Аббат Ладзаро Спалланцани был, по словам великого Луи Пастера, «самым выдающимся экспериментатором из когда-либо родившихся на земле». Но кроме этого, Спалланцани был довольно известным в Европе своего времени человеком, медийной персоной, как сказали бы сейчас.
Фото: Pacific Press via ZUMA Wire
Как часто бывает в истории науки, каноническая история открытия приобретает апокрифическую предысторию (яблоко, упавшее Ньютону на голову; Архимед, полезший в полную ванную и выплеснувший из нее часть воды; приснившаяся Менделееву периодическая таблица). История открытия эхолокации у летучих мышей не исключение, тут триггером открытия были сова и погасшая свеча. Пойманная Спалланцани сова (версии: ручная сова, оставленная ему знакомым на время; случайно залетевшая в комнату с улицы) крыльями погасила свечу, в темноте начала метаться, натыкаться на стены и мебель и учинила полный разгром, хотя не должна была этого сделать, все-таки ночной хищник. Залетавшие в окно Спалланцани летучие мыши никогда ничего подобного не делали, что заставило ученого задуматься и поставить эксперимент, который привел его к открытию.
Но не так уж важно, с совой ли или без нее Спалланцани заподозрил у летучих мышей шестое чувство, отсутствующее у человека, и стал экспериментировать. Экспериментировал он целых два года. Прежде всего он постарался исключить зрение как ориентир для мышей в темноте, причем делал он это разными способами. У одних мышей выжигал роговицу глаза, у других целом вырезал глазные яблоки. Первые законы о вивисекции появились в Европе только век спустя, так что никто не мог помешать аббату заниматься наукой.
По ночам он с крыши своего дома наблюдал за полетом ослепленных животных, а косвенным доказательством ориентации летучих мышей без зрения стала другая серия его опытов. Он метил ослепленных зверьков и отпускал их на волю. Когда некоторые снова попадались, он сравнивал содержимое желудков у них и у зрячих летучих мышей. У тех и других желудки были наполнены примерно одинаково, и виды насекомых, составлявших их пищу, были одними и теми же. Зрение тут было явно ни при чем, тогда что?
Хирург из Женевы
Летучие мыши иногда попискивают и щелкают, но подавляющую часть времени летают молча, так что вряд ли они ориентируются на слух. Тем не менее, слух надлежало исключить не априори, а экспериментальным путем. А вот тут у Спалланцани ничего не вышло. Стоило залить им уши воском, как зверьки теряли ориентацию и вели себя не лучше той самой совы, с которой все началось. По всему выходило, что они ориентируются все-таки с помощью слуха.
В ходе опытов на летучих мышах Спалланцани вел переписку с коллегами из разных стран Европы, сообщая им промежуточные результаты. Те, в свою очередь, писали об опытах аббата своим коллегам. Чьи-то «репосты» дошли до женевского профессора естественных наук Луи Жюрина, который сразу же взялся за слух летучих мышей. Врач по первой профессии, он не только заливал им уши воском, но и с виртуозностью хорошего хирурга лишал животных слуха всеми возможными способами, Он же первым обратил внимание на то, что уши у летучих мышей в полете постоянно шевелятся и меняют конфигурацию. Его капитальный труд с описанием опытов не дошел до нас, про опыты Жюрина известно только по короткому их пересказу, их аннотации, как сказали бы сейчас, опубликованной в 1798 году в парижском Journal de Physique, de Chimie et d'Histoire Naturelle. Некоторые историки науки считают, что труд Журина в полном виде вообще не был опубликован.
Оставить под подозрением
Спалланцани был в курсе экспериментов Журина. Коммуникации ученых XVIII века, построенные по принципу современных социальных сетей, работали медленно, но надежно. Начиная со второго года своих экспериментов, Спалланцани старался по мере своих возможностей повторять опыты женевского коллеги с лишенными слуха зверьками. Было ясно, что летучие мыши слышат что-то, что помогает им ориентироваться в темноте, но что именно Спалланцани не мог установить. Человек слышит звуки (колебания воздуха) в диапазоне частот до 20 кГц, а первые искусственные генераторы и детекторы ультразвука (частотой выше 20 кГц) появись только в конце XIX века. Спалланцани свернул эксперименты.
Коллеги аббата по науке предлагали более простые, по их мнению, объяснения феномена. Например, Кювье предположил, что летучие мыши машут крыльями и улавливают отражение от препятствий колебаний воздуха всем телом, как рыбы колебания воды своей боковой линией. Но ни Кювье, который тогда еще не был бароном и непререкаемым авторитетом в европейской науке, а всего лишь домашним учителем, ни более маститые ученые не убедили Спалланцани, что он ошибается. Публикуя результаты опытов, он оставил летучих мышей под подозрением в наличии шестого чувства.
Его финальный труд, опубликованный в Турине в 1794 году, так и называется Lettere sopra il sospetto di un nuovo senso nei pipistrelli («Письма о подозрении наличия нового чувства у летучих мышей»). Кто знает итальянский, может почитать в интернете эти «Письма… аббата Ладзаро Спаланцани, профессора естественной истории и директора музея университета Павии, члена Академий Турина, Лондона, Пруссии, Стокгольма, Геттингена, Болоньи, Сиены, Академии для наблюдения природы Берлина, и так далее, и так далее, с ответами аббата Антона-Марии Вассали, экстраординарного профессора физики университета, члена Туринской академии наук, Аграрного общества Турина, Академий Сиены, Мантуи, Перуджи, Академии Джеоргофили во Флоренция, Общества патриотов Милана, и так далее, и так далее». Помимо прочего они дают наглядное представление о науке и научных коммуникациях XVIII века.
Тираж издания, вероятно, был значительный, потому что даже сегодня это издание редкое, но не раритетное. Десять лет назад на аукционе Christie’s в Лондоне его экземпляр был выставлен с эстимейтом (рыночная цена) в 400-600 фунтов стерлингов и продан за 1750 фунтов.
Мыши в Гарварде
К эхолокации летучих мышей (эхолокации в ультразвуковом диапазоне) ученые вернулись почти полтора века спустя. Уже работали радары (эхолокаторы радиоволн) и сонары (подводные эхолокаторы в звуковом диапазоне), когда в Гарвардском университете физики с помощью широкополосного детектора наконец зарегистрировали неслышимые звуки, которые издавали летучие мыши в полете. Зверьки зондировали пространство с помощью серий коротких (в миллисекунды) импульсов ультразвука частой от 30 до 70 кГц при максимальной интенсивности в области 45-50 кГц.
Генерируют ультразвуковые колебания летучие мыши гортанью, а испускают высокочастотные звуки ртом или имеющим форму параболического зеркала носовым отверстием. Приемником отраженных сигналов были уши. Испускаемые мышами сигналы имеют очень высокую интенсивность, поэтому чтобы не оглохнуть от собственного ультразвукового свиста в их ушах природой предусмотрена мышечная заслонка, закрывающая ухо в момент свиста. При максимальной частоте следования зондирующих импульсов — 250 в секунду — заслонка в ухе летучей мыши успевает открыться и закрыться до 500 раз в секунду.
Что было дальше, все знают. Появились аппараты УЗИ. Фактически они точная копия живого ультразвукового эхолокатора летучих мышей с той же периодичностью генерации импульсов ультразвука, только с частотой на 2-3 порядка выше, чем у мышей. В мышином диапазоне частот ультразвук просто отражался бы от кожи человека. УЗИ в арсенале врачей появилось бы как минимум на полвека раньше, одновременно или даже раньше рентгена, если бы физики не изобретали велосипед заново, а внимательно прочитали бы переписку ученых аббатов XVIII века.
Тонзура и карьера
Сам Спалланцани не считал себя ученым: «Если я собираюсь что-то доказать, а я не настоящий ученый, то я должен научиться идти туда, куда ведут меня факты, должен научиться побеждать свои предрассудки». Кокетничал, конечно. Вся его карьера в науке свидетельствует, что еще в молодости он точно знал, чего хочет добиться и предрассудками уж точно не страдал. Отец, юрист по профессии, отдал его в иезуитскую школу, но не потому, что его сын мечтал о духовной карьере, а потому, что в иезуитских колледжах давали хорошее по тем временам гуманитарное образование. По окончании колледжа Спалланцани отклонил предложением доминиканского ордена вступить в его ряды. Он пошел учиться физике в Болонский университет. Но окончив его, все-таки принял постриг.
Можно лишь гадать, что подвигло его выбрать такой путь в науку. Возможно, то, что тонзура помогла Спалланцами перевестись с должности профессора метафизики и древнегреческого языка в университете Реджио-Эмилии на такую же должность в университете Модены, только уже профессора физики и естественных наук, и могла бы пригодиться в будущем. Священников среди профессоров и академиков в Европе тогда было много. А в католических странах это был самый надежный и самый быстрый путь в науку, потому что при декларируемой автономии и самоуправлении университетов образование и наука в этих странах контролировались Ватиканом, точнее это право было делегировано ордену иезуитов. Как бы там ни было, Спалланцани всегда хотел стать ученым, и стал им, причем официальным ученым со всеми профессорскими и академическими научными регалиями.
Мистическая наука
Но ученым он был все-таки необычным. Практически все его эксперименты задевали за живое даже далеких от науки людей. Начинал он с подсчета числа отскоков плоских камешков от воды в зависимости от размеров и формы камешка и силы его броска и построил математическую модель «игры в блинчики» (элемент теории рикошета по современной терминологии). Потом перешел к более серьезным вещам.
Экспериментально доказал невозможность самозарождения жизни в бараньем бульоне («первичном бульоне»). Показал, что пища в желудке растворяется кислотой (желудочным соком). Провел искусственное оплодотворение собаке, которая родила трех щенков (ЭКО). Экспериментально доказал, что сперматозоиды сохраняют подвижность после замораживания (криоконсервация спермы). По ископаемых останкам морских организмов в горах восстановил сценарий Всемирного потопа (в целом совпадающий с современной теорией таяния ледников в голоцене). Добавив воды, он «оживил» высушенных коловраток и тихоходок (экспериментальное доказательство анабиоза), после чего поинтересовался у Вольтера, что тот теперь думает о бессмертии души. Вольтер, который до конца жизни колебался насчет истинности догмата о бессмертии души, ответил ему обтекаемо: «Когда такой человек, как вы, объявляет, что он вернул мертвых к жизни, мы должны ему верить. Если есть кто-нибудь, монсеньор, кто имеет право объяснить эту тайну, этот человек — вы».
В глазах современников, особенно далеких от науки, аббат Спалланцани со временем приобрел репутацию если не человека, способного сотворить чудо, то уж точно способного разрушить его. Не удивительно, что Эрнст Теодор Амадей Гофман сделал Спалланцани персонажем своей мистической новеллы «Песочный человек», убрав из его фамилии только одну букву. Его «знаменитый профессор физики Спаланцани», который к тому же у Гофмана внешне был вылитым авантюристом Калиостро с «гравюры в каком-нибудь берлинском карманном календаре», построил заводную куклу Олимпию в виде девушки неземной красоты. А когда они с Песочным человеком (тот сделал для Олимпии часовой механизм) ее не поделили как собственники и в ходе драки сломали, влюбленный в куклу юноша застал такую картину. «Бледное восковое лицо Олимпии лишено глаз, на их месте чернели две впадины… На полу кровавые глаза, устремившие на него неподвижный взор; Спаланцани невредимой рукой схватил их и бросил в него, так что они ударились ему в грудь: «Верни мне Олимпию... Вот тебе глаза!»
Едва ли Гофман напрямую намекал на конкретные эксперименты Спалланцани, слишком сложная была бы ассоциация для читателей, но как писатель он абсолютно точно уловил суть экспериментальной биологии того времени, когда ей занимался аббат Спалланцани.