VI. Nauki przyrodnicze

Skromne na pozór prace laboratoryjne chemika i fizyka stał się punktem wyjścia dla nauk technicznych, które ze swej strony wywołały zmiany zasadnicze w życiu społeczeństw cywilizowanych. Ztąd pochodzi, że badania nad przyrodą stały się w czasie krótkim własnością ogółu i więcej zdołały go zainteresować, aniżeli żmudne prace biologiczne. A jednak i na tem polu umysł ludzki zdobył wiele. Znajomość praw, rządzących organizmami, znajomość budowy tych organizmów, zjawisk życiowych, stosunków między niemi a resztą przyrody – wszystko to prowadzi do łatwiejszego i korzystniejszego panowania nad światem ożywionym. Prócz tego, biologia daje nam możność lepszego poznania siebie samych pod względem cielesnym i duchowym, co prowadzi do ciągłego doskonalenia naszych pojęć moralnych i społecznych. Rozwój biologii w XIX stuleciu był znaczny, i chociaż wpływ tej gałęzi nauki nie rzucał się jaskrawo w oczy, to był niemniejszy, aniżeli wpływ nauk fizycznych i chemicznych na rozwój kultury. Największą zdobyczą biologii było przekonanie się drogą całego szeregu badań mikroskopowych, że rośliny i zwierzęta składają się z komórek, będących ze swej strony drobnemi organizmami pierwotnemi. W rozwoju nauk biologicznych, jak anatomia i fizyologia, teorya komórkowa odegrałatę samą rolę, co pojęcie o atomie i cząsteczce oraz cała teorya atomistyczna w rozwoju chemii. 

Istnienie komórki roślinnej wykryto po raz pierwszy w początkach stosowania mikroskopu, mianowicie Robert Hooke w drugiej połowie XVII stulecia dostrzegł komórki na cienkich skrawkach rdzenia bzowego i korka. Nieco później inni badacze dokonali dokładniejszych spostrzeżeń nad budową tkanki komórkowej roślin. Nie mogło tu być mowy jeszcze o pojmowaniu komórki w takiem znaczeniu, jak to sobie dziś przedstawiamy, gdyż nauka o istotnej budowie organizmu roślinnego weszła na tory właściwe dopiero po udoskonaleniu mikroskopów (od r. 1824), które pozwoliły wykryć skład komórkowy tkanki roślinnej, przebieg dzielenia się komórki u wodorostów i grzybów; później też dopiero przekonano się, że posiada ona najważniejsze znaczenie w sprawie rozmnażania się, rozwoju i czynności życiowych roślin. 

Z wykryciem komórki zwierzęcej poszło znacznie trudniej, aniżeli z wykryciem komórki roślinnej, która rzucała się łatwo w oczy przy pierwszem stosowaniu mikroskopu. Włóknisty wygląd tkanek zwierzęcych stawał temu na przeszkodzie i wymagał nietylko dobrego mikroskopu, lecz odpowiedniej wprawy w przyrządzaniu preparatów. Po r. 1830 coraz częściej zaczęto wykrywać istnienie komórek w różnych częściach organizmów zwierzęcych, mianowicie w nabłonkach, zwojach nerwowych, chrząstkach w oskrzelach kijanek, krążkach krwi i in. Podstawę naukową tym badaniom dał Teodor Schwann w dziele p. t. „O zgodności zwierząt i roślin pod względem budowy i wzrostu“, w którem przyznawał wszystkim komórkom jednaki sposób tworzenia się oraz pewne powinowactwo genetyczne, a życie tkanek uważał za zależne od życiowej działalności komórek. Do uzupełnienia teoryi komórkowej brakowało jeszcze wykazania procesu dzielenia się jajka, co zostało uskutecznione dopiero przez Darwina, który usiłował wykazać pochodzenie całego świata organicznego z komórki.

Pamiętać wszakże należy, że praca Schwanna miała charakter przeważnie teoretyczny, gdyż w celu wyśledzenia powstania i rozwoju różnorodnych form ustrojów organicznych należało zużytkować pracę całego szeregu badaczy w ciągu lat wielu. Zasługa jego polegała głównie na wskazaniu nowych w nauce dróg, któremi dojść można było do niezbitych już pewników, dotyczących rozwoju organizmów. Prócz dzieła o komórce, które zjednało Schwannowi wielki rozgłos, poczynił on wiele innych odkryć naukowych. Pomiędzy innemi np. wykrył wymianę tlenu i dwutlenku węgla przez skorupę rozwijającego się jajka ptasiego, trawienie białka, w sztucznie przygotowanym soku żołądkowym, oraz pepsynę; prócz tego wyprzedził badania Pasteura, wyjaśniając, że gnicie nie powstaje samodzielnie, lecz bywa spowodowane przez pewne uboczne mikroorganizmy, oraz że ciałka drożdżowe są przyczyną iermentacyi wyskokowej. Zasługi Schwanna nie były należycie oceniane, skutkiem wystąpienia znakomitego chemika Liebiga, który nie uznawał wpływu niższych organizmów na fermentacyę i gnicie, a przez powagę swego nazwiska opóźnił sprawę tak wielkiej wagi, dopóki Pasteur nie skierował jej na drogę właściwą. 

Chcąc ocenić należycie działalność biologów na początku stulecia, należy zwrócić uwagę na zupełny prawie brak odpowiednich laboratoryów oraz narzędzi do badań ścisłych. Profesorowie musieli nabywać mikroskopy za własne pieniądze i dokonywać badań we własnem mieszkaniu, gdyż jeden tylko zazwyczaj mikroskop nie mógł wystarczyć dla wszystkich profesorów wydziału przyrodniczego i lekarskiego. Dzięki postępom w konstrukcyi mikroskopów złożonych oraz w przyrządzaniu niezbędnych przy pracach mikroskopowych odczynników chemicznych, odkryto nowy świat istot dotychczas nieznanych, znajdujących się na granicy świata roślinnego i zwierzęcego, mianowicie jednokomórkowe wodorosty, bakterye, grzyby, które uznano za przyczynę gnicia, fermentacyi oraz różnorodnych chorób roślin i zwierząt, organizmy mikroskopijne, zamieszkujące wody słone i słodkie, których szkielety wapienne, opadając na dno, tworzyły po upływie tysięcy lat grube pokłady. Tym sposobem wielkie odkrycia biologiczne przyczyniły się do wzbogacenia botaniki, bakteryologii, geologii oraz innych nauk przyrodniczych. W botanice zaczęto już poważnie traktować naukę o chorobach roślin, a w bakteryologii poczyniono tyle odkryć pierwszorzędnej wagi, że zdołały one wpłynąć na odmienne zupełnie, aniżeli poprzednio, pojmowanie rzeczy tak ważnych, jak np. powstawanie i leczenie chorób zakaźnych, procesu fermentacyi, gnicia i t. d. Przeważnie Pasteurowi zawdzięczamy dostarczenie na drodze doświadczalnej dowodu, że teorya samorodztwa była zupełnie bezpodstawna: że bakterye, podobnie jak i wyższe organizmy, mogą powstawać z istot żywych, a zarodki mikrobów znaleźć można wszędzie: w wodzie, powietrzu i ziemi. Nowa gałąź wiedzy, bakteryologia, przyczyniła się do wykrycia i zbadania bakteryi chorobotwórczych, stanowiących przyczynę suchot, cholery, tyfusu, zakażenia, dżumy, róży i innych chorób. 

Podobnie jak mikroskop wykrył tajniki anatomii roślin i zwierząt oraz ich budowę komórkową, obserwacya oraz doświadczenia naukowe nad organizmami roślinnemi oraz zwierzęcemi dały podstawę fizyologii, mającej na celu wyjaśnienie funkcyi poszczególnych narządów w organizmach. Zapomocą wiwisekcyi zbadano różne ośrodki odruchowe, wyjaśniono częściowo działanie, zwojów mózgowych, odkryto przez usuwanie pewnych części mózgu ośrodki, rządzące mową, oddychaniem, słuchem, czuciem i in.; zapomocą specyalnych narzędzi nauczono się mierzyć szybkość i ciśnienie krwi w różnych miejscach układu krwionośnego, a zapuszczając rurki do żołądka i kiszek, otrzymując soki z rozmaitych gruczołów, zbadano funkcye trawienia i przemiany materyi w organizmach zwierzęcych. 

Nie uciekając się do wiwisekcyi, zbadano wpływ rozmaitych związków chemicznych na organizmy zwierząt, aby módz stosować te związki w celach leczniczych. To drogą zbadano działanie różnych dawek chloroformu, eteru, morfiny, kokainy, jako środków znieczulających częściowo lub też zupełnie, dalej wyjaśniono działanie silnych jadów (strychniny, atropiny i in.).

Na początku XIX-go stulecia panowała w fizyologii t. zw. doktryna witalistyczna, według której substancye organiczne zwierząt i roślin mogą być wytwarzane jedynie pod działaniem pewnej nieznanej siły życiowej, zkąd wynikało, że nigdy nie można będzie wytworzyć drogą sztuczną żadnego związku organicznego. Jednakże Wöhler, otrzymawszy drogą laboratoryjną mocznik, substancyę, spotykaną jedynie w organizmach, zadał kłam twierdzeniu witalistów, a dalsze Prace na Polu chemii organicznej doprowadziły do syntezy coraz bardziej złożonych związków organicznych i można się spodziewać że uda się kiedyś chemikom wytworzyć sztucznie białko-najbardziej złożone ciało organiczne.

Im dokładniej poznano związki organiczne, tem lepiej można było zbadać przemiany materyi w organizmach zachodzące, fizyologię oddychania, zmiany we krwi, proces trawienia białka, tłuszczów i węglowodanów. Obok środków chemicznych zaczęto stosować i metody fizyczne do wyjaśnienia zjawisk życiowych, a więc na zasadzie badań Meyera i Helmholtza zaczęto stosować prawo zachowania energii do wyjaśnienia różnorodnych funkcyi życiowych a tem samem wprowadzono do badań fizyologicznych miarę, wagę oraz wyliczenia, czem zadano ostateczny cios teoryi witalistycznej. Tą drogą została stworzona fizyka mięśni, nerwów i organów czuciowych, mechanika systemu kostnego, krążenia krwi i oddychania; do pracowni fizy ©logicznej wniesiono przyrządy fizyczne, pozwalające na dokładne mierzenie niedostrzegalnych prawie ruchów serca, naczyń krwionośnych i mięśni, mierzenie zjawisk elektrycznych, zachodzących podczas działania muskułów, oraz szybkość, z jaką podniety dochodzą do naszej świadomości. 

Należy wspomnieć jeszcze o jednej zdobyczy biologicznej ubiegłego stulecia, która wywołała w swoim czasie niezmiernie silny ruch umysłowy: o idei rozwoju. Dała się ona odczuć we wszystkich prawie dziedzinach nauk, w filozofii, historyi, socyologii, geologii, największy wszakże wpływ wywarła na biologię. Teorya ewolucyi powstała w pierwszej połowie stulecia, ale właściwego doczekała się rozwoju, oraz zastosowania do badań geologicznych i paleontologicznych dopiero w drugiej części stulecia. Pierwsze przebłyski idei rozwoju zjawiły się przy roztrząsaniach różnych kwestyi geologicznych. Od początku stulecia do r. 1830 panowała niepodzielnie teorya Cuviera, według której geologiczny stan skorupy ziemskiej różnił się zasadniczo od obecnego. Dowód czerpano głównie z przekrojów skorupy ziemskiej, ukazujących niekiedy znaczne sfałdowania w kierunku pionowym. Według Cuviera fałdy te powstały wskutek gwałtownych przewrotów, podobnie jak i wysokie pasma gór, gdyż nie znamy takich sił, które mogłyby wytworzyć stopniowo zmiany, dające się spostrzegać w układzie skorupy ziemskiej. Teorya kataklizmów, utworzona przez Cuviera, była przyjęta powszechnie, a chociaż podnosiły się niekiedy głosy przeciwne tym poglądom, wkrótce umilkły wobec powagi naukowej, jaką powszechnie cieszył się Cuvier. 

Około r. 1830, gdy sława Cuviera doszła do kulminacyjnego punktu, na horyzoncie naukowym ukazała się nowa teorya, zbijająca zasadniczo dotychczasowy system tłumaczenia zjawisk geologicznych. Twórca tej teoryi, Karol Lyell, w dziele p. t. „Principles of Geology” dowodził i poparł długim szeregiem faktów swe twierdzenie, że teorya kataklizmów jest wspartą jedynie na bujnej fantazyi i znajduje się w sprzeczności z najzwyklejszemi prawami przyrody. Według Lyella siły, które wytworzyły zmiany w budowie skorupy ziemskiej, działały bezustannie przez długi okres czasu i działają obecnie; dzisiejsze wulkany wyrzucają lawę na znaczne odległości, podobnie jak to działo się w poprzednich okresach geologicznych. Pokłady, tworzące się obecnie, nie różnią się zasadniczo od pokładów dawniejszych; obecnie odbywa się również podnoszenie się lądów, zmywanie gór, roślinność nasza jest podłożem dla przyszłych pokładów węgla, a wapień, piaskowce, oraz kamienie pochodzenia wulkanicznego tworzą się bezustannie, wreszcie i teraz możemy spostrzegać zmiany postaci lądów i mórz.

Brzegi półwyspu Skandynawskiego podnoszą się widocznie, przyczem wyniesienie ich nad poziom morza wynosi do trzech stópw ciągu stulecia. Podczas dwóch znacznych trzęsień ziemi w roku 1822 zachodni brzeg Ameryki południowej podniósł się przeszło o 4 stopy, a częste, choć drobne, zmiany mogłyby doprowadzić do zupełnego przekształcenia lądu. Deszcze, spadające w okolicach rzeki Missisipi, spłókują stopniowo pokłady skał, zanoszą je do morza, a ich drobne cząstki tworzą nowe skały na dnie morskiem. 

Woda, uderzająco brzegi, podmywa skały nadbrzeżne, które w kształcie drobnego piasku są zabielane przez fale morskie. W ten sposób całe okolice wysp Wielkobrytańskich, niegdyś zaludnione, znajdują się obecnie pod wodą; wyspa Helgoland podlega bezustannie tak znacznemu działaniu wody, że po upływie paru wieków nie będzie z niej ani śladu. Możnaby przytoczyć niezliczoną ilość przykładów podobnych, z których każdy przemawia za słusznością teoryi Lyella, atłumaczących w sposób niezmiernie prosty powszednie zjawiska, które Cuvier wyjaśniał przy pomocy nadzwyczajnych, a niczem nieuzasadnionych przewrotów geologicznych.

Nietylko zmiany w postaci mórz i lądów dały się jasno wytłumaczyć przez teoryę Lyella, lecz również inne zjawiska geologiczne, a przedewszystkiem okres lodowcowy. Istnienie tego okresu, w czasie stosunkowo niezbyt odległym, zostało po raz pierwszy ściśle dowiedzione przez Szweda Wenetza w r. 1822, który posiłkował się w swych badaniach metodą Lyella, polegającą na wykryciu tych zmian, jakie odbywają się bezustannie. Okres lodowcowy trwa jeszcze w Grenlandyi, gdy Szwecya i Norwegia, leżące pod jednakową szerokością geograficzną, posiadają klimat o wiele łagodniejszy. 

Wieczny śnieg, znajdujący się na wysokich szczytach, spadając po pochyłości gór, przytłacza swym ciężarem dawniejsze warstwy śnieżne, zamieniając je na lód, który zsuwa się na dół, tworząc z czasem rzekę lodową. Podobne rzeki znajdują się obecnie w Alpach i Himalajach. 

Posuwają się one bardzo wolno, gdyż z szybkością zaledwie 3-4 stópw ciągu doby, w zimie wolniej; z pod takich lodowców wypływa często strumień, dający początek rzekom. 

Niegdyś lodowce rozciągały się na całej niemal półkuli północnej, czego dowodem są kamienie tak samo porysowane i wygładzone, jak i skały, otaczające dzisiejsze rzeki lodowe a przeniesione na znaczne odległości przez lodowce; tą drogą z gór, pokrytych wiecznym śniegiem, bywa przenoszoną w inne miejscowości znaczna ilość kamieni i mułu. W górach Jura znajdują się olbrzymie głazy, zaniesione z Alp przez dawne lodowce, a rodzaj tych skał przekonywa o ich alpejskiem pochodzeniu. Pomiędzy lodowcem a skałą Lyell znajdował kamienie, pokryte długiemi rysami, zrobionemi przez ostre końce lodowca. 

Charpentier i Agassiz na zasadzie takich rys określili kierunki niektórych lodowców oraz grubość lodu w różnych punktach na jego drodze, a późniejsi geologowie zebrali mnóstwo faktów, świadczących o istnieniu okresu lodowcowego w takich miejscowościach kuli ziemskiej, gdzie obecnie jest klimat umiarkowany, mianowicie w Pirenejach, na Kaukazie, a na półkuli południowej w Nowej Zelandyi, Tasmanii oraz na południu Andów. Czy okresy lodowe istniały jednocześnie na obu półkulach, dotychczas niewiadomo; nie została też wyjaśniona dostatecznie przyczyna zjawienia się okresów lodowych. Badania Lyella, Agassiza i in. zwróciły geologię na nowe tory, a późniejsi uczeni, wynajdując coraz nowe szczegóły w tym kierunku, stwierdzili prawdziwość poglądów Lyella na stopniowy i bezustanny wpływ sił przyrody na ustrój fizyczny kuli ziemskiej. 

Badania nad budową geologiczną skorupy ziemskiej przyczyniły się wielce do wynalezienia wykopalisk i wykrycia faktu, że w Europie północnej człowiek istniał jednocześnie z zaginionemi obecnie zwierzętami, jak: mamut, niedźwiedzie jaskiniowe i inne. Pierwsze dokładne badania szczątków kopalnych z typu kręgowych były dokonane przez Cuviera, który opisał je w dziele „Recherches sur les ossements fossiles“, wydanem w r. 1822. Za przykładem Cuviera poszli inni znani uczeni: Agassiz w Szwajcaryi, Meyer w Niemczech i Owen w Anglii, dzięki czemu liczba poznanych gatunków kopalnych dorównała liczbie gatunków żyjących, pomimo że poznano drobną zaledwie część skamieniałości, znajdujących się na powierzchni ziemi, gdyż dotychczasowe poszukiwania szczątków kopalnych były dokonywane na bardzo szczupłej przestrzeni. Wykrycie skamieniałości różnorodnych zwierząt kopalnych pozwalało na poznanie form przejściowych między gatunkami zwierząt, co stanowiło kamień węgielny nowej wiedzy – historyi paleontologicznej. 

Wraz ze szczątkami zwierzęcemi znajdowano skamieniałości, świadczące wbrew utrwalonym dotychczas pojęciom o istnieniu człowieka współcześnie z wygasłemi już zwierzętami. Z biegiem czasu zebrano wiele danych, świadczących o istnieniu człowieka w czasach poprzedzających okres lodowy. Między innemi w Kalifornii wykopano szkielety ludzkie oraz wyroby człowieka przedhistorycznego na głębokości przeszło tysiąca stóp, obok skamieniałości roślin obecnie już nieistniejących. Wykopaliska te były przykryte czterema kolejnemi warstwami lawy wulkanów oddawna wygasłych. 

Badania te i zdobycze przyczyniły się wielce do poznania zamierzchłych dziejów ziemi, rzuciły światło na starożytność rodu ludzkiego, odsłoniły nauce nowe, rozległe widnokręgi.