Проблема Спалланцани

Чтобы узнать об этой проблеме, мы снова возвратимся на полтора века назад, в Павию, в университет, где в эти же дни профессор Алессандро Вольта проводит первые проверки опытов Гальвани.

Но на этот раз мы заглянем в другую лабораторию, к замечательному естествоиспытателю Ладзаро Спалланцани (1729-1799).

В то время в скромных лабораториях ученых не было еще ни источников электрического тока, ни точных и чувствительных приборов, и естествоиспытателям приходилось в основном полагаться на внимание и наблюдательность, на зрение и слух, обостренные горячей любознательностью, на чуткость и умелость своих рук. Качества эти во все времена - главные помощники ученого. Без них не помогут даже самые совершенные приборы.

Биолог и физиолог Ладзаро Спалланцани, профессор университета в Павии, был щедро одарен этими качествами. Как и Гальвани, он умел ставить тончайшие эксперименты; как и Гальвани, он ставил опыты над лишенными головного мозга лягушками, и одним из самых первых наблюдал двигательные рефлексы. Что бы ни изучал Спалланцани, ему всегда удавалось открыть нечто важное.

Спалланцани первым доказал невозможность самопроизвольного зарождения микроорганизмов; он внес важный вклад в изучение процессов размножения; изучал регенерацию конечностей саламандр и тритонов; одним из первых исследовал процессы кровообращения, дыхания, пищеварения у животных.

Об этих открытиях и научных заслугах Спалланцани упоминается во всех энциклопедиях. Но очень редко говорят о проблеме Спалланцани. И это не случайно. Она полтора века ждала своего решения, и за эти полтора века многие забыли о ней, а многие не придавали особого значения.

Как это часто бывает в науке, все началось с того, что, на первый взгляд, каждому показалось бы чистой случайностью. Но для настоящего естествоиспытателя случайностей не бывает. В книгах об ученых всегда рассказывается о случайностях: о счастливой мысли, пришедшей во время купания в ванной; о падении яблока; о подергивании лягушачьих лапок в грозу; о тысячах других счастливых случаев и совпадений.

Но, конечно, причину открытий надо искать не в них. Подлинный ученый, увлекшись какой-то научной проблемой, отдает ей все свои мысли, всего себя. И тогда любое явление, самое неожиданное, может натолкнуть его на открытие. В поисках истины для ученого все не случайно, потому что он ищет и находит закономерности. Конечно, ученому, как и любому другому человеку, приходится ежедневно сталкиваться с тысячами случайностей, но он или вовсе не замечает, либо тотчас забывает их. Но если случай хотя бы очень отдаленно связан с тем, что интересует ученого, с тем, что он ищет, ученый не забудет его и не успокоится, пока не найдет ему правильного объяснения.

С давних времен люди убеждены, что совы великолепно видят в темноте. И действительно, зрение отлично служит сове там, где человек не видит ни зги. Сова замечает поверхности, светимость которых в десятки раз меньше светимости поверхностей, еще различаемых человеком. Но хотя чувствительность зрения сов и потрясающе велика, эти птицы в полной темноте так же слепы, как человек, как и все другие зрячие животные.

И вот случайности...

В одну из темных беззвездных ночей 1793 года в комнату Спалланцани случайно влетела сова. Случайно она слишком близко подлетела к свече, и взмахами сильных крыльев мгновенно задула слабый огонек. В комнате стало гораздо темней, чем под открытым небом, и сова, неожиданно для Спалланцани, ударилась о стену, наткнулась еще на что-то, снова ударилась о стену. Она вела себя так, словно внезапно ослепла.

Это сильно удивило Спалланцани - ведь он, как и все в то время, считал, что совы видят даже в абсолютном мраке. Он много раз, уже намеренно, повторил опыт с совами и убедился, что совы действительно не видят в темной комнате.

Это был не известный ранее факт. Быть может, другой этим и ограничился бы, но Спалланцани был подлинным естествоиспытателем, он не мог остановиться на полдороге. Ведь он знал, что, кроме сов, ночной образ жизни ведут и летучие мыши. Громадные стаи этих зверьков гнездятся в глубоких пещерах, куда не проникает свет.

В том же году Спалланцани провел опыты с летучими мышами и примерно за год узнал о них столько нового, сколько не удалось узнать всем другим исследователям за последующие полтора века.

Вначале Спалланцани решил, что мыши видят в темноте гораздо лучше сов и, разумеется, людей. Он делал самое простое: закрывал глаза мышей, обвязывая им головы непрозрачной тканью. И мыши действительно не могли ориентироваться. Исследователю, менее внимательному, чем Спалланцани, этого было бы довольно, чтобы убедиться, что летучая мышь ориентируется при помощи глаз, зрения; что летучие мыши превосходно, гораздо лучше сов, видят в темноте. Однако ученый остался неудовлетворен своими опытами. Интуиция натуралиста подсказывала ему, что повязка на го-лозе мыши могла помешать не только зрению животного. Он решил ослепить несколько мышей. И тогда обнаружился удивительный факт: переболев после операции, ослепленные мыши летали как и прежде, не сталкиваясь ни со стенами, ни с людьми, они по-прежнему могли охотиться за мошками и ночными бабочками.

Спалланцани терялся в догадках, он не знал, как объяснить удивительную способность летучих мышей видеть не просто в темноте, но даже и тогда, когда их лишали глаз.

Загадка летучих мышей не давала Спалланцани покоя до конца жизни. Уже незадолго до смерти ему удалось установить, что мыши теряют способность "видеть", если им закрывать рот или уши. Это было важнейшее открытие. Но оно казалось настолько странным, что после смерти Спалланцани никто не верил в достоверность этих "странных" фактов, а потом они и вовсе затерялись в пропыленных и забытых фолиантах. Способность летучих мышей стали объяснять тем, что, приближаясь к препятствию, они ощущают повышение давления воздуха, которое возникает при отражении от препятствий воздушного потока, создаваемого крыльями мыши. К сожалению, о "проблеме Спалланцани" зоологи знали не так уж много. Большинство наблюдений и выводов, сделанных Спалланцани, не было опубликовано.

В 1912 году мир потрясло известие о гибели "Титаника". Этот громадный пассажирский корабль столкнулся в тумане с айсбергом и затонул.

Инженеры многое слышали об опасностях, поджидающих корабли в тумане, об угрозе столкновения с айсбергами. Но как помочь морякам, они не знали. Трагическая гибель "Титаника" заставила их снова искать пути и методы создания приборов, которые помогали бы мореплавателям избежать столкновений с айсбергами. Этим вопросом занялся и знаменитый инженер Хирам Максим, изобретатель автоматического оружия и, в частности, станкового пулемета "Максим", автор огромного самолета с паровым двигателем, который разбился при попытке к взлету. Хирам Максим предложил устройство, предупреждающее о приближении к айсбергу. Объясняя принцип действия этого устройства, Максим, первым после Спалланцани, высказал мысль, что летучие мыши ориентируются при помощи слуха. Первым сформулировал Максим и принцип звуковой локации. Он считал, что летучая мышь движением крыльев создает неслышимые для человека (не для нее самой) звуки. Воспринимая отражение этих звуков от препятствий, мышь выбирает направление полета.

Максим полагал, что частота колебаний звуков, издаваемых мышью, совсем мала - всего лишь около пятнадцати колебаний в секунду. Это было ошибкой. Максим забыл или не знал свойств звуковых низкочастотных и ультравысокочастотных волн. Подобно радиоволнам звуковые низкочастотные или длинные волны хорошо огибают препятствия и плохо отражаются от них. И наоборот, ультравысокочастотные или ультракороткие звуковые волны, длина которых составляет доли метра и даже доли сантиметра, хорошо отражаются от препятствий. Предположение о том, что летучие мыши издают ультразвуки, то есть звуки, длина волны которых очень мала, было высказано несколькими годами позже. Но оно оставалось непроверенным до 1938 года.

В том году студент-выпускник Гарвардского университета Дональд Гриффин начал изучать летучих мышей. Он хотел выяснить, как и почему совершают перелеты стаи этих животных. О том, как мыши обнаруживают препятствия, он знал не более того, что в те годы говорилось студентам на лекциях: мыши чувствуют приближение препятствия крыльями. Он слышал также предположение, что мыши издают очень высокие звуки, на самом пределе слышимости человеческого уха; частота этих звуков, по мнению некоторых, должна была равняться 15-20 тысячам колебаний в секунду (длина волны 2,2-1,65 сантиметра).

Приступив к изучению летучих мышей, Гриффин нашел поддержку в лице известного специалиста в области радиотехники. Молодой естествоиспытатель получил от него электронные усилители ультразвуков, и чудесные приборы сразу же уловили ультразвуки, издаваемые мышами. И, разумеется, не при помощи крыльев, а ртом. Но Гриффин решил, что эти звуки играют ту же роль, что и звуки, издаваемые птицами и другими животными, то есть что они служат летучим мышам для сигнализации.

Только после окончания второй мировой войны, когда идеи локации стали широко известны и когда были созданы новые значительно более совершенные электронные приборы для научных экспериментов, Гриффину удалось выяснить роль ультразвуков в жизни летучих мышей. Многолетние исследования позволили ему доказать, что зрение в жизни летучих мышей почти не играет никакой роли. У многих видов этих зверьков зрение совсем плохое, а глаза им заменяют поразительные по своему совершенству органы эхолокации, которые позволяют им жить, летать и охотиться там, где царит полная темнота, где глаза были бы попросту бесполезны.

Вот каким непростым оказалось решение проблемы Спалланцани.