Н. ЯХОНТОВ.
Alles was erstarrt, wird zu Kristalle.
Goldschmidt.
Современная наука, а еще больше, современные научные работники написали на своем знамени — "специализация". Это есть необходимое условие для движения вперед в любой области знания. Но то, что хорошо, полезно и важно для ученого, еще не является обязательным для самой науки. Создавшееся, в результате развившейся специализации, положение нельзя назвать вполне нормальным.
Если бы мы попытались начертить схему научного прогресса лет 60 тому назад, то мы, получили бы подобие многолучевой звезды. Каждый луч — отдельная отрасль знания, дающая свои выводы и обобщения; все лучи сходятся в одном центре, где философ-энциклопедист дает синтез частных обобщений. Попытка дать картину современного хода научной работы даст нам тоже звезду, но в ней лучи не будут путями схождения, а наоборот от центра мысль научная растекается по разным лучам и, чем дальше от центра, тем больше расстояние от одного луча до другого. Стоит немного над этим задуматься и мы готовы сделать очень неутешительный вывод — что уже больше нельзя ждать вспышек человеческого гения, освещающих лик той мировой истины, к познанию которой все мы стремимся. Правда, мы всегда должны быть готовы к тому, что теоретическая мысль поставит нам новые вопросы и загадки в мировом масштабе, подобно захватившему сейчас все умы принципу относительности и радию, поколебавшему около 30 лет тому назад основы точных наук и всего научного мировоззрения. Но все эти открытия нисколько не помогают единению научной мысли. Тот же принцип относительности или обнаруженное радием превращение в другие химические элементы оцениваются в каждой области знания по своему.
В развитии науки следует различать научное творчество и научные искания — и то и другое равно важно и необходимо. Первое, т. е. творчество может быть дедуктивное и индуктивное. Равным образом и в научных исканиях мы можем различить два, аналогичных дедукции и индукции, между собой противоположных, процесса. Наблюдая ряд фактов или явлений, мы стремимся объединить их в одной схематической группе. И обратно, выбрав какую либо категорию явлений мы будем стараться найти для нее примеры в различных областях. Поясним, вкратце, примером, который развивается во всем дальнейшем изложении. Зоологи, ботаники, медики и биологи, вообще, давно уже встречались при обработке своего материала с кристаллами, но они не шли логическим путем и не доходили до науки о кристаллах, как в действительности следовало бы. Равным образом и дедуктивный путь не разветвлялся равномерно. Кристаллографы не устремляли своих взоров ни в одну область биологии. Нам кажется, что ради всей науки в целом, как и ради каждой отрасли знания, каждому специалисту необходимо устремиться за поисками материала во все другие области. Мало-по-малу, узнавая ближе друг друга, отдельные части спаяются между собой и, взаимно питая одна другую, создадут области пограничные или смежные, от чего специализация не только не проиграет, но даже приобретет новые, еще нетронутые, и очень богатые пространства для своих новых специалистов.
В настоящее время не может уже быть спора о том, что кристаллография есть самостоятельная область знания, что она составляет совершенно определенную и оригинальную ветвь единого древа науки. Утверждение такого взгляда выводит кристаллографию из того ложного положения, когда она считалась частью минералогии, и что еще более странно, числилась в ряду наук геологических. Сейчас, если и потребовалось бы отнести кристаллографию к какой-либо из основных частей науки о природе, то ее можно и следовало бы отнести только к физике.
С точки зрения самостоятельности, кристаллография стоит вполне устойчиво благодаря оригинальным методам ее исследований с одной стороны, и различных приложений с другой стороны. Такие достижения как кристаллохимический анализ Е. С. Федорова, металлография и исследование непрозрачных кристаллов металлов, наконец, все открытия последних лет в области строения твердого вещества благодаря работам с рентгеновскими лучами Лауэ, Братгов, Вульфа и Иоффе и др. — все это достаточно выделило кристаллографию в особую область знания. Но нас не занимает сейчас этот принципиальный вопрос. Скорее мы должны, на некоторое время, отойти к периодам прошедшим и самым ранним в истории кристаллографии. Здесь мы увидим, что, существовавший до последнего времени, взгляд на положение кристаллографии в системе знания был вполне обоснован.
Основоположником научной постановки вопросов кристаллографии считается Николай Стено1). Но для нас, сейчас, важно отметить, что его классический труд "De solido intra solidum naturaliter contento" (1669), на который указывается всегда при изложении одного из основных законов кристаллографии — закона постоянства двугранных углов — не был чисто кристаллографическим трактатом. В своем курсе исторической геологии, А. А. Борисяк пишет: "ясную формулировку тех вопросов, которые вызовут к жизни будущую науку — историческую геологию, — мы встречаем лишь в XVII веке: в сочинении Стено; "De solido intra solidum naturaliter contento" (1669 г.), слои земной коры называются осадками и впервые трактуются, как летопись, доставляющая материал для истории земли; мало того — делается попытка построить геологическую историю отдельной области (Тосканы), с тем, чтобы намеченные фазы распространить затем на всю землю". Из этой характеристики названного труда, нетрудно заключить, что он был даже преимущественно трактатом геологическим.
Далее, посмотрим, например, в "Минералогию" Лаппарана2). Уже при внешнем взгляде видно, что две трети труда и по объему и по распределению материала (первые две книги) есть чистая кристаллография. Во введении мы наталкиваемся на ряд мест, где говорится о кристаллографических вопросах, но называется минералогия и наоборот. Достаточно хотя бы такого вывода: "таким образом задачей минералогии является изучение законов соотношения внешней формы тела с его свойствами и составом". Читая дальше, мы узнаем, что Лаппаран кристаллографическую часть своего курса, считает теоретической частью минералогии, а Кокшаров в своих "Лекциях Минералогии" занят исключительно кристаллографией.
Наконец, бросим, взгляд на всю историю развития кристаллографии. Мы видим, что материалом для ее исследований служили продукты минерального происхождения в земной коре, с другой стороны искусственно полученные в лаборатории кристаллы различных минеральных и органических соединений.
Но, кстати будет сказать, близкая и тесная связь кристаллографии и геологии не получила дальнейшего логического своего развития. Не считая минералогов в узком смысле слова, геологи вообще мало пользовались данными кристаллографии для своих научных построений. Отчасти в этом виновата и сама кристаллография, которая, развиваясь в своих частях очень неравномерно, мало давала материала по вопросам о физико-химических свойствах кристаллов. Но именно эти данные и знание этих свойств могло бы привести геологов к объяснению целого ряда физических, механических и тектонических явлений на строго научной основе. Действительно, такие свойства как упругость, пластичность, скольжение и другие механические явления или теплоемкость, тепловое расширение и проч. в кристаллах являются основными и исходными факторами в грандиозных по своему масштабу конечных эффектах в процессах жизни земной коры. Только этим путем, путем создания "молекулярной геологии" и можно будет перейти на единственно научный язык математики, и включить геологию в цикл точного знания. По поводу этого нашего отступления от основной темы, можно было бы привести много простых и ярких примеров, но это бы окончательно нас удалило от намеченной сейчас цели. Вернемся к Лаппарану и воспользуемся его мыслью о цели научной работы вообще. Он говорит: "Все усилия современных ученых направлены, на то, чтобы, применив к конкретным явлениям абстрактные формы, резюмировать эти отвлечения сообразно с идеей законности и формулировать точным математическим языком гармонические законы, управляющие всеми однородными явлениями".
Современный кристаллограф Грот определил кристаллографию как "молекулярную физику твердого тела". С другой стороны П. П. фон-Веймарн, находит возможным считать, что "кристаллическое состояние — единственное внутреннее состояние материи".
После всего высказанного выше, мы считаем вполне возможным утверждать, что кристаллография не должна была ограничиваться изучением кристаллических образований в царстве минералов, дополняя еще материалом, полученным искусственно в лабораториях. Кристаллы и кристаллические образования существуют и во всех представителях мира органического — в растениях и в организмах животных одинаково. Изучение кристаллических образований или органолитов, встречающихся в живых организмах, а также все процессы возникновения таких кристаллов и кристаллических сростков должны привлечь к себе внимание как биологов, в широком смысле слова, так и физиков-кристаллографов, а в равной мере и медиков-патологов. Особенно хочется подчеркнуть значение кристаллографии для таких далеких от нее, с обывательской точки зрения, специалистов, как медики. Кристаллические образования в тканях и органах человека весьма распространены и, часто, сопровождают разнообразные и серьезные заболевания, вследствие чего могут явиться в качестве диагностического признака.
Перейдем теперь к рассмотрению ряда промеров фактического материала. Прежде всего рассмотрим кристаллы и кристаллические сростки в виде друз, щеток и т. п., находимые внутри клеток. Это явление наблюдается, главным образом, у растений. В каждой клетке находятся так называемые живые составные части: протоплазма, ядро, пластиды и, наконец, измененная протоплазма, уже омертвевшая, в виде клеточной оболочки. Но, кроме того, в клетке содержится целый ряд еще иных, химически различных, веществ и образований. Эти последние являются с одной стороны материалом, а с другой стороны продуктами жизнедеятельности клеток, и могут быть разбиты на две группы — белковых и небелковых тел. Крупное место принадлежит алейроновым или протеиновым зернам, распадающимся в своих структурных элементах на плотный глобоид и кристаллоид, заключенные в оболочке. С течением времени растворенные кристаллоиды выкристаллизовываются под влиянием различных причин химического и физического характера. Напр., при созревании семян процесс кристаллизации вызывается потерей воды. Возможны и такие случаи, когда в алейроновом зерне не находится глобоида, а вместо него имеются кристаллы и сростки щавелево-кислой извести. Вероятнее всего предполагать, что образование щавелевоизвестковых кристаллов обусловлено реакцией обмена между свободной щавелевой кислотой, находящейся в растениях в значительном количестве ввиде продукта дыхания и солей кальция, поглощаемых из почвы. Углекислота всегда уступает свое место в соединении с кальцием органической кислоте. Выделение кристаллов щавелево-кислой извести, переводящее ядовитую для протоплазмы щавелевую кислоту в нерастворимое состояние, является для растений жизненно необходимым.
Кроме алейроновых зерен в клетках находят различные кристаллоиды белков. Примеры отложения кристаллов белковых веществ в клетках мы можем отчетливо наблюдать в клетках клубней картофеля, сразу под пробковым слоем или в клетках кожицы нижней поверхности листьев у некоторых папоротников.
Большой интерес для кристаллографа представляют выделения различных углеводов в клетках растений. Большинство из них, инулин, глюкоза, сахароза, находятся обычно в растворе и выделяются лишь при соответственных обработках спиртом и другими реактивами. Но особенно распространены нерастворимые зерна крахмала. Они наблюдаются в различной форме и в разнообразных сростках; при этом морфологические особенности зерен крахмала оказываются очень постоянными и характерными для различных видов растений. Любопытным представляется исследование зерен крахмала между скрещенными николями в поляризационном микроскопе. Зерна ясно анизотропны, при чем черный крест, как обычно у сферолитов, оказывается связанным с ядром зерна; если в зерне имеется, благодаря особенностям роста, два ядра, то столько появляется и черных крестов. Таким образом выясняется различный физический характер ядра и остального вещества.
Наиболее часто в клетках встречается, уже упомянутая выше, щавелево-кислая известь. При этом изложенный взгляд на способ образования кристаллов представляется весьма вероятным. Следует только еще отметить разнообразие формы кристаллов. С несомненностью установлено, что вполне естественно, влияние на форму различных примесей и присутствующих других веществ. Так, например, присутствие в клетке глюкозы вызывает обильное образование пучков иглообразных кристаллов, которым дается особое название: "рафиды". Наоборот, в присутствии органических кислот образования рафид никогда не наблюдается.
Академик В. И. Палладин полагал, что подробное исследование вопроса о влиянии примесей на форму кристаллов щавелево-кислой извести могло бы иметь большое значение. Зная зависимость формы от состава внутриклеточного вещества, можно было бы этот состав определять на основании изучения формы кристаллов.
Значительным распространением пользуется углекислая известь. Ее отложения чаще наблюдаются в оболочке клеток, где она пропитывает ткань, иногда почти сплошь. Гораздо реже, но все же в некоторых случаях довольно постоянно, углекислая известь отлагается в виде сплошных кристаллических масс (напр., наружные клетки Celtis australis, Lithospermum officinale, Cerinthe glabra).
В клетках некоторых водорослей Desmidiaceae находят отложения кристаллов гипса.
К числу довольно распространенных соединений, встречающихся в клетке, относится также кремнекислота. Обыкновенно она пропитывает клеточные оболочки. Но встречается также и в полости клеток в виде кремневых тел. Форма их довольно разнообразна. Особенно часто кремневые тела встречаются в семействе орхидных, в клетках, окружающих сосудистые пучки листьев, листовых черешков и корней.
Явление пропитывания клеточной оболочки минеральным веществом наблюдается не только для кремнекислоты, которая играет в этих случаях роль материала, увеличивающего прочность ткани. В растениях известны так называемые цистолиты. Это и есть клетчатка пропитанная отложениями углекислой извести, и принявшая форму кисты прикрепленной к стенке в особой клетке.
Мы уже заметили выше, что появление кристаллов щавелево-кислой извести есть явление благотворное для растения. Этим путем оно переводит в недеятельную форму щавелевую кислоту, которая в свободном состоянии является ядом для протоплазмы. Иногда растение, напр., в плодах шиповника, как бы для лучшей изоляции вредного вещества, покрывает его оболочкой из клетчатки и этот мешечек с друзой кристаллов прикрепляется к стенке клетки. Иногда нейтрализация щавелевой кислоты происходит лишь после омертвения клетки и превращения ее в паренхиму.
Следует еще упомянуть о встречающихся в клетках кристаллах белковых веществ, сопровождающих иногда выделение кристаллических зерен крахмала.
Подобно указанному ранее инулину и другим углеводам, в клеточном соку находятся растворенными или же в виде коллоидных образований некоторые минеральные вещества. К таким принадлежит фосфорно-кислый кальций, сера, кремне-кислота.
Иногда, как, например, для моркови, видимая окраска вызвана присутствием кристаллов каротина.
Большей частью кристаллы обнаруживаются в определенных местах растений. Существуют даже особые кристаллоносные клетки, роль которых объясняется двояко. Это или так называемые выделительные клетки, где скопляются вредные для живой ткани вещества и здесь переводятся в недеятельное состояние, или же это клетки, хранящие запас нужных веществ, расходуемых в периоды пониженного питания извне. Иногда, как, напр., в апельсинной корке или в листьях померанца, кристаллоносные клетки связаны теснейшим образом с скоплениями специфических веществ, вроде эфирных масел и др. Особенно крупны кристаллоносные клетки принадлежащие эпидермису.
Возникновение кристаллов внутри ткани и клеток представляет особенный интерес с точки зрения кристаллообразования. Ведь несомненно, что фактором кристаллизации, т. е. перехода вещества из раствора в твердое состояние, главным образом является испарение или удаление растворителя. Другим распространенным случаем мы назовем выпадение нерастворимых кристаллов при обменных реакциях. Но в живой ткани и в частности в растениях соли находятся в слабо концентрированном виде, а с другой стороны мы не можем предположить, в нормальных условиях, энергичного удаления растворителя — влажность и количество жидкости внутри клеток и сосудов довольно постоянно. Таким образом, следует искать еще каких-то новых объяснений увеличения концентрации соли до степени пересыщения и ее выкристаллизовывання. Заметим еще, что при усыхании и удалении растворителя, растворенные соли отлагались бы более или менее равномерно во всех клетках. На дело же мы видим, что концентрация возникает только в некоторых клетках. В виде попытки объяснить наблюдаемые факты, мы обратим внимание на следующее обстоятельство. Ведь в каждой клетке, первоначально, всегда имеется протоплазма, или иногда, другое, но тоже коллоидное вещество. Будем это иметь в виду и во всем дальнейшем изложении. Теперь проследим за несложным опытом в лабораторной обстановке. Возьмем ненасыщенный раствор какой-либо нейтральной соли, кристаллизующейся из воды более или менее легко. Нальем этого раствора в банку с притертой пробкой и погрузим в него маленькую открытую с одного конца трубочку, наполненную внутри кусочками сваренной желатины, закроем пробкой и оставим стоять. Дней через 6—10 мы увидим, что в желатине появилось помутнение, а затем и ясное скопление мельчайших кристалликов соли. Говоря коротко, желатина притянула к себе соли больше, чем ее может оставаться в растворе в данном объеме трубочки.
Освещение этого явления мы находим в коллоидной химии. Последняя отмечает среди других типичных свойств коллоидного состояния веществ — явление адсорбции. Адсорбцией называется процесс местных изменений концентрации. Причиной такого изменения является присутствие тела с чрезвычайно развитой поверхностью. Сюда могут относиться порошки разных веществ, пористые тела и дисперсоиды. Еще начиная с 1791 года Ловицом была указана обесцвечивающая способность древесного угля, взмученного в растворе; в 1822 году Пайэн, а в 1830 году Грегам указали, что при этом из раствора удаляются не только взвешенные частички красящего вещества, но и растворенные соли. Грегам даже считал, что животный уголь нацело удаляет соль из раствора. Такою же способностью обладают многие другие тела. При этом всякий раз устанавливается особое равновесие между концентрацией в растворе и в поглощающем теле, зависящее от концентрации начальной в данном растворе. Явление это сейчас достаточно изучено с количественной стороны и в каждом руководстве по коллоидной химии приводятся формулы, выражающие зависимость участвующих факторов (см. Янек, Л. Кассуто, Во. Освальд и др.). Кроме таких общих положений, существуют более специальные наблюдения, ближе подходящие к условиям, описанным нами выше, именно — к протоплазме. Целым рядом исследователей установлено, что гели, особенно альбумин, адсорбируют кристаллоиды как диссоциированные, так и недиссоциированные. При этом не всегда адсорбируемое вещество остается неизмененным, но может подвергнуться адсорбции только часть соединения; так, напр., у солей слабых кислот адсорбируется только основание, а кислотный радикал остается свободным. С другой стороны, возможно появление новых соединений из частиц адсорбирующего и адсорбируемого веществ, которым присвоено название "адсорбционных соединений". Вполне понятно, что при всех этих явлениях могут появляться нерастворимые вещества, которые и будут выкристаллизовываться.
Таким образом мы должны расширить круг тех природных процессов, в результате которых могут возникать кристаллы и кристаллические образования.
Еще на заре человеческих знаний Плиний, в порыве восторга от внешней прелести кристаллов, восклицал: "Из небесной влаги и чистейшего снега должны рождаться хрустали". Позже, благодаря лабораторным экспериментам, рост кристаллов объясняли в любых условиях в земной коре. Но все же во всех случаях непременным условием было или удаление растворителя, или образование нерастворимого соединения или же переход из одного состояния — жидкого или газообразного — в твердое. Присутствие в организмах коллоидов способно, как оказывается, создавать особые условия для образования кристаллов.
Гораздо разнообразнее и богаче кристаллические образования в организмах животных. В целом ряде дисциплин, изучающих тело животных и человека, мы найдем указание на кристаллы и твердые кристаллические образования внутри организмов, в их тканях, органах, выделениях и т. п. Но не будет большой ошибкой сказать, что эти образования совершенно не изучены, а подчас об них даже забывают или не обращают на них никакого внимания. Нормальная анатомия и гистология, эмбриология и физиология с одной стороны, терапия и хирургия с патологической анатомией и общей патологией, с другой стороны, знают немало случаев присутствия кристаллов и твердых образований в теле животного и человека. Если же мы еще напомним о разнообразных объектах изучаемых физиологической и медицинской химией, то будем вполне вправе повторить свое общее положение: методы кристаллографии, базирующейся на геометрии, механике и физико-химии, являются единственным научным подходом к изучению процессов возникновения и самой природы кристаллов и кристаллических образований в организмах животных и человека.
В настоящее время начинают усваивать, постепенно, правильный взгляд на задачи и методы кристаллографии. Поэтому в дальнейшем изложении мы найдем примеры таких твердых образований, которые, хотя и не имеют вида кристаллов, т. е. многогранников, должны изучаться кристаллографией; ибо правильно понимаемая кристаллография есть наука о кристаллической среде, характеризуемой закономерным расположением частиц и определенной связью физических свойств этой среды с направлениями в пространстве. Это последнее свойство называемое анизотропностью или векториальностью материи — есть ее основное свойство.
Достигнутые в последнее время успехи в применении рентгеновских лучей к изучению кристаллов дали возможность изучать строение не только сплошных твердых тел, но и порошков. С другой стороны, уже давно известны отдельные, единичные попытки оптического исследования твердых частей организмов, обнаружившие анизотропность не только в костной, полуминеральной массе, но и в роговых, хитиновых и нервных тканях.
Рассмотрим некоторые примеры как нормально анатомических, так и патологических, кристаллических образований в теле животных и остановимся на нескольких из них подробнее, чтобы выяснить возникающие здесь задачи исследования. Можно с уверенностью сказать, что каждый из приводимых ниже примеров, мог бы служить темой для специального научного исследования, а некоторые задачи, как напр, в патологии, требовали бы обязательной совместной работы кристаллографа и медика, неспособных порознь дать законченные выводы по этим сложным явлениям.
Что касается нормально анатомических кристаллических образований, то можно указать сразу ряд примеров. В сосудистой оболочке (именно в ее соединительной ткани) глаза кошки и других животных со светящимися, как бы, глазами существуют особые кристаллы, иногда хорошо образованные, а иногда в виде волокон, между собой переплетающихся. Кристаллы эти заключены в протоплазме пигментных клеток, или так называемых хроматофор, состоят они главным образом из гуанина и носят название иридоцитов. Самое название напоминает уже о том явлении иризирующих глаз, которое так свойственно кошке. Те же кристаллы гуанина, находясь в коже рыб, пресмыкающихся и земноводных, сообщают ей красивый серебряный блеск с различными переливами. Иногда же этот самый гуанин отлагается в плотном мело-подобном виде. Ближе условия отложений гуанина не изучены. В физиологическом отношении представляют большой интерес составные части клеточных ядер — так называемые нуклеиновые кислоты и нуклеиновые основания, нуклеопротеиды, альбуминоиды — почти всегда в нерастворимом состоянии в виде кератина, эластина и коллагена и многие другие вещества. Большинство из них очень мало изучены в виду трудности их выделения и изоляции. Можно думать, что применение кристаллографических методов к исследованию незначительных количеств вещества в виде кристаллов могло бы оказать существенную пользу. Если мы будем иметь в виду определение кристаллографии как молекулярной физики твердого тела, то мы должны отметить целый ряд образований в организме, которые ждут своего исследования. К таковым принадлежат, напр., молочные камни в альвеолах молочных желез, мозговой песок, кристаллы Reinke и Lubasch’a в мужских половых железах, различные кристаллы в жировых, главным образом, омертвелых клетках и др., кости, хитиновые части и много другого.
Все приведенные только что примеры?относятся к нормальному организму. Но еще богаче и разнообразнее мир кристаллических образований в больном организме. Мы к ним вернемся несколько ниже, а сейчас заметим, что незнание и, как бы, игнорирование кристаллографии дает себя знать не только при изучении процессов образования кристаллов в организме, но даже и при чисто внешнем их описании, когда они попадаются, напр., под микроскопом. Описания кристаллических образований, даваемые в руководствах для лабораторных, клинических и других исследований, и вообще там, где идет речь о кристаллах, представляют из себя нечто совершенно ненаучное. Читая их, получается впечатление, что одно и то же вещество может до бесконечности разнообразить свою форму. Не говоря о необходимости пользоваться научными терминами для универсальности и общепонятности изложения, кажется просто несправедливым, когда сравнишь описание различных образований и анатомических деталей в организмах. Даже в одном и том же препарате с кристаллами, напр., для крови, отмечаются мельчайшие детали и различия одних и тех же структурных элементов — эритроцитов. Мы находим там: нормобласты и мегалобласты, микро и макроциты, нейтрофилы, базофилы и эозинофилы, мононуклеары и полинуклеары, пойкилоциты и миэлоциты и много других, иногда, специально для данного случая, придуманных терминов. И в то же время для кристаллов сернокислой извести, принадлежащих к моноклинической сингонии, указывается как случайное обстоятельство: "в виде табличек иногда косо срезанных", т. е. остается неизвестным основной закон кристаллографии о постоянстве гранных углов. А если проследить побольше описаний кристаллов, внешнюю форму которых описывают всеми способами сравнения и уподобления, то получится впечатление крайней скудости, несовершенства и неразработанности науки о кристаллах. Вместо научного описания кристаллов в терминах и понятиях основных и простых форм шести кристаллических систем, мы наталкиваемся на "ново-открытые" формы вроде ромбического тетраэдра, квадратного и остроконечного октаэдра или же находим описание путем сравнения с точильными камнями, конвертами, гробовыми крышками (!), снопами, санками (!), лодками, снежинками, листьями папоротника, гимнастическими гирями, веерами и проч.
Возвращаясь к примерам кристаллических образований в организмах животных и человека, остановимся на группе образований, которым можно дать общее имя "литы" или "органолиты". В патологии они играют заметную роль и рассматриваются под именем конкрементов или камней. Но среди них есть и нормально-анатомические образования. Известны следующие органолиты: желчные камни, пузырные камни, ринолиты, отолиты, нефролиты, птиолиты, бронхиолиты, флеболиты, артериолиты, энтеролиты и др. По химическому составу они очень разнообразны, состоя главным образом из мочекислых, щавелевокислых, холесторино (или желчно)-кислых, фосфорно-кислых и других солей преимущественно извести. Соли эти большей частью труднорастворимы и как таковые отлагаются в тканях, полостях, пузырях, выводных протоках, каналах и т. п. местах.
Причина и процесс образования этих конкрементов вообще мало выяснены. Предлагаемые объяснения, описательного характера, мало обоснованы и не разработаны с физико-химической точки зрения. Подход с этой стороны возбуждает сразу целый ряд теоретических вопросов в области кристаллогенезиса.
Нормально-анатомическими образованиями среди перечисленных выше органолитов, являются отолиты. Хотя не так давно их причисляли к патологическим образованиям.
Отолиты или иначе ушные камни в последнее время называются статолитаыи. Это изменение в названии вызвано тем, что ушным камнем теперь не приписывают роли в органе слуха, а считают их органами особого чувства пространственной ориентации и движения. Обычно отолиты помещаются в области уха, находясь там в довольно разнообразных условиях в зависимости от вида животного. У всех млекопитающих и у птиц в области уха находят улитку и связанный с ней непосредственно лабиринт. Лабиринт состоит из трех полукружных каналов, выходящих своими концами в полости так называемых мешечков sacculus и utriculus, составляющих вместе вестибулярный аппарат. Внутри этого аппарата, в каждом из мешечков находятся окончания вестибулярного нерва, где они соединяются с эпителиальными клетками, имеющими волосковидные отростки. Эти отростки заложены в слизисто-студенистом веществе и на их окончаниях расположены отолиты (или иначе — слуховые камешки). Находясь в полукружных каналах, расположенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, эти камешки в каждом из каналов имеют определенное, преимущественное в одном направлении, движение. Лежа на волосках и на них надавливая, отолиты своим движением вызывают определенное раздражение, которое нами воспринимается, как ощущение движения или определенного положения в пространстве. У млекопитающих имеется лишь два отолита, в sacculus и utriculus.
Роль ушных камней как статолитов, т. е. органов равновесия достаточно выяснена и доказана экспериментально. У беспозвоночных, в частности у моллюсков, статолиты (или отолиты) лежат в особых полостях — статоцистах. У рыб тоже имеется с каждой стороны по два отолита: — asteriscus очень больших размеров и sagitta — чрезвычайно малый.
Опыты показали, что лабиринт является главным образом органом равновесия. Однако в литературе можно найти лишь скудные упоминания об ушных камнях. Отолиты рыб исследовались довольно подробно в виду большого практического значения отолитов. Дело в том, что рыбьи отолиты самой разнообразной, иногда очень причудливой формы, отличаются большим постоянством формы для данного вида рыбы. Таким образом отолит играет роль одного из главных руководящих специфических признаков. С другой стороны, структура отолита под микроскопом обнаруживает большое сходство с годичными кольцами деревьев. Оказывается, что здесь имеют место тоже годичные слои, по которым ведется возрастный учет улавливаемых рыб. О форме отолитов у других животных не удалось найти твердых указаний. У одних авторов говорится об отолитах человека как неправильной формы камешках, а у других (Данилевский. Физиология) дается даже рисунок отчетливых кристаллов. Поэтому к ряду вопросов более крупных и основных, по отношению к отолитам надо прибавить и вопрос об их внешней форме. Особенно любопытно разобраться в форме рыбьих отолитов. Хотя в литературе и указывается, что они состоят из органической основной массы, проникнутой отложениями извести, но при растворении их в слабой соляной кислоте, не остается ничего. Кроме того, заметим, что эти камни у рыб, как и у других животных растут в свободных полостях, будучи взвешены в густой жидкости. Имея в виду все это, прежде всего возникает вопрос о генезисе, формообразовании и росте этих отолитов. Что вызывало отложение солей? Что являлось ориентирующей силой, создавшей из минерального вещества не правильный кристалл, а своеобразную, причудливую, но всегда одну и ту же форму?
Не менее любопытны как с кристаллографической, так и с биолого-медицинской точки зрения все другие, "литы", среди которых различают: конкременты, порошковатые вещества, камни и проч. В медицине уже давно известны камнеподобные образования в мочевом пузыре, в почках и желчные камни в печени. Но с физико-химической точки зрения эти образования совершенно не изучены. В вопросе о генезисе, напр., желчных камней медицинская литература ставит впереди всего воспаление и воспалительный процесс. Мы не сможем углубляться в вопрос о том, насколько "воспаление" и "воспалительный процесс" являются понятиями строго определенными в физическом и химическом отношении. Отметим лишь, что в результате воспаления возникают различные расстройства в организме, в частности в воспаленном органе или ткани появляются различные перерожденные или омертвевшие скопления клеток. К такого рода образованиям принадлежат и сгустки органических соков и обрывки эпителиальной ткани в желчном пузыре, появляющиеся в нем после воспалительного процесса. Около этих форменных элементов и начинается, как говорят медики, отложение различных солей, образующих камни и конкременты. Но вслед за этим возникают вопросы: как? почему? откуда начинают отлагаться эти соли? Исследователи в этой области со стороны медиков установили два типа (главных) конкрементов — радиально лучистые и концентрические. Но здесь мы на помним, что минералоги и петрографы точно так же заинтересованы такими же точно образованиями и тоже различают указанные два типа конкреционных образований. Мало того, и хирурги и петрографы в своих работах и выводах основываются на экспериментальных исследованиях одних и тех же ученых. Одним из основных исследований в этой области является работа германского ученого Schade. Он установил, что конкреции возникают всякий раз, когда имеет место переход из коллоидного состояния в кристаллическое. Будучи медиком по специальности, Schade экспериментально изучил явление, имеющее значение далеко не для одних медиков. Свое основное положение Schade изложил в следующем смысле: конкреции образуются при переходе из эмульсионного коллоида — "эмульсоида" — в твердое состояние. Если при этом вещество чистое, то получается кристаллически-радиальное срастание; если же одновременно выделяются и другие коллоиды или кристаллоиды, то развивается концентрическая структура.
Возвращаясь к медицинской литературе мы узнаем, что для объяснения камней было предложено немало теорий различными исследователями. Все авторы теорий сходятся лишь на том, что для образования камней обязательно необходим застой желчи. Дальше же точки зрения расходятся. Одни допускают возможность выпадения солей холестерина и других в неизмененной желчи, другие — обязательно требуют инфекции и воспаления. Первая точка зрения подтверждается и опытным материалом. Наконец, есть сторонники такого взгляда, что радиально-лучистые холестериновые камни образуются в нормальном пузыре, а все остальные виды камней возникают в воспаленном пузыре.
Выше мы уже упоминали о воспалительном процессе, как причине появления различных тканевых детритов, служащих центром для отложения камня. Сейчас мы должны добавить, что при воспалении, конечно, и все физиологические процессы протекают иначе. Если для образования камня нужен приток большого количества солей или распад желчи, то при воспалении возможно, быть может, как раз осуществление этих условий. Мы не можем вдаваться в подробности. Заметим лишь, что, безразлично какова причина, застой желчи или катарральное и воспалительное состояние слизистых оболочек и органов, нам необходимо себе ясно представлять физико-химические изменения и процессы сопутствующие образованию конкреции.
Основываясь на результатах работы Schade, мы можем равным образом поставить одни и те же вопросы на разрешение медику и минералогу. Сначала выясним различие двух понятий: образование камня или конкремента и выпадение нерастворимых солей. Правда, если бы не было выпадения солей, то не могло бы образоваться и камня, но, с другой стороны, очень часто камни образуются только благодаря присутствию какого - либо субстрата в виде обрывка эпителия или чего-нибудь подобного.
Но с точки зрения кристаллообразования первым должен быть решен вопрос о причинах выпадения вещества в твердом состоянии.
Поскольку мы принимаем положение Schade о необходимости, для образования конкреций, перехода коллоида в кристалл, наши основные вопросы будут такие: какие факторы обусловливали коллоидное состояние вещества? Что служило дисперсионной средой? Было ли вещество самостоятельно в виде коллоида или оно было в соедивении, распавшемся при переходе в твердое состояние? Что вызвало выпадение дисперсного вещества (дисперсной фазы) из дисперсионной среды? В чем оставался взвешенным росший сферолит или конкремент? Какие посторонние вещества влияли на образование концентрического сростка, а не радиально-лучистого? Все эти вопросы, несомненно, требуют исследований, наблюдений и экспериментальных данных, но лишь такой путь и может привести нас к ответу на истинно научном языке математики и физико-химии.
В настоящем кратком и предварительном обзоре мы не можем достаточно полно и подробно перечислить и рассмотреть все случаи кристаллических образований в живых тканях и организмах. Да это и не должно никогда служить задачей при современном состоянии знаний в этой области. Мы остановимся вкратце еще на нескольких примерах, чтобы только иллюстрировать разнообразие материала.
В развитии, строении и жизни организма позвоночных животных большую роль играет известь. Не меньшую роль она играет и в патологии. Тем не менее мы не имеем ясной физико-химической картины перемещений и отложений извести в организме.
В этиологии рахита одним из основных факторов считается недостаточное питание костей известью. С другой стороны, в старческом организме мы наблюдаем усиленное отложение извести в хрящах, тогда как нормально хрящи не способны пропитываться известью. Столь же интересными являются отложения извести в тканях стенок сосудов при склеротических перерождениях, или в клапанах сердца после воспаления или наконец, отложения извести в мышечной ткани при болезни известной под именем Myositis ossificans.
При целом ряде болезней, в человеческом организме находят так называемые кристаллы Сharcot—Leyden’a: при лейкемии — в крови, селезенке и костном мозгу, при бронхиальной астме — в мокроте, наконец, в известных случаях, в испражнениях. В последнем случае одни авторы (Конгейм) связывают нахождение кристаллов с существованием в желудке глистов, а другие считают это мнение неосновательным. Кристаллы имеют форму игловидных бипирамид. Подвысоцкий считает их "идентичными" с кристаллами в сперме и определяет их как фосфорно-кислую соль спермина. Образуются они не всегда, а главным образом в тех случаях, когда (Подвысоцкий) при лейкемии изменен гноевидно костный мозг и когда преобладают эозинофильные лейкоциты. Предполагают, и на этом почти все сходятся, так как последнее подтверждено новейшими исследованиями, что кристаллы образуются при распаде лейкоцитов и, особенно, больших эозинофильных клеток. Хотя для кристаллов, наблюдавшихся при астме, высказывались и другие предположения. По составу одни считали их органическими фосфатами, другие — муциноидным веществом, а относительно их возникновения, кроме эозинофильных клеток, допускали возможность образования этих кристаллов из слизистых спиралей, наблюдаемых в той же мокроте. Как видим, и здесь кристаллы остались мало изученными. Не лишним будет заметить, что медики, хотя и мыслят достаточно строго в химическом отношении, подходя к кристаллам, производят их идентификацию, в совершенно различных по условиям среды случаях, не прибегая к кристаллографическим методам исследования, а удовлетворяясь лишь большим или меньшим внешним сходством.
Кристаллографические методы исследования — это последнее о чем мы должны упомянуть. Для физиолога и биохимика, равно как и для патолога-клинициста, возможно представить две категории явлений, подлежащих кристаллографическому исследованию. С одной стороны это все те твердые образования в организме, о которых говорилось выше. Можно привести пример чисто практического характера. В испражнениях находят целый ряд кристаллов различных жирных кислот, омыленных жиров и солей. Различить эти кристаллы и точно определить их химическую природу иногда является важно для целей диагностических. Но при внешнем сходстве кристаллов такую задачу можно решить только кристаллооптическими методами исследования.
С другой стороны можно указать ряд жидкостей органогенного происхождения, как кровь, белки, моча и др., которые при исследовании в лаборатории переводятся в кристаллы. Здесь опять-таки необходимо прибегать к изучению кристаллов как они есть или же пользоваться микрохимичесними реакциями, связанными с определением кристаллов.
Столь же многочисленны, сколь и разнообразны, задачи, которые вряд ли смогут быть разрешены биологами без помощи кристаллографии. Необходимо только более внимательно и серьезно отнестись к наблюдаемым кристаллам и не отбрасывать их как не имеющих существенного значения в процессе жизни. Ибо пример кристаллических пигментов в пластидах растений показывает их специальное и особое физиологическое значение.
С другой стороны надо побороть ложное знание или вернее просто незнание, побуждающее думать, что кристаллография есть наука о геометрических многогранниках, тогда как истинная кристаллография есть наука об особом анизатропном состоянии вещества и как таковая равно приложима как ко всем твердым телам, так и ко многим жидким. Кристаллографы со своей стороны должны обратить больше внимания на органогенные кристаллические образования. Это поведет во-первых к обогащению изучаемого материала, а во-вторых в процессах кристаллообразования в организмах есть много особенностей, чрезвычайно важных и интересных. Здесь, прежде всего, как общее правило, мы наблюдаем постоянное совместное нахождение коллоида и кристалла. При этом коллоид различно проявляется в процессе кристаллообразования: он или влияет, путем адсорбции изменяя осмотическое давление, или он сам переходит в кристалл или, наконец, участвуя в химических реакциях, дает кристаллические продукты.
Граница коллоидного и явно кристаллического состояний должна, несомненно, интересовать кристаллографа. И вот, мы приходим к новой области, достойной создания особых специалистов в пограничной части общей науки физики.
Специализация нужна и полезна, когда специалист сосредоточиваясь на определенной области исследований, остается в то же время на той высоте знания, откуда ему открывается весь горизонт науки и он может гордиться своим участием в расширении общими силами этого горизонта, помня девиз — Viribus unitis.
1) Любопытно заметить, что Н. Стено (Stensen), уроженец Дании, был членом Флорентийской Академии и, дав классический труд по геологии и кристаллографии, был по специальности — анатом.
2) Цитирую по русскому переводу со второго франц. издания с предисловием Г. Н. Вырубова. Москва 1899.