Десять лет истории науки. Альберт фон Келликер: от митохондрии до нейрона

Поездить по Германии

Урожденному Рудольфу Алберту Келликеру предикат «фон» разрешили добавить к фамилии уже в 1897 году, на 80-летие. Тогда он уже был членом академий и ученых обществ многих стран, получал стипендию Лондонского королевского общества и в этот же год стал лауреатом очень престижной медали Копли — старейшей из до сих пор присуждаемых научных наград. А родился один из отцов гистологии (и не только) в семье банковского работника в швейцарском Цюрихе в 1817 году, где и поступил на медицинский в 19 лет.

Через три года, в 1839, Келликер отправился в Германию. Из университета Бонна он почти сразу перебрался в Берлинский, где продолжил изучать медицинские науки. Там трудились известнейшие исследователи: у Иоганна Мюллера Келликер изучал физиологию и сравнительную анатомию, микроскопию преподавал Якоб Генле, а эмбриологию — Роберт Ремак. Великий учился у великих.

Келликер защитил степень в университете Гейдельберга в 1842 году. В диссертации он изучал происхождение сперматозоидов. Келликер впервые показал, что они являются клетками. Он продолжил эту ветку исследований позже — еще через два года продемонстрировал, что и у яйцеклетки тоже клеточная природа, и зародыш возникает из ее дробления.

После защиты Келликер очень быстро снова перебрался в Берлин и в том же году стал ассистентом-прозектором — проводил вскрытия — у физиолога Генле. Но и в Берлинском университете он пробыл недолго. Вскоре, в 1844 году, Келликер вернулся на родину и занял кафедру физиологии и сравнительной анатомии в Цюрихском университете.

В Баварии стоит классический немецкий университетский городок Вюрцбург. Там в 1402 году был основан, заброшен и в 1582 году открыт повторно Вюрцбургский университет Юлиуса-Максимилиана. К середине XIX века на его медицинский факультет собирались ведущие ученые: тогда он считался самым сильным после Венского и Пражского факультетов. Строились новые здания, закупалось новейшее оборудование, привлекались молодые ученые. Туда и уехал из Цюриха Келликер, когда в 1847 году университет пригласил его профессором физиологии, микроскопии, сравнительной анатомии на местную кафедру. Келликеру понравилась жизнь в тихом академическом баварском городке при растущем университете. Там он останется до смерти в 1905 году.

Клетки везде

Ученые до середины XIX века сомневались, что в стенках артерий есть мышечная ткань, что нервная система действует на кровообращение, — большой пробел в физиологии. Его начал заполнять Келликер. Уже в 1847 году он доказал, что гладкая мышца — которая есть в стенках артерий — состоит из отдельных клеток с ядрами. Он же и показал соединение нервных волокон с мышцами сосудов.

Келликер исследовал гистологию всего в человеческом организме — гладкие и поперечнополосатые мышцы, кости, сосуды, внутренние органы, кожа и зубы. Изучение клеток почти всех тканей организма для мировой науки открыл Келликер, но особо он отличился, когда с 1840-х годов начал исследовать нервную ткань человека.

Где-то около середины XIX века Келликер «проскочил» мимо важнейшего открытия. Он видел, но не очень понял, что увидел: в саркоплазме (цитоплазме мышечных клеток) он заметил крошечные гранулы, которые еще один гистолог, Густав Ретциус, в 1890-х назовет саркосомами. Позже станет понятно, что эти гранулы есть в каждой клетке многоклеточных организмов — любых, и растений, и животных. Сейчас мы знаем, что именно они — основа выработки энергии в клетке. Да, похоже, что Келликер был первым, кто смог наблюдать митохондрии.

В 1850 году Келликеру — 33. Возраст Христа, врем собирать камни. На основе своих первых трудов исследователь выпускает первый учебник по микроскопической анатомии — по гистологии.

С тех пор начинается слава Келликера-гистолога. Собственно, в современной истории физиологии о нем через запятую и говорят: великий анатом/гистолог и нейрофизиолог, сыгравший важную роль в становлении нейрональной доктрины. В любом учебнике такое прочитаешь, однако мало кому известно, что между первым и вторым у Келликера было еще одно очень важное достижение. В 1850-х годах он внес значительный вклад в то, чтобы много позже у врачей появился такой мощный метод, как электрокардиография. Он был один из тех, кто показал, что сокращение мышц сопровождается электрическим током, вместе с Мюллером он в 1856 году показал, что «потенциал действия», зафиксированный Дюбуа-Реймоном чуть раньше, наблюдается и в спонтанно бьющемся сердце лягушки.

Серебро для нервных клеток

Изначально Келликер занимался эмбриологией — и защитил в этом направлении докторскую диссертацию, подтвердив новое для середины XIX века мнение о том, что клетки возникают только из других клеток и не могут быть получены из неклеточного материала. Интересна ему была и зоология: от головоногих моллюсков он как раз обратился к эмбрионам млекопитающих. Для своих исследований он внедрил новый метод.

Как микроскоп развивался очень постепенно, так же развивались и методы работы с препаратами. Микроскопия тканей стала «трендовым» направлением в 1850-х годах, но, например, нервную ткань гистологи аккуратно рассмотреть еще не могли.

Келликер один из первых стал применять революционную «черную реакцию» —обработка препарата нервной ткани нитратом серебра и бихроматом калия. В результате полупрозрачные нейроны становились черными, ярко выделялись на оранжевом фоне и становились весьма удобны для микроскопические изучения. Этот метод разработал итальянский гистолог Камилло Гольджи, а Келликер опробовал и «дал добро».

Главный оппонент Гольджи, испанец Сантьяго Рамон-и-Кахаль, по этому методу провел собственные нейрогистологические исследования — Келликер, старший коллега, принял и подтвердил результаты. Он задокументировал связь между нервными волокнами и клеточными телами в центральной нервной системе. Рамон-и-Кахаль, опираясь на эти работы Келликера, к концу XIX века разовьет нейронную доктрину и начнется первая нейробиологическая война: он и Гольджи непримиримо спорили в своих исследованиях: слитно или раздельно, нейронная или «сетчатая», ретикулярная организация у нервной ткани? Да что там говорить, даже само слово «нейрон» появилось в результате этих, мягко скажем, споров.

Несмотря на то, что права в итоге оказалась партия Кахаля, Келликер поддерживал связь с обоими недругами, оставаясь их довольно близким другом. Хотя сам и придерживался точки зрения Рамон-и-Кахаля, Келликер, к тому времени очень авторитетный профессор, помог выдвинуть и Гольджи, и Кахаля на Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Гольджи разделит ее с Рамон-и-Кахалем в 1906 году. И, если бы не смерть самого Келликера в ноябре 1905 года – то кто знает, кто знает: на премию номинировали и его (четырежды, и с Кахалем, и с Гольджи – с интересными формулировками, например: «A 60 year career in anatomy. Work on the fine structure of the nervous system»).

Х-лучи

Келликер привечал и поддерживал многих молодых коллег — 50 лет он проработал преподавателем в одном из крупнейших немецких вузов. Рядом с ним работал и дружил с ним и Вильгельм Конрад Рентген, первый в истории лауреат Нобелевской премии по физике за X-излучение.

В начале 1896 года, спустя пару месяцев после открытия неизвестного излучения из катодной трубки, Рентген выступил с докладом об «икс-лучах» перед Физико-медицинским обществом Вюрцбурга. В англоязычной литературе так и сохранилось слово X-ray. Вильгельм Рентген сам придерживался такого названия, которое и использовал в первом же докладе. Но в немецком и русском языках привычен термин «рентгеновские лучи». Именно Келликер, уже предоставивший Рентгену для снимка собственную кисть, предложил использовать в названии фамилию коллеги-первооткрывателя. К слову, наверное, в 9 из 10 снимков, которые используют в качестве иллюстрации метода Рентгена и которые подписаны «снимок кисти жены Рентгена с обручальным кольцом», на самом деле — рука Келликера. Хотя «портрет» кисти Берты Рентген тоже нет-нет, да и попадется.

«Гетерогенез»

О теории эволюции Дарвина спорили горячо и долго. Не остался в стороне и Келликер. Ему не понравилась та гипотеза в «Происхождении видов», что все подчинено принципу полезности и что у всех живущих ныне существ был некий универсальный общий предок — LUCA, как его сейчас называют ученые, опираясь уже на генетические методы.

LUCA — последняя популяция организмов, от которой произошло все разнообразие земной жизни. В 2016 году немецкие ученые смогли выявить набор из 355 генов, которые у LUCA точно были. Окаменелостей самого общего предка всего сущего (но не самого первого существа, конечно) уже не найти, но в генах современных живых клеток остались его следы. До этого — и после Дарвина — ученые доказывали существование «Луки» единством молекулярных систем в живых клетках: и люди, и грибы, и растения, и бактерии устроены на одном и том же принципе, как ДНК и РНК «декодируются» в последовательности аминокислот. Другими словами: генетический код у всех одинаковый (или почти одинаковый — есть модификации «исходника»).

Келликер же считал, что гипотеза подвержена «телеологической идее полезности», то есть, мол, нельзя, как Дарвин, считать абсолютно все составляющие организма сделанными только для пользы. Он апеллировал к тому, что в природе нет такого большого числа переходных форм и что никак — на то время — эмпирически не доказать существования естественного отбора.

В итоге Келликер уже к середине 1860-х довольно глубоко проработал концепцию «гетерогенеза» — гетерогенного размножения. Основная его идея заключается в том, что потомок всегда будет более высокоорганизован, чем родитель: «под влиянием общего закона развития живые существа производят из своих зачатков других, отличающихся от них», — а эволюция идет не постепенно, а «внезапными» скачками. При этом Келликер оговаривался, что не утверждает то, что абсолютно любой организм эволюционирует именно так. Собрав материал на двухлетних растениях, Хуго де Фриз к началу XX века открыл мутации. Оказалось, что Келликер не так уж и не прав. Впрочем, конечно, современные представления об эволюции сильно далеки как от Дарвина, так и от Келликера, что никак не умаляет гения одного и другого.

Текст: Александра Абанькова, Алексей Паевский