В подавляющем большинстве опытов В. Я. Данилевского, о которых шла речь в предыдущих двух главах, основным показателем была двигательная реакция всего организма или изолированных его частей. Поэтому сокращение мышц рано заинтересовало этого ученого. Почти одновременно со своей диссертацией, посвященной физиологии нервной системы, он публикует в 1876 г. монографию «О происхождении мускульной силы». Следует отметить, что не только указанное выше обстоятельство привлекало внимание В. Я. Данилевского к этой биологической проблеме. Воспитанный в трудовой семье, с юности впитавший идеи русских революционеров-демократов, он в течение всей своей долгой жизни стремился поставить науку на службу производительному труду. Одной из основных задач физиологии он считал установление оптимальных условий трудовой деятельности человека. Вместе с тем к физиологии мышц его привлекали широкие вопросы философского порядка. Середина XIX в. была эпохой окончательного утверждения в физике закона сохранения энергии, получившего свою первоначальную формулировку в высказываниях гениального русского ученого и мыслителя Михаила Васильевича Ломоносова. В сороковых годах прошлого столетия Р. Майер (R. Mayer) постулировал этот закон, исходя из физиологических соображений. Тем не менее к семидесятым годам еще не была экспериментально доказана его полная применимость к явлениям превращения энергии в органическом мире. Лишь в 1875 г. замечательный русский биолог—революционер и материалист Климентий Аркадьевич Тимирязев обосновал приложимость закона
сохранения энергии к явлениям синтеза углеводов в растительных организмах. Его эксперименты показали, что «связь между поглощением света хлорофиллом и разложением углекислоты, между затраченной силой и произведенной работой не подлежит сомнению».
Изучение энерготики мышечного сокращения должно было стать главным способом проверки универсальности закона сохранения энергии. Установление того, что этот закон в равной степени применим к органическим и неорганическим телам, представляло лучший способ окончательно показать несостоятельность виталистического учения о жизненной силе. Все это определяло как интерес В. Я. Данилевского к физиологии мышечной деятельности, так и выбор тем, которыми он непосредственно занимался.
Его принципиальные установки нашли свое выражение уже в названной выше монографии. Здесь молодой физиолог выступает как последовательный сторонник материалистического положения о подчиненности физиологических процессов общему для всей природы закону сохранения материи и энергии. Учение о жизненной силе, утверждает он, является препятствием на пути развития науки. Оно создает ложную видимость знания там, где этого знания еще нет. Тем самым оно направляет научную мысль по ошибочному пути и отвлекает ее от реально стоящих перед ней задач. В 1876 г. молодой ученый иронически пишет о рассуждениях виталистов: «Отсюда, идя последовательно, не трудно было перейти к признанию возможности происхождения силы (напр, механической работы) из ничего» (1876, 2, стр. 2). Развивая через четыре года более подробно эту мысль, В. Я. Данилевский признавал, что физиологи еще не представили фактов для окончательного ее обоснования (1880, 1). Он первый в мировой науке, как мы увидим ниже, осуществил решение такой задачи.
Крушение учения о жизненной силе способствовало распространению среди биологов материалистических взглядов. Однако подавляющее большинство западноевропейских антивиталистов не смогло подняться до диалектико-материалистического понимания сущности жизни н стояло на вульгарно-механистических позициях — отождествления организма с машиной. На разные лады они повторяли уже устаревшие положения Р. Майера. «Тепло, — писал этот ученый, — которое применяется в паровой машине для того, чтобы миллион фунтов поднять на один фут, должно быть эквивалентно жизненной силе человека, лошади и т. д., потребляемой для произведения такой же работы, что в свою очередь является эквивалентом производимой животными теплоты трения».
Именно в эту эпоху Ф. Энгельс неоднократно указывал на недопустимость такого отождествления. Так, в 1875 г. он показал ошибку Фика (Fick) и Вислиценуса (Wislicenus), пытавшихся выразить физиологическую работу по подъему в гору просто в килограмметрах, умножая высоту подъема на вес совершавшего подъем человека. «Ведь, — писал он, — тело не просто паровая машина, испытывающая только трение и изнашивание. Физиологическая работа возможна только при наличии непрерывных химических превращений в самом теле, и она зависит также от процесса дыхания и от работы сердца. При каждом сокращении и расслаблении мускула в нервах и мускулах происходят химические превращения, которые нельзя ставить в параллель с превращениями угля в паровой машине. Конечно, можно сравнивать между собою две физиологические работы, происходящие при прочих равных условиях, но нельзя измерять физическую работу человека по работе какой-нибудь паровой машины и т. д.; можно сравнивать их внешние результаты, но не самые процессы, если не сделать при этом серьезных оговорок».
Какова была позиция в этом отношении В. Я. Данилевского? В работе 1876 г. он останавливается на мнениях Фойта (С. Voit) и Петтенкофера (М. Pettenkofer), сравнивавших организм с водяной мельницей, через которую всегда проходит неизменный поток энергии, принимающей при разных обстоятельствах разные формы, на взглядах Фика и Вислиценуса, отождествляющих его с паровой машиной, в которой образующаяся при сгорании топлива тепловая энергия частично превращается в механическую работу. В. Я. Данилевский доказывает несостоятельность теоретических позиций всех этих ученых, в том числе и своего будущего руководителя Фика. Вместе с тем, не будучи достаточно последовательным, он не отказывался от понятия «живая машина». Однако В. Я. Данилевский не мог не видеть основного различия между организмом и машиной. «Следовательно, — читаем мы в отредактированном им томе «Народной энциклопедии», — и в живой машине, подобно паровой, движение происходит благодаря горению топлива, только топливом служат здесь те химические вещества, которые входят в состав самой движущейся живой протоплазмы». Признавая это качественное различие, В. Я. Данилевский расходился с большинством современных ему физиологов, метафизически разделявших «пластический» и «энергетический» обмен веществ. Формулировки, подобные приведенной выше, мы находим у него в ряде работ, вплоть до «Физиологии труда», вышедшей в 1927 г.
Работая по физиологии мышц, В. Я. Данилевский уделял очень большое внимание энергетической стороне вопроса. Он, как отмечает X. С. Коштоянц, «первый обратил внимание на центральный вопрос физиологии мышечного сокращения — об источниках динамики этого процесса». Уже в 1876 г. Василий Яковлевич ставит вопрос о соотношении расходования тепловой и механической энергии при работе мускулатуры. Критический обзор литературных данных и собственных материалов приводит его к идее, которая получила окончательное подтверждение более чем через полвека после того, как она была высказана. «Все эти явления, — писал он, — едва ли можно объяснить переходом уже развившейся теплоты per se в механическую работу; всего вероятнее, здесь происходит количественное изменение в распределении форм проявляющихся живых сил. Следовательно здесь можно допустить переход только — так сказать — потенциальной теплоты в механическую работу» (1876, 2, стр. 198).
В начале 1878 г. молодой ученый отправляется в лабораторию А. Фика. Стремясь использовать точную методику изучения физиологических явлений, разработанную этим ученым, он отдает себе отчет и в относительности ее совершенства и в теоретических ошибках ее автора. Уже в отчете о своих работах в первом полугодии 1878 г. В. Я. Данилевский сообщает о том, что ему удалось усовершенствовать термоэлектрический столбик и бусоль Фика. С помощью этой усовершенствованной аппаратуры он в 1879 г. точно определяет теплоемкость мышечной ткани и каучука. Это дает ему возможность установить энергетические явления, связанные с сотрясением, растягиванием и последующим эластическим сокращением указанных объектов.
Решение перечисленных методических и экспериментальных задач обеспечивает В. Я. Данилевскому возможность осуществления одного из крупнейших его исследований — опытного доказательства закона сохранения силы (энергии) при мышечной работе. О выполнении этой работы В. Я. Данилевский сообщает в 1880 г. Он отмечает, что найти интересующее его соотношение между теплопродукцией и механической работой уже в 1869 г. пытался сам Фик. Однако несовершенство методики не позволило ему с достаточной точностью решить эту задачу. Теперь за ее выполнение взялся В. Я. Данилевский. В отличие от Фика и Вислиценуса он избирает объектом своих исследований не организм в целом, а отдельную мышцу. Это позволяет избежать при вычислениях и оценке полученных результатов ряда ошибок, отмеченных, как мы видели, Ф. Энгельсом в аналогичной работе указанных ученых. Повидимому, Фик сам сознавал недостатки своего опыта, так как в дальнейшем он пытался, как отмечает В. Я. Данилевский, работать с изолированной мышцей лягушки. Однако проблему решил не он, а молодой харьковский физиолог.
В. Я. Данилевский исходил из того,что изолированная мышца может совершать работу и выделять тепло лишь за счет своей внутренней энергии. Если закон сохранения энергии имеет универсальное значение, то сумма произведенной мышцей внешней механической работы и выделенного ею тепла при любом соотношении между ними должна быть равна изменению ее внутренней энергии. Доказать это можно при постановке опыта, теоретические основы которого были сформулированы следующим образом: «... если механическая работа, совершенная деятельным мускулом, равна нулю, то нагревание его происходит сильнее, чем в том случае, когда он производит внешнюю, полезную работу» (1880, 1, стр. 45). Здесь надо помнить, что внешняя механическая работа мускула может оказаться равной нулю не только тогда, когда он находится в состоянии покоя, но и тогда, когда он производит движение... «Если часть развитой силы не исчезла и не появилась ex nihilo [из ничего], то опыт должен точно подтвердить это вычисление при верности принятого постулятивного положения о проявлении активной энергии всецело только в виде теплоты» (1880, 2, стр. 34). Однако при обычной постановке опыта W—W оказывается не равным, а большим... Создается видимость нарушения закона сохранения энергии. Причину такого расхождения ожидавшихся и полученных результатов В. Я. Данилевский обнаружил еще в 1879 г. Дело в том, что уже раньше было известно явление, получившее название «отрицательного уклонения теплоты». Оно особенно ясно выступало, когда мышца сокращалась при минимальной нагрузке. Иногда такое сокращение сопровождалось даже некоторым охлаждением. Мейерштейн и Тири объясняли его изменением теплоемкости мышцы. Гейденгайн (R. Heidenhain) вообще отрицал объективное существование этого явления. Он приписывал полученные результаты измерений методическим ошибкам, связанным с погружением термоэлементов при сокращении мышцы из более нагретых в менее нагретые ее слои. Последнюю точку зрения разделяло большинство западноевропейских физиологов.
