неживом протекает один и тот же химический процесс, следовательно, управляют ими одни и те же законы.
С развитием физики в первой половине XIX в. точка зрения Лавуазье получает мощную поддержку. В эти десятилетия в связи с изобретением паровой машины внимание ученых привлекает теплота, которая оказалась способной производить работу, и другие явления, такие, как падение тел, движение воды и воздуха, свет, электричество, магнетизм и т. д.
В 1807 г. английский физик и врач Томас Юнг (1773–1829) предложил для обозначения явления, в результате которого происходит работа, термин «энергия» (в переводе с греческого — внутренняя работа). Физики начала XIX в. изучали процесс перехода одной формы энергии в другую и производили измерения этих изменений со все большей точностью. К 40-м годам XIX в. по крайней мере трое ученых — англичанин Джемс Прескотт Джоуль (1818–1889) и немцы Юлиус Роберт Майер (1814–1878) и Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (1821–1894) — открыли закон сохранения и превращения энергии, согласно которому один вид энергии может переходить в другой, но общее ее количество при этом не уменьшается и не увеличивается.
Казалось естественным применить этот закон, основанный на множестве скрупулезных измерений, и к процессам в живой природе. Тот факт, что животное не может существовать, не получая постоянно энергию из пищи, сам по себе показывает, что жизненные процессы не создают энергии из ничего. Растения не потребляют пищу и не дышат так, как животные, но, с другой стороны, они не могут существовать без периодически получаемой световой энергии.
Майер утверждал, что источником различных форм энергии на Земле являются световое излучение и тепло, идущие от Солнца. Это и есть источник энергии для растений, а через них и для животных (включая, конечно, и человека).
Применимость закона сохранения энергии как к неживой, так и к живой природе была полностью подтверждена только во второй половине XIX в.
Органические соединения
Однако виталисты еще не сдали своих позиций. Хотя им и пришлось признать, что закон сохранения энергии справедлив для живой природы и что, например, костер и животные потребляют кислород и образуют углекислый газ сходным образом, это рассматривалось лишь как обобщение, — ведь говорим же мы, что и человек и горная вершина материальны. Огромное количество неизученных частностей оставляло лазейку для виталистических толкований. А может, живые организмы включают в себя формы материи, совершенно непохожие на те, из которых состоит мертвая природа? Казалось бы, на этот вопрос следует отвечать утвердительно. Вещества земных пород, моря и воздуха представлялись стойкими и неизменными. Вода при нагревании кипела и превращалась в пар, но при охлаждении снова превращалась в жидкость. Железо или соль, плавясь, могли вновь затвердевать до первоначального состояния. С другой стороны, вещества, полученные из живых организмов, — сахар, бумага, оливковое масло — сохраняли нежность и хрупкость живых форм. При нагревании они дымились, обугливались или воспламенялись, и изменения, происходившие с ними, были необратимыми; из дыма и золы после охлаждения никак нельзя было вновь получить бумагу. Появилась полная уверенность, что это две разновидности материи. Шведский химик Иенс Якоб Берцелиус (1779–1848) предложил называть вещества, выделенные из живых (или живших когда- либо) организмов, органическими, а все остальные — неорганическими (1807). В то время как органические вещества легко превращались в неорганические, обратный процесс был невозможен без участия живых агентов. По мнению Берцелиуса, только живой организм благодаря присутствию в нем некой «жизненной силы» способен синтезировать органические вещества из неорганических (теория «жизненной силы»).
Однако и эта точка зрения продержалась недолго. Немецкий химик Фридрих Вёлер (1800–1882), изучая цианиды и близкие к ним соединения, считавшиеся в то время неорганическими, получил кристаллическое вещество, по составу и свойствам абсолютно тождественное кристаллам мочевины. Мочевина — главная составная часть мочи млекопитающих — определенно органическое соединение. Таким образом, Вёлер впервые (1824) синтезировал из неорганических веществ органическое соединение.
Открытие Вёлера положило начало синтезу органических веществ и нанесло удар теории «жизненной силы». С появлением работ французского химика Пьера Эжена Марселена Бертло (1827–1907) не оставалось сомнений, что стена между органическим и неорганическим мирами рухнула. В 50-х годах XIX в. Бертло синтезировал из явно неорганических веществ ряд хорошо известных органических соединений, таких, как метиловый и этиловый спирты, метан, бензол и ацетилен.
С развитием аналитической химии уже в первые десятилетия XIX в. стало известно, что органические соединения состоят главным образом из углерода, водорода, кислорода и азота. Химики научились соединять все эти элементы таким образом, что полученное соединение обладало общими свойствами органических веществ, но не встречалось непосредственно в живых организмах.
Во второй половине XIX в. был осуществлен синтез многих органических соединений, и с этого времени стало невозможным определять органическую химию как науку о веществах, образованных только живыми организмами. Правда, все еще удобно было разделять ее на две части, органическую и неорганическую, но уже определяя их как химию углеродных соединений и химию соединений, не содержащих углерода. Жизнь тут была ни при чем.
И все же оставалась область, куда виталисты еще могли отступить. Синтезированные органические соединения были относительно просты. В живых же существах большинство веществ настолько сложно, что химики XIX в. даже надеяться не могли их повторить.
В 1827 г. английский врач Уильям Праут (1785–1850) впервые разделил эти сложные соединения на три группы. Теперь мы называем эти группы веществ углеводами, жирами и белками. Углеводы (сахара, крахмал, целлюлоза и т. д.), так же как и жиры, состоят только из углерода, водорода и кислорода. Углеводы относительно богаты кислородом, тогда как жиры бедны им. Кроме того, многие углеводы в отличие от жиров растворяются в воде.
Наиболее сложными, хрупкими и наиболее специфичными для жизни оказались белки. Помимо углерода, водорода и кислорода, они содержат азот и серу; растворимые в холодной воде, они свертываются и становятся нерастворимыми даже при слабом нагревании.
Сначала белки называли альбуминами, так как наиболее известным белковым веществом был яичный белок альбумин. В 1838 г. голландский химик Жерар Иохан Мулдер (1802–1880) назвал их протеинами — «первостепенно важными». И именно на белковую молекулу виталисты возлагали особые надежды.
Однако успехи органической химии способствовали развитию идеи эволюции.
Было установлено, что все живые существа состоят из одних и тех же классов органических веществ — углеводов, жиров и белков, и, хотя они отличны у разных видов, эти различия носят второстепенный характер. Так, кокосовая пальма и корова чрезвычайно несхожи, но жиры кокосовых орехов и молока почти неразличимы.
Далее, химикам середины XIX в. стало ясно, что сложные по структуре углеводы, жиры и белки распадаются в процессе переваривания пищи до относительно простых «строительных кирпичиков». Эти «кирпичики» одинаковы для всех видов и только по-разному соединяются между собой. Один организм может использовать пищу, резко отличную от пищи другого организма (например, человек ест омаров, а корова — траву), но в обоих случаях пища распадается на одинаковые «строительные кирпичики», которые поглощаются организмом, а затем он складывает из них свои собственные сложные вещества.
