные взаимоотношения между элементами,
как они обнаруживаются в периодической системе, в каждой из
этих гипотез занимают свое особое место.
Если мы примем вторую гипотезу, то нет сомнения, что
в очень ранний период главный процесс космического развития
касался элементов; согласно первой теории, туманность,
свойства которой зависят всецело от химического состава, от
химической и молекулярной энергии, играет такую же своеобразную
роль, какую играет лист в органическом круговороте или весна —
среди времен года. Будем ли мы рассматривать периодическую
систему как единственное простое следствие того процесса
развития, благодаря которому возникли элементы, или нет, мы все-
таки должны принять, что она предшествует другим свойствам
материи и лежит в основе всех известных явлений эволюции J).
Без сомнения, от свойств материи, по большей части
определяемых периодической системой, и от относительного
количества различных элементов зависит истинный космический
процесс развития туманности в солнечную систему 2).
Если мы, на основании общих научных методов, пожелали
бы проследить приспособленность окружающего мира вплоть до
первоначального ее возникновения, то мы увидели бы, что
возникновение этой приспособленности лежит также далеко, как и
появление периодической системы, как и развитие элементов,
предполагая, что последние вообще развились. Мы просто не
можем сомневаться, что бы происхождение такого тела, как земля,
могло зависеть от чего-либо иного, чем от простой случайности
и свойств элементов, их относительного количества, известных
сил природы и других факторов. Несомненный вывод физических
х) См., напр., интересную работу Фаянса. „Berichte". 46, 422, 1913.
2) Эти следствия могут быть также применены и по отношению
всякой другой научной гипотезы о происхождении солнечной системы.
— 190 —
наук, который может опираться как на отдельные, так и на
общие успехи каждой области химии и физики, убеждает нас в
том, что весь процесс космического развития с самого раннего
периода и до настоящего времени является не чем иным, как только
механизмом *).
В. Телеология.
Если космическое развитие является чистым механизмом
и все же имеет своим следствием приспособленность, то почему
бы и органическое развитие не могло повести к подобным же
разультатам? Механическое объяснение достаточно для
физической науки, в которой не менее, чем в биологии, сказывается
телеология; следовательно, оно должно быть достаточно и для
биологии.
Мы, следовательно, снова пришли к отрицанию витализма,
и для этого отрицания мы имеем два основания: первое
доказательство,—что в области физических наук неорганические и
органические явления равноценны во всех отношениях за
исключением тех различий, которые еще должны быть объяснены
научно, и следовательно, никакая виталистическая телеология здесь
не нужна; второе доказательство, что органическая наука не
нуждается ни в какой не-механистической телеологии. Мы,
следовательно, вынуждены принять, что всякая метафизическая
телеология должна быть исключена из области естествознания2).
Но что тогда станется с понятием о приспособленности
среды к явлениям жизни? Логически здесь имеются две
возможности: или существует еще неизвестное механистическое
объяснение результатов органического и космического развития, или
такого объяснения не существует. Если подобное объяснение
возможно, то во всяком случае необходимо сознаться, что мы
с большим труд м можем его себе представить только. Однако,
если мы вспомним, какие затруднения приходилось испытывать
тем, кто хотел дать механическое объяснение явлений приспо-
г) Это утверждение не только подтверждается всеми открытиями
физики, оно было всегда необходимой гипотезой для работ физиков и
химиков.
2) Это, по крайней мере, наиболее простая вспомогательная гипотеза
и единственная точка зрения, которая не заключает в себе ничего
произвольного. Она нам кажется единственно подходящей.
— 191 —
собления, прежде чем возникло понятие об естественном отборе,
то мы признаем, чго эту возможность отрицать нельзя.
С другой стороны, мы можем себе также представить, что
тенденция может проявлять свое действие параллельно
механизму, не становясь ему поперек дороги, согласно взглядам таких
убежденных механистов, как Декарт, Клод-Бернар, Вир-
хов, Дю-Буа-Реймон и многие другие. Я не имею
намерения делать какой-нибудь выбор между этими двумя гипотезами,
так как я убедился, что в настоящее время с научной точки
зрения такой выбор невозможен; я сомневаюсь также и в том,
что в основе своей эти две гипотезы отличаются друг от друга1).
Я все же хочу попытаться опровергнуть те нападки, которые
поднимаются со стороны научных кругоз против второй гипотезы,
хотя я и сознаю, что этой попыткой я переступаю границы
естествознания.
Совершенно ясно, что мы можем представит^ себе чисто
механическое описание постройки какого-нибудь дома. Поскольку
это явление находится в области физических наук, наше
описание будет логическим и полным, если мы даже и не примем
во внимание преследуемые архитектором цели и стремления. Эти
дели и эти стремления, имеют ли они механистическую причину
или нет, являются всегда факторами, которые определяют
результат, но они никогда не бывают компонентами физического
явления. Создается такое впечатление, как будто через весь
процесс развития проходит влияние некоторой непрерывно
действующей тенденции, хотя это обстоятельство имеет и мало
значения для науки; необходимо только иметь в виду, что такая
тенденция, как и время, является вполне независимой перемен-
!) „Или все разнообразные виды организмов, которые существуют
теперь и существовали в прежние геологические эпохи, созданы
поодиночке, или же они возникли путем постепенного развития, путем явлений,
которые мы можем наблюдать. Обе гипотезы предполагают некоторую
первопричину и обе признают, что эта причина не поддается
объяснению. Спорным пунктом является вопрос о том, как эта не
поддающаяся объяснению причина влияла при возникновении живых
организмов. Этот вопрос может быть решен, если вообще он должен решаться,
только путем исследования всего фактического материала. Мы должны
исследовать, какая из этих двух противоречащих друг другу гипотез
наиболее согласуется с научными фактами". Herbert Spenser. „The
Principles of Biology". New-York and London. 1909, Bd. I.
Исправленное и дополненное издание.
— 192 —
ной и что тенденция и время вместе создают некоторую
неизменную среду процесса развития. Эта тенденция не может быть
определена ни измерением, ни взвешиванием, так как если бы
это было возможно, то она затронула бы механический процесс;
она не может также подлежать никаким колебаниям, так как
обнаружение этого явления неминуемо повело бы к его
исследованию. К какому же моменту должно быть отнесено
первоначальное происхождение этой тенденции? Если мы возьмем в
качестве предпосылки механизм, то, конечно, должны будем отнести
его к тому моменту, к которому Бергсон хитроумно приурочил
свой „жизненный порыв", а именно, к моменту происхождения
всех вещей, прежде чем механизм начал проявлять свое действие.
Словом, наша новая телеология не возникла в механизме или
при посредстве него; она является неизбежной и верной его
союзницей. На основании этого воззрения материя и энергия имеют
первоначальное, естественное, но телеологическое свойство, или,
скорее, их свойства построены телеологически и не случайно;
и этот факт определяет вселенную в пространстве и во времени.
Такое утверждение, собственно говоря, носит метафизический
характер, однако, оно может претендовать на внимание и со
стороны людей науки. Прежде всего, оно предоставляет механизму
полную свободу, которую завоевал себе этот взгляд в мире
явлений.
Во-вторых, это утверждение прибавляет к тем двум
загадкам, с которыми все ученые уже давно молча согласились, —
загадкам существования жизни и вселенной—еще третью,
древнюю и знакомую. Если даны вселенная, жизнь и эта тенденция,
это особое упорядочение свойств неорганического, то для
объяснения всех явлений механизм может служить достаточной
предпосылкой, что мы уже доказали путем индукции.
Наука имеет своим предметом только вопрос о сохранении,
но не вопрос о происхождении материи и энергии; их
происхождение лежит вне ее области. Что касается самого факта
существования жизни, то следует признать, что число тех биологов,
которые ожидали для этого явления научного объяснения, за
последние пятьдесят лет значительно уменьшилось; крупнейшие же
химики никогда не присоединялись к этому ожиданию. Лорд
Кельвин 1) рассказывает, что Либих на вопрос, думает ли
*) Lord Kelvin. „On the Dissipation of Energy", популярные
очерки. Bd. 3, p. 464.
— 193 —
он, что лист или цветок могли произойти путем химических сил,
ответил: „я скорее поверил бы, что из мертвой материи может
возникнуть книга по химии или ботанике". Дарвин г) тоже
раз высказался следующим образом: „Совершенно бесполезно
раздумывать теперь о происхождении жизни, мы с таким же успехом
могли бы думать и о происхождении материи". Со времени
выступления Либиха химическое строение клетки нам
представляется еще более сложным, чем раньше, и я не знаю ни одного
биохимика, который мог бы себе представить самопроизвольное,
т.-е. механическое возникновение клетки 2), хотя всеми
признается, что раз возникшие клетки существуют в качестве
механизмов в механической вселенной 3). Химик столь же мало может
решить загадку о возникновении жизни, как физик — загадку
о возникновении вселенной. Оба могут успокоиться только в том
случае, если откажутся от этой проблемы совершенно; идя этим
путем, они ничего не 'теряют по отношению к практическим
задачам, к решению которых они призваны в качестве людей
науки.
Что касается явления приспособленности среды к
требованиям жизни, то мы можем быть уверены, что, несмотря на все
успехи, которые в будущем будут праздноваться наукой в
области телеологии, философ никогда не перестанет рассматривать,
факт развития вселенной из хаоса во все совершенствующуюся
гармонию, как некоторое чудо. Вопреки всем мыслимым
механистическим объяснениям этого происхождения и этой гармонии,
вселенная всегда будет предметом изучения с философской точки
зрения; при таких условиях, наука не должна опасаться
вмешательства ни с какой стороны; она может, забыв о некогда сковы-
i) Merz, 1. е., Bd. 2, р. 406.
2) Этим я не хочу выдвигать никаких взглядов относительно
проблемы абиогенеза; все признают, что эта теория не может быть
отброшена. В то время, как биофизики, как проф. Ш е ф е р, присоединяются
к взгляду Спенсера и принимают, что органические формы путем
постепенного развития возникли из неорганических, биохимики не так легко
могут себе представить этот процесс, и поэтому многие предпочитают не
становиться на определенную точку зрения и считают загадку
неразрешенной.
3) См., напр., Hoffmeister. „Die chemische Organisation der Zelle" »
Braunschweig, 19t)l, и Alsberg. „Mechanismus of cell Activity". Science,
p. 97 — 105. 28 Iuli 1911.
— 194 —
вавшях ее путах и стремиться в будущем искать и находить для
всех естественных явлений механистические объяснения *).
Наконец, мы пришли к утверждению, которое я пытался
доказать. Наука окончательно приговорила к смерти старую
телеологию. В настоящее время живет лишь ее бесплотный дух,
освобожденный от витализма и от всех материальных пут, а таких
привидений наука не может опасаться. Ученый даже не обязан
создавать себе определенного взгляда о реальности их
существования, так как они населяют другой мир, в который он, как
человек науки, не может иметь доступа 2),
*) „Развитие представляет из себя ряд физических состояний,
некоторую совокупность неизбежных явлений в мире пространства и времени.
Яйцо развивается в курицу; из ребенка может развиться поэт; культура
нации рождается из варварства; планета переходит из жидкого в
твердое состояние и создает жизнь, которая в течение многих миллионов лет
превращает ее в такое чудесное место обитания. Если мы посмотрим на
эти вещи с точки зрения внешнего описания, то мы не увидим ничего,
кроме материи, которая передвигается от мгновения к мгновению, и
каждый из этих моментов хранит в самом своем проявлении необходимость
перехода в следующий. Для описательной науки здесь не может
существовать ни внезапностей, ни прерывистости. Если же мы взглянем на
это целое с точки зрения понимания, истории, с точки зрения
синтетической, подобно тому, как музыкант прислушивается к симфонии или
зритель следит за разыгрываемой драмой, тогда нам покажется, что
в образе этих явлений перед нами развертывается некоторое действие".
Roy с е. „The Spirit of Modern Philosophy", Boston and New-Jork. 1896,
8-е изд., р. 425.
2) Совершенно излишне упоминать о том, что эти взгляды не
содержат ничего нового по существу. См., напр., Д ю -Б у а-Р е й м о н: „Семь
мировых загадок". В одном только пункте они приобрели более твердую
и более определенную основу, благодаря успехам наших исследований
относительно явлений приспособленности среды.
ГЛАВА IX.
Заключение.
Вря^ лп я мог}7 надеяться, что в области метафизики,
которая для меня чужда, mhqd дано более чем очень
несовершенное объяснение известных телеологических взглядов; я должен
также подчеркнуть, что я сам сомневаюсь в том, что те
философские заключения, которые, по моему мнению, вытекают из
соответствия, существующего между внешней средой и
приспособленными к ней организмами, представлены мною с достаточной
отчетливостью. Научные факты требуют более подробного и
одновременно более общего научного описания, —описания,
которое не усложнялось бы ни философскими, ни телеологическими
п вообще никакими другими умозаключениями.
С первых шагов новейшей химии было более или менее
установлено существование некоторой закономерности в свойствах
материи. Открытие периодической системы блестящим образом
подтвердило веру в существование такой закономерности в
свойствах элементов, дав первое связное о них представление. Однако,
мы не имеем еще соответствующего объяснения этой
закономерности, хотя недавно выполненные физические исследования дают
нам надежду на то, что подобное объяснение может быть
найдено в будущем. Начиная с середины прошлого столетия, многие
новые явления ставщись в связь с периодической системой *);
замечалась тенденция приписывать этой системе все большее и
большее значение, как главной загадке химии, и но всей
вероятности рассматривать ее, как выражение единственной
закономерности, которую можно обнаружить среди свойств материи.
Итогом настоящего иссследования является
доказательство того, что в свойствах элементов
есть другой, по существу независимый порядок.
*) См., напр., В. Т. W. Richard. „Faraday Lecture", Journal of the
Chemical Society. 1911 r.
196 —
Эта новая закономерность является, так сказать, скрытой,
если мы будем рассматривать свойства материи с абстрактной
и статической точки зрения. Хотя химики уже давно имеют
о ней некоторое неопределенное представление, эта
закономерность обнаруживается ясно только в том случае, если при наших
исследованиях мы примем во внимание также и время. Она
имеет динамическое значение и относится к явлениям развития.
Она стоит к ранее выясненной закономерности в таком же
отношении, как в биологии функциональное к структурному. Поэтому
она и не является вполне независимой от этой прежней
закономерности; она, так сказать, включена в нее; однако, она никогда
не могла бы быть обнаружена без наблюдения и исследования
явлений, протекающих во времени.
Если вводить в наши исследования время, то большинство
явлений и способ их группировки представляются в совершенно
ином свете; факт этот не является новым открытием в истории
естествознания. Со времени маятника и крьвых поверхностей
Га л ил е я и до химической динамики новейшей физической химии—
представление об окружающем море непрерывно изменялось
благодаря успехам динамики. Во собенности биология претерпела
большие изменения благодаря эволюционному учению. Можно было бы
сказать a priori, что исследование свойств элементов в их
отношении к космическим процессам, т.-е. в их отношении ко
времени, должно обнаружить совершенно иной порядок — может
быть, единственно возможаый, который существует среди этих
свойств элементов вне периодической системы.
Этот новый порядок может быть формулирован следующим
образом: свойства элементов распределены между
элементами неравномерно, но вместе с тем и не
случайно: распределение этих свойств не связано
исключительно с той закономерностью, которая
обнаруживается в факте периодичности.
Рассматривая эти свойства во всей их полноте, мы
находим, что они, наоборот, распределены с очень
большой неравномерностью, так что яркие,
характерные признаки кажутся скорее
сконцентрированными на некоторых специальных элементах
и в первую очередь на водороде, кислороде и
углероде. Как следствие этих фактов, возникают
некоторые характерные признаки космического
-_ 197 -
процесса, которые никогда не могли бы
возникнуть, если бы распределение свойств элементов
было иным, чем то, какое существует в настоящее
время. Свойства, обнаруживающиеся у элементов столь
необыкновенным образом и в виде такого своеобразного целого,
включают в себя большинство известнейших и важнейших
признаков материи, равно как и некоторые ее своеобразные
особенности. Этот порядок имеет для космического и органического
развития некоторые весьма важные последствия, а именно:
наибольшее постоянство и неизменяемость физико-химического
состояния поверхности планеты, равно как и максимальную
сложность состава этой последней. Следствием этого является
еще и то, что на этой поверхности существуют в высшей
степени устойчивые, сложные и полные энергии системы. К
сожалению, этот порядок невозможно ближе охарактеризовать, не
затронув некоторых частностей, так как для математической
обработки, так же как, для такой обработки, какую
Менделеев применял по отношению к периодической системе, он
годится не более, чем эволюция. Я не в состоянии дать более
короткого описания этой закономерности, чем то, которое дано
мною в качестве главного содержания этой книги. На мой
взгляд чрезвычайно важно, что эта закономерность
не покоится ни на каких биологических
представлениях или допущениях. Каждое отдельное понятие и
каждая идея, необходимая для ее развития или ее формулировки,
образует абстрактное физико-химическое представление или факт
того же порядка, что и факты и представления, к которым прило-
жимо „правило фаз".
Тем не менее большой научный интерес этой
закономерности заключается в том, что он имеет биологическое значение.
Получается важный для биологии вывод, который я и хотел бы
здесь выдвинуть в качестве положительного плодотворного
результата нашего исследования. Свойства материи и явления
космического развития, как мы это видели, тесно связаны со
строением живых организмов и с их приспособлениями; поэтому эти
свойства являются более важными для биологии, чем это
подозревали раньше. Общий процесс развития, как космический, так
и органический, представляют единство, и биолог прав, полагая,
что вселенная биоцентрична в самом своем существе.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛЕНИНГРАД
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Серия книг, издаваемая под общей редакцией: А. Д. Архангельского,
B. Ф. К а г а н а, Н. К. К о л ь ц о в а, В. А. К о с т и ц ы н а, П. П.
Лазарева и Л. А. Тарасевича, при ближайшем участии в
редакционной работе: В. М. А р н о л ь д и, Н. А. Изгарышева,
Т. К. Молодого и Э. В. Шпольского.
ВЫШЛИ ИЗ ПЕЧАТИ:
1. Фаянс. — Радиоактивность. Перев. и дополн. Э. В. Шпольского.
Ц. 35 к.
2. Омоложение. — Сборник статей под ред. Н. К. Кольцова. Ц. 2 р.
3. Э. Резерфорд. — Строение атома и искусственное разложение
элементов. Собрание оригинальных работ (1919 —1922). Подготовил
к печати Э. В. Ш по ль с кий. Ц. 1 р. 10 к.
4. А. Вейль. — Внутренняя секреция. Перев. Н. М. Гуляевой, под
редакцией Н. К. Кольцова. Ц. 1 р.
5. Р. Г о л ь д ш м и д т. — Механизм и физиология определения пола. С
добавлениями автора к русскому изданию. Перев. П. И. Живаго, под
ред. Н, К. Кольцова. Ц. 1 р. 80 к.
6. В. Н е р н с т. — Мироздание в свете новых исследований. Перевод Г. С.
Л а н д с б е р г а. Ц. 35 к.
7. П. П. Лазарев. — Ионная теория возбуждения. Ц. 1 р. 25 к.
8. Э. Б о р е л ь. — Случай. Введение в теорию вероятностей. Перевод под
редакцией В. А. К о с т и ц ы н а. Ц. 1 р. 50 к.
9. А. В е г е н е р. — Происхождение луны и ее кратеров. Перев. под ред.
А. Д. Архангельского и В. А. К о с т и ц ы н а. Ц. 45 к.
10. Сванте Аррениус. — Жизненный путь планет. Перевод под
редакцией В. А. К о с т и ц ы н а.
11. Ни ль с Бор. — Три статьи о спектрах и строении атомов. Перевод
C. И. Вавилова.
12. Э. Фрейндлих. — Основы теории тяготения Экштейна. Перевод под
редакцией В. К. Фредерике а.
13. Т. Г. Морган. — Структурные основы наследственности. Перевод под
ред. В. Н. Лебедева.
14. Ф. В. А с т о н. — Изотоны. Пер. под ред. А. П. Афанасьева. Ц. 2 р.
15. Л., Ж. Гендерсон. — Среда жизни.
16. Омоложение. — Второй сборник статей под ред. Н. К. Кольцова.
17. М. В. Павлова. — Причины вымирания животных в прошедшие
геологические эпохи.
18. Э. К р е ч м е р. — Строение тела и характер. Перевод под ред. П. Б.
Ганнушкина.
19. А. Д. Архангельский. — Курская магнитная аномалия.
20. Ж. П е р р е н. — Атомы. С предисловием автора русскому изданию.
Перевод И. А. Соколова.
21. Э. Б о р е л ь. — Пространство и время. Перевод под редакцией Н. Н.
Андреева.
ПЕЧАТАЮТСЯ:
В. Н. Любименко. — Процесс синтеза в мире растений.
Н. А. Изгарышев. — Современное состояние теории растворов.
А. Вегенер. — Происхождение континентов и океанов.
Ф. Л и л л и. — Проблемы оплодотворения.
Р. Милликэн. — Электрон.
Т. И. Юдин. — Евгеника.
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
КНИГА 13
Т. Г. МОРГАН
СТРУКТУРНЫЕ ОСНОВЫ
НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
Перевод под редакцией
В. Н. ЛЕБЕДЕВА
Цена 2 руб. 25 коп.
СОДЕРЖАНИЕ:
I. Введение. П. Первый закон Менделя. III. Механизм расщепления.
IV. Второй закон Менделя. — Независимые сочетания генов. V. Механизм
перекомбинирования хромосом. VI. Сцепление. VII. Кроссинговер. VIII. Крос-
синговер и хромосомы. IX. Линейное расположение генов. X. Интерференция.
XI. Ограничение в числе сцепленных групп. XII. Вариация сцеплений.
XIII. Вариация числа хромосом, их взаимоотношение ко всей совокупности
генов. XIV. Половые хромосомы и связанная с полом наследственность.
XV. Партеногенезис и чистые линии. XVI. Эмбриологические и
цитологические доказательства, что хромосомы — носители наследственных зачатков.
XVII. Цитоплазматическая наследственность. XVIII. Материнская
наследственность. XIX. Корпускулярная теория наследственности и природа генов.
XX, Мутация. — Добавление. Мутации в роде Drosophila (Ганса Нахтегейма.)
КНИГА 4
Артур ВЭЙЛЬ
ВНУТРЕННЯЯ СЕКРЕЦИЯ
Перевод со 2-го немецкого издания
под редакцией и с примечаниями
проф. Н. К. КОЛЬЦОВА
С 45 рисунками в тексте
ОГЛАВЛЕНИЕ:
I. Возникновение понятия о внутренней секреции. II. История развития
и гистология кровяных желез. III. Физиология крови. IV. Кровообращение.
V. Дыхание и голос. VI. Обмен веществ. VII. Рост и форма тела. VIII.
Размножение IX. Половое влечение. X. Психика и внутренняя секреция. XI.
Химия инкрета. XII. Методы обнаружения инкрета. XIII. Взаимодействие
инкреторных желез. XIV. Внутренняя секреция и нервная система.
Цена 1 р. 25 к.
¦1Н1ШШШ1!Ш1Ш!1;!1Ш1111ШШ1111Ш1ШШ11Ш11Ш11Ш11ШШ1111ШП
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.
Серия книг, издаваемая под общей редакцией: А. Д.
Архангельского, Н. К. К о л b ц о в а, 5. А. К о с m и ц Ы н а, П. П.
Лазарева и Л. А. Тарасевича. При ближайшем участии
в редакционной работе: В. М. АрнолЬди, В. Ф. Кагана,
Т. К. Молодого, 5. В. Шарвина и Э. В. Шпольского.
ВЫШЛИ ИЗ ПЕЧАТИ:
1. Фаянс.—Радиоактивность. Перев. и дополнен. Э. В.
Шпольского.
2. Омоложение. — Сборник статей под ред. Н. К. КолЬцова.
3. Э. Рёзерфорд. — Строение атома и искусственное
разложение элементов. Собрание оригиналЬнЫх работ (1919—1922).
Подготовил к печати Э. В. Ш п о л b с к и й.
4. А. В е и л Ь. — Внутренняя секреция. Перевод Н. А\. Гуля ев о й,
под редакцией Н. К. КолЬцова.
5. Р. ГолЬдшмидт. — Механизм и физиология определения пола.
С добавлениями автора к русскому изданию. Перев. П.И.
Живого, под редакцией Н. К. КолЬцова.
6. В. Н е р н с т. — Мироздание в свете новых исследований.
Перевод Г. С. Ландсберга.
7. П. П. Лазарев. — Ионная теория возбуждения.
8. Э. БорелЬ. — Случай. Введение в теорию вероятностей.
Перевод под редакцией В. А. К о с тицын а.
9. А. В е г е н е р. — Происхождение лунЫ и ее кратеров. Перев. под [
ред. А. Д. Архангельского и В. А. К о cm и цЫ на. [
10. Сванте Аррениус. — Жизненный путь планет. Перевод под I
редакцией В. А. Костицын a. j
И. Н и лье Бор.— Три статьи о спектрах и строении атомов.
Перевод С. И. Вавилова.
12. Э. Фрейндлих. — ОсновЫ теории тяготения Эйнштейна. Пе- i
ревод под ред. В. К. Фредерике а.
13. Т. Г. М. о р г а н. — Структурные основы наследственности.
Перевод под ред. В. Н. Л е б е д е в a. j
14. Ф. В. А с т о н. —' ИзотопЫ. Перевод под редакцией А. П. А ф а- I
насЬе в a. j
15. Л. Ж. Тендер сон.—-Среда жизни. Перевод под редакцией !
С. Н. Ска до в с ко го. I
ПЕЧАТАЮТСЯ: ]
М. В. Павлова. — ВЫмирание животнЬгх в прошедшие геологиче- I
ские эпохи. |
Ж. П е р р е н. —АтомЫ. С предисл. автора к русскому изданию. |
A. Вегенер. — Происхождение континентов и океанов. |
Э. Борель.- Пространство и время. j
Т. И. Юдин, — Евгеника. j
Омоложение. Сборник статей под ред. Н. К. КолЬцова, вЬт. 2. I
Н. А. И з г а р bi ш е в. — Современное состояние теории растворов, j
B. Н. Любименко.— Процесс синтеза в мире растений. §
Его же. —Растительные пигменты. j
К. А р н д т. — КоллоидЫ и их значение в технике. Перевод под ред. j
Н. А. ИзгарЫшева. 1
I шптшпптиппппмйЬпшш