Проблема клеткообразования выдвигалась в ботанике еще в самом начале XIX века.
Мы видели, что Мирбель, Шпренгель, Тревиранус интересовались этим вопросом, но их представления даже временно не удержались в науке.
Вопрос о генезисе клеток был выдвинут на первый план Шлейденом, а за ним Шванном. Проблема клеткообразования стояла в центре внимания обоих исследователей, дававших на нее согласный в общих положениях ответ. Шлейден выдвинул теорию свободного клеткообразования из бесструктурного вещества, слизи, заключенной в уже ранее существовавших клетках. Шванн воспринял эту теорию спонтанного новообразования клеток Шлейдена. Однако при своих исследованиях Шванн не мог найти убедительных картин возникновения новых клеток внутри старых во всех тканях; подобный процесс ему удалось усмотреть только в хряще и в хорде. Он, правда, не сомневается в правильности наблюдений своего друга Шлейдена и скорей склонен усомниться в своих собственных наблюдениях. Но факты заставляют Шванна признать, что, наряду с образованием новых клеток в старых, их образование происходит в особом клеткообразующем веществе, «цитобластеме». Принципиально теория цитобластемы Шванна не отличается от теории эндоцеллюлярного происхождения новых клеток Шлейдена. И Шванн и Шлейден принимают положение о спонтанном новообразовании клеток из бесструктурного вещества. Разница лишь в том, что, по Шлейдену, это вещество находится только в клетках, а по Шванну оно может находиться также и между клетками.
Фактически уже ко времени работ Шлейдена и Шванна было известно размножение клеток путем деления. Дюмортье еще в 1832 г. наблюдал деление клеток у нитчатых водорослей. В 1835 г. появилась работа Моля, где впервые дано было изображение делящихся клеток. Небольшая книжка Моля, объемом в 20 страниц, носила заглавие «О размножении клеток путем деления» и была снабжена хорошо выполненной таблицей. У водоросли Conferva glomerata Моль установил перешнуровку протоплазмы и образование перегородки между дочерними клетками. На приложенной таблице изображены различные стадии деления клеток. Но клеточного ядра Моль не заметил и ничего не знал об его участии в клеточном делении.
Работа Моля не нашла сразу отклика, и хотя Мейен позже (1838) снова отмечает, что у нитчатых водорослей легко видеть деление клеток, Шлейден даже не упоминает о работе Моля. Впрочем, сам Моль вначале не считал возможным обобщить результаты своих наблюдений и создать на их основе новую теорию клеткообразования.
Однако у ботаников теория Шлейдена о свободном новообразовании клеток не встретила большого сочувствия.
Одним из первых с возражениями Шлейдену выступил русский ботаник Николай Иванович Железнов (1816—1877). По окончании Петербургского университета он в 1840 г. защитил магистерскую диссертацию. С 1847 г. Н. И. Железнов становится профессором Московского университета по курсу сельского хозяйства, в 1853 г. он избирается адъюнктом, а с 1857 г. экстраординарным академиком Петербургской академии наук. В 1861—1869 гг. Н. И. Железнов состоял директором земледельческой и лесной академии в Москве. В магистерской диссертации, озаглавленной «О развитии цветка и яичка в растении Tradescantia virginica L.», Железнов отмечает, что, исследуя развитие волосков традесканции, он не видел возникновения одной клетки в другой способом, описанным Шлейденом, а наблюдал появление перегородок, приводящих к образованию новых клеток. Не подтвердил Железнов и обязательного, по Шлейдену, первичного образования ядрышка («центрального тела», как его называет автор). Позже эта работа была опубликована на французском языке в «Бюллетенях Московского общества натуралистов» (1848). С точки зрения общих идей, заслуживают интереса два положения, выдвинутые Н. И. Железновым. «1. Образовательные процессы одинаковы как в растительном, так и в животном царствах. 2. Ячейки (так автор называет клетки), составляющие собою массу растений, не могут назваться растительными неделимыми».
Существенное значение в опровержении шлейденовской теории клеткообразования имели исследования Франца Унгера (Franz Unger, 1800—1870). Поступив сначала на юридический факультет, Унгер в 1820 г. переходит к изучению медицины в Вене и Праге. В 1827 г. он получает степень доктора медицины и начинает заниматься медицинской практикой. Продолжая начатые в студенческие годы ботанические исследования, Унгер получает в 1835 г. профессуру в Граце, а в 1849 г. переходит профессором физиологии растений в Вену. Наряду с анатомическими работами, Унгер приобрел известность как один из основоположников палеоботаники.
В 1841 г. Унгер публикует работу о размножении клеток в точке роста растений, где показывает, что клетки образуются не свободной кристаллизацией из «слизи», а путем деления или «почкования» ранее существующих клеток. В ряде последующих работ Унгер возвращается к проблеме клеткообразования, но даже в сороковых годах он не решается совершенно откинуть теорию Шлейдена. В своих «Основах анатомии и физиологии растений» (1844) Унгер различает первичное и вторичное клеткообразование. Под первым он подразумевает «возникновение» клеток без посредства ранее существовавших клеточных структур. Под вторым Унгер понимает «размножение» клеток. «Первичное клеткообразование очень ограничено», — заявляет Унгер Он думает, однако, что подобный способ клеткообразования все же встречается у низших растений. У высших растений клетки образуются, по Унгеру, за счет вторичного клеткообразования.
Эти работы заставили Шлейдена во 2-м издании «Основ ботаники» (1845) внести, наряду с клеткообразованием по своей теории, описание клеточного деления. Однако нужно иметь в виду, что понятие о клеточном делении в начальный период его развития сильно запутывалось нечеткостью терминологии. Основной частью клетки считалась оболочка, поэтому исследователи говорили о делении клетки лишь в тех случаях, когда видели разделение путем образования клеточной перегородки. В тех же случаях, когда оболочка клеток была неясной и делилась «голая» клетка, исследователи часто применяли термин «свободное клеткообразование», хотя, по существу, дело шло о клеточном делении.
Эта терминологическая путаница, в частности, встречается в работах выдающегося ботаника прошлого века Негели, исследования которого сыграли особенно важную роль в ниспровержении шлейденовской теории клеткообразования.
Карл Негели (Carl Wilhelm von Nageli, 1817—1891) изучал сначала медицину в Цюрихе. Пережив период увлечения натурфилософией, он переезжает в Женеву, где начинает изучать ботанику под руководством Декандоля (А. Р de Candolle, 1778—1841). После защиты диссертации по систематике растений, Негели в течение года изучает в Берлине у Гегеля философию, которая мало его удовлетворила. Позже он работает у Шлейдена в Иене, предпринимает путешествие, по возвращении из которого занимает профессуру во Фрейбурге, затем в Цюрихе, а позже в Мюнхене. Негели оставил след в разнообразных областях ботаники — от систематики до физиологии растений.
Особенное значение имеют цитологические исследования Негели о делении пыльцевых клеток и об одноклеточных водорослях, а также его работы о половом размножении у явнобрачных растений.
В основанном им журнале Негели выступает с обширной работой под названием «Клеточное ядро, клеткообразование и клеточный рост у растений» (1844, 1846). Рассматривая все группы растений, Негели прежде всего доказывает в этой работе, что «клеточные ядра существуют во всех растительных клетках» (1846, стр. 22). Тем самым наносился сокрушительный удар по теории Шлейдена, доказывавшего новообразование ядер в процессе клеткообразования. Негели различает «пристеночное клеткообразование вокруг содержимого» и «свободное клеткообразование». Но и в этом последнем случае Негели имеет в виду форму клеточного деления, а не свободное клеткообразование по Шлейдену.
«Здесь, — говорит Негели, — изолируется часть содержимого…, становится шарообразным или эллипсоидальным и порождает по всей поверхности мембрану. По господствующим представлениям (имеется в виду теория Шлейдена) о свободном клеткообразовании, до сих пор принимаемым, мембрана возникает вокруг клеточного ядра. В приведенных случаях не остается никакого, сомнения, что мембрана возникает вокруг содержимого. Кроме того принимается, что сперва возникает мембрана, и лишь потом образуется содержимое. Здесь решительно принимается содержимое за первичное, а мембрана за вторичное» (1846, стр. 39—40). Это большой шаг вперед, и, если откинуть терминологическую путаницу со «свободным клеткообразованием», нельзя не видеть в этом исследовании Негели полное ниспровержение шлейденовской теории цитогенеза.
Таким образом, благодаря исследованиям Моля, Железнова. Унгера, а особенно Негели, шлейденовская теория клеткообразования утратила кредит в ботанике и утвердилось представление, что образование клеток растений происходит, как правило, путем клеточного деления.
В гистологии животных шванновская теория цитобластемы продержалась дольше и встретила сначала благоприятный прием. В начале пятидесятых годов теория эта излагалась во всех руководствах по анатомии. В начале пятого десятилетия прошлого века появляется капитальная сводка Генле «Общая анатомия» (1841), сочинение, сделавшее эпоху в анатомии и гистологии. Генле писал, что клетки могут размножаться тремя способами: 1) почкованием, которое наблюдается у низших растительных организмов — грибов и дрожжей; 2) эндогенным зарождением, когда клетка образуется внутри другой клетки, как описывал Шлейден, или из межклеточной цитобластемы, по Шванну; 3) делением, которое имеет место у растений, между тем как у животных, замечает Генле, нет примеров такого способа развития.
С критикой шванновского представления о свободном новообразовании клеток из цитобластемы у животных одним из первых выступил московский зоолог Николай Александрович Варнек (1821—1876). Окончив в 1844 г. Петербургский университет, Н. А. Варнек вначале преподает ботанику и зоологию в Горном институте. С 1849 г. он становится адъюнктом, а с 1852 г. профессором сравнительной анатомии в Московском университете.
И. М. Сеченов в «Автобиографических записках» приводит следующие воспоминания о Н. А. Варнеке. «Зоологию преподавал нам адъюнкт Варнек. Читал он просто и толково, останавливаясь преимущественно на общих признаках принятых в зоологии отделов и описанию одноклеточных предпосылал длинный трактат о клетках вообще. Последнее учение падало, однако, на неподготовленную почву — Москва еще не думала тогда о микроскопе; поэтому между студентами Варнек не пользовался успехом, а в насмешку они даже прозвали его клеточкой. Много позднее я узнал, — прибавляет И. М. Сеченов в примечании, — что Варнек и известный ботаник Ценковский были из числа первых русских биологов, работавших в те времена с микроскопом». (Цит. по изд. 1952, стр. 80).
Н. А. Варнеку принадлежит ряд ценных микроскопических исследований, значение которых не было понято его современниками. В 1847 г. Варнек представил в качестве магистерской диссертации работу под названием «Печень рака в анатомическом и физиологическом отношении». Описывая печеночные клетки, Варнек отмечает, что «ядро здесь вполне развито, и занимает по большей части центр молодой клеточки… Свободных ядер я не замечал в слепых концах, и поэтому не могу согласиться с мнением Шванна о способе образования клеточек» (стр. 20). В сноске автор замечает: «Если бы свободные ядра действительно здесь находились, то их можно было бы видеть в веществе, связывающем клеточки, т. е. в межклетниках; последние здесь очень велики, часто весьма разнообразной формы, но всегда наполнены веществом без ядер». Поэтому Н. А. Варнек считает неверным мнение, «будто бы в ткани клеточек отделения (т. е. в концевых отделах печени) ядро развивается самостоятельно и вне клеточки, как собрание элементарных частиц Cytoblastema. Если мы в разрушенной ткани встречаем свободные ядра, то из этого еще не следует заключать, что ядра эти произошли вне клеточек, и при том независимо от них» (стр. 23). В одном из положений диссертации Варнек пишет: «Простейшая форма животного и растительного организмов есть клеточка».
Постепенно выясняется, что процесс дробления яйца — это ряд повторяющихся клеточных делений. Правда, выяснение этого положения досталось нелегко. Дробление яиц у животных ряд исследователей видел еще в дошванновский период (Сваммердам, Спалланцани; на живом материале дробление описали Прево и Дюма в 1824 г.). Дробление у лягушки было переоткрыто К. М. Бэром (1834); позже картины дробления описывали Рускони (1836), Зибольд (1837). Однако морфологическое значение бластомеров оставалось неясным; например, Шванн рассматривал желточные шары в яйце как отдельные клетки. Впервые сравнил бластомеры с клетками Мартин Бэрри (1839), давший описание бластомеров у млекопитающих (кролик). К представлению о бластомерах как о клетках приближался Карл Рейхерт (Carl Bogislaus Reichert, 1811—1883), известный берлинский анатом; однако способ развития бластомеров Рейхерт понимал неверно. Он думал, что дробление представляет собою зарождение многократно вложенных друг в друга материнских клеток.
Бэйкер (J. Baker, 1953) считает, что Бергман (Karl G. L. Chr. Bergmann, 1814—1865), тогда доцент в Гёттингене, изучавший развитие лягушки и тритона (1841), первый понял природу дробления и распознал в бластомерах клетки. Эта и последующая (1842) работы Бергмана, по Бэйкеру, составляют веху в истории клеточного учения. Ратке (Heinrich Rathke, 1793—1860), профессор Дерптского, а позже Кёнигсбергского университетов, опубликовал в 1842 г. исследование о развитии моллюсков и пауков. Ратке приближается к пониманию клеточной природы бластомеров прудовика, причем в бластомерах он видел ядра с ядрышками. Теодор Бишоф (Theodor Ludwig Bischoff, 1807— 1882), в бытность свою профессором Гиссенского университета, опубликовал ряд исследований о развитии млекопитающих. Но несмотря на хорошее описание внешнего хода развития, клеточная природа бластомеров осталась для Бишоффа неясной.
Наиболее четкая формулировка процесса дробления яйца была сделана Кёлликером. В его лице мы снова встречаем одного из выдающихся учеников Иоганнеса Мюллера. Альберт Кёлликер (Rudolf Albert Kolliker, 1817—1905) начал свою деятельность в качестве прозектора у Генле, под руководством которого он работал еще в студенческие годы в Берлине, в лаборатории Мюллера. С 1844 г. Кёлликер получает профессуру по физиологии и сравнительной анатомии в Цюрихе, в 1847 г. он переходит на ту же кафедру в Вюрцбурге, а с 1849 г. занимает в Вюрцбургском университете кафедру анатомии, руководство которой он сохранил до 1902 г.
Кёлликера справедливо считают одним из основоположников современной гистологии. Его многочисленные работы касаются самых разнообразных вопросов гистологии, эмбриологии и зоологии, затрагивая почти все ткани животного организма. Написанное Кёлликером капитальное руководство по гистологии (первое издание вышло в 1852 г.) в течение второй половины прошлого столетия являлось основным гистологическим справочником (оно выдержало 6 изданий и было переведено на ряд языков, в том числе 4-е изд. — на русский).
Еще в бытность свою прозектором Кёлликер напечатал работу о развитии головоногих моллюсков (1844). Здесь молодой ученый решительно ставит вопрос о необходимости распространения клеточного учения Шванна на ранние стадии эмбрионального развития. В предисловии к этой работе Кёлликер пишет, что его исследования будут иметь существенный результат для учения о клетке, так как ему удалось показать, что «шары дробления (бластомеры) составляют в совокупности тело эмбриона и в дальнейшем путем бесчисленных делений дают вторичные клетки», т. е. клетки различных тканей зародыша. «Созревший эмбрион построен из вторичных клеток, возникающих из шаров дробления, в качестве непосредственных и единственных их потомков», — так формулирует Кёлликер вывод, к которому он пришел на основании своих эмбриологических исследований. В заключительной части работы Кёлликер специально останавливается на значении для клеточного учения данных об эмбриональном развитии.
Работа Кёлликера дает обоснование новым представлениям о развитии клеток в процессе эмбриогенеза. Из его исследований вытекает, что в эмбриональном развитии клетки образуются не из цитобластемы, а из ранее имевшихся «леток. Тем не менее само понятие о клетке в этой ранней работе Кёлликера еще достаточно примитивно и своеобразно. Он различает: 1) первичные «летки (под ними автор подразумевает ядра зародышевых клеток на самых ранних стадиях развития); 2) ядра первичных клеток (это не что иное, как ядрышки); 3) оболочечные шары (Umhtillungskugeln) (бластомеры) и, наконец, 4) вторичные клетки (тканевые клеточные элементы). Мы упоминаем об этом, чтобы показать, что в начале 40-х годов еще сохраняются представления о «первичных» и «вторичных» клетках, о которых говорил Шванн.
Клеточный характер бластомеров и их образование путем деления показаны и в работе Н. А. Варнека, посвященной развитию брюхоногих моллюсков (1850), где впервые изображены процесс созревания, оплодотворения и первые стадии дробления, хотя в поразительных по точности наблюдениях самим автором не все оценено правильно.
Таким образом, к середине прошлого столетия было установлено, что на ранних стадиях эмбрионального развития процесс клеткообразования идет не за счет новообразования клеток из цитобластемы, а за счет деления первичной клетки — яйца.
Несколько позже было показано деление и у тканевых клеток животных организмов. Шванн, по-видимому, знал о клеточном делении, но находясь под гипнозом шлейденовской теории цитогенеза, не придал этому явлению какого-либо значения. Открытие клеточного деления в клетках тканей животных было сделано также одним из многочисленных учеников Иоганнеса Мюллера — Ремаком.
Ремак (Robert Remak, 1815—1865), работая у Мюллера, получил у него звание доцента, а позже профессора, но не мог добиться штатного места и принужден был заниматься врачебной практикой. Ремак получил известность не только как эмбриолог и цитолог, он был одним из выдающихся исследователей в области неврологии. Открытые им безмякотные волокна симпатической нервной системы и теперь называются его именем).
Первые наблюдения Ремака, посвященные проблеме размножения клеток, были сделаны в 1841 г. Изучая кровяные клетки у зародышей, Ремак констатировал процесс клеточного деления кровяных элементов. Позже, в 1851 г., ему удалось проследить весь цикл эмбрионального развития и показать, что деление клеток есть единственный способ возникновения новых клеток в животном организме. Статья Ремака с сообщением об этих исследованиях появилась в Мюллеровском архиве за 1852 г.
Эта небольшая статья, размером всего в 10 страниц, отмечает важный этап в развитии клеточного учения и отличается очень четкой постановкой проблемы. Отмечая, что ботаники Моль, Негели, Унгер и др. констатировали образование клеток путем деления, Ремак цитирует Шванна, установившего, в отличие от Шлейдена, экстрацеллюлярное новообразование клеток. Если бы это было так, замечает Ремак, то это скорее говорило бы не «о соответствии» животных клеток с растительными, а об их различии. «Мне самому, — пишет дальше Ремак, — экстрацеллюлярное возникновение клеток со времени установления клеточной теории казалось в такой же степени невероятным, как и самопроизвольное зарождение организмов» (стр. 49). Указывая далее, что ряд исследователей уже показал наличие клеточного деления на ранних стадиях развития, Ремак излагает результаты собственных исследований. Наблюдая развитие организма с самых первых шагов, Ремак видел, что новые клетки образуются неизменно путем деления, так же, как это установлено ботаниками для тканей растений. Заканчивая свою работу, Ремак указывает: «Эти результаты имеют столь же близкое отношение к патологии, как и к физиологии» (стр. 57). Мы остановились подробнее на этой работе Ремака, так как подчас о ней незаслуженно забывают и заслугу установления принципа новообразования животных клеток путем деления приписывают Вирхову.