Устанавливая периодическую систему элементов, Д. И. Менделеев исходил из атомного веса химического элемента и. располагая элементы по их химическим свойствам, считал, что они должны располагаться пропорционально атомным весам. Некоторые элементы не подчинились этому правилу, и Менделеев решил, что веса их определены неправильно, и при проверке это подтвердилось. Однако для двух групп элементов, не подчинившихся правилу, объяснений не находилось до тех пор, пока не было раскрыто строение атома.

В 1916 году молодой англичанин Г. Мозли доказал, что основным в периодической системе Менделеева является не атомный вес, а место, занимаемое элементом в периодической системе, порядок их чередования: порядок же этот определяется количеством электронов, вращающихся вокруг ядра в атоме.

С тех пор этот порядок распределения химических элементов стали называть атомными числами элемента или числами Мозли.

Так менделеевская система элементов превратилась в систему атомов.

Несколько раньше другой англичанин, Ф. Содди, показал, что атомы разного строения могут обладать одинаковыми химическими свойствами. Такие атомы получили название изотопов, то есть занимающих одно и то же место в периодической системе элементов и имеющих одно и то же атомное число, число Мозли.

Изучение изотопов открыло целый ряд интересных, а часто совершенно необъяснимых явлений.

Оказалось, например, что многие элементы состоят из смеси изотопов и смесь изотопов химически неразделима. Возможность изучать изотопы в чистом виде представилась лишь в связи с радиоактивным распадом некоторых элементов. Так, например, выяснилось, что уран и радий в результате радиоактивного распада переходят в свинец атомного веса 206,0, а торий – в свинец атомного веса 208,0. Обыкновенный же свинец всегда имеет атомный вес около 207,2. Очевидно, что он состоит из смеси свинцов того и другого атомного веса всегда в одной и той же пропорции.

Для огромного большинства элементов выяснилось постоянство смесей изотопов. Это обстоятельство и позволило Д. И. Менделееву строить свою периодическую систему, исходя из постоянства атомных весов. Но из того же постоянства смесей следует, что изотопы не разделяются во время природных процессов, образующих минералы и горные породы, так как эти процессы представляют собой химические реакции.

Новое изменение во взглядах на атом и химический элемент не могло не отразиться на изучении живого вещества. Вернадский обратил внимание на преобладание в живом веществе чистых химических элементов, то есть состоящих из одного изотопа, и выдвинул гипотезу огромного значения. Он предположил, что организм различно относится к изотопам, смесями которых являются земные химические элементы, что живое вещество способно разлагать смеси изотопов и избирать из них некоторые.

Гипотеза Вернадского, таким образом, допускает существование коренного материального различия между веществом, строящим организм, и веществом, строящим косную материю, и различие это заключается в характере химических элементов, строящих организм.

Элементы, строящие организм, являются однородными, чистыми; косную же материю строят смеси изотопов.

Последовавшее затем открытие изотопов водорода и кислорода и существование в природе тяжелой воды как будто опровергали гипотезу Вернадского. Однако тут же выяснилось, что организм относится к тяжелой воде иначе, чем к обыкновенной воде, то есть различает два водорода, и, следовательно, Вернадский вправе предполагать, что организм обладает общей способностью различно относиться к разным изотопам одного и того же элемента.

Если бы избирательная способность организмов подтвердилась и для других элементов, Вернадский открыл бы огромную область совершенно новых геологических и биологических явлений, нашел бы объяснения целому ряду доселе не объясненных фактов.

Прежде всего стала бы понятной сохранность химического элемента в явлениях жизни, повсюду наблюдаемая натуралистом. Углекислота, выделенная организмом при дыхании, вновь захватывается другими организмами, то же происходит с кислородом, выделяемым растениями, с водою, постоянно испаряемой и вновь поглощаемой. При этом круговороте подавляющее количество атомов химических элементов удерживается живым веществом, и такой круговорот длится в течение всего геологического времени.

Изучая, например, историю магния, входящего в состав хлорофилла, нетрудно видеть, что этот магний почти не выходит из жизненного цикла: листья опадают, их поедают другие организмы, после гибели организмов на суше или в воде магний снова входит в жизненный цикл.

Есть такой же жизненный цикл для кальция и для других элементов.

Такое удерживание химических элементов непрерывно в жизненном круговороте не может быть объяснено иначе, как только тем, что захваченные жизнью атомы отличны от атомов косной материи.

Но из всего этого следует, что живое вещество может разделять изотопы, в то время как чисто химическим путем разделение изотопов невозможно.

Вернадский считал, что такое разделение изотопов осуществляется действием тех совершенно недостижимых для нас по интенсивности и чувствительности физико-химических и физических форм организованности, которые со все большей яркостью вскрывает современная наука в живых организмах[7].

Гипотеза Вернадского отвечала и учению его о начале жизни. Ведь если действительно есть материальное различие между веществом, строящим живые организмы, и веществами, из которых состоят тела мертвой природы, то, очевидно, все попытки создать живое из косной материи будут неудачными уже по одной этой причине, не говоря уже о том, что при этих попытках совершенно не принимается во внимание необходимость разделения и отбора изотопов для создания живого вещества.

Все эти вопросы, которые возникли вокруг гипотезы Вернадского, решить пока не было возможности: удивительнейшим образом оказалось, что среди многих сотен химических определений атомного веса элементов нет ни одного, сделанного над элементами, выделенными из живых организмов.

Владимиру Ивановичу приходилось делать эту работу вновь. Он поставил ее в радиевом институте, а затем впоследствии перенес в биогеохимическую лабораторию.

В августе 1926 года Вернадский проходил курс лечения в Ессентуках.

По просьбе ессентукской клиники Бальнеологического института Кавказских минеральных вод он прочел врачам лекцию «О новых задачах в химии жизни». Изложив свою гипотезу и открывающиеся перед наукой, в частности медицинской, перспективы, Владимир Иванович говорил:

– При положительном ответе на поставленные нами исследования сразу возникают многочисленные новые вопросы, в том числе и медицинские. Всякий ли кальций действует в его многочисленных сейчас терапевтических применениях, в том числе таких, которые объясняются действием иона кальция, или действует только один изотоп, тот, который входит в живое вещество, – вероятно, более тяжелый, с атомным весом сорок четыре? Можно ли относить вредное действие свинцового отравления ко всем свинцовым изотопам? Как действуют изотонически различные свинцовые препараты? На каждом шагу выдвигаются такие вопросы, так как все значительнее и значительнее выявляется нам в явлениях жизни значение ничтожных примесей отдельных атомов!

В разговоре после лекции со своими слушателями Владимир Иванович нашел для себя интересные факты. Врачи обратили его внимание на одну особенность медицинской практики: она неизменно предпочитает выделенные из организмов лекарственные вещества синтетическим фармацевтическим препаратам.

Директор клиники, слушавший лекцию с чрезвычайным вниманием, сказал ему:

– Старый, опытный врач, обнаружив у больного недостаток кальция, например, не станет прописывать ему углекислый кальций в порошках или в микстуре со взбалтыванием. Нет, он скажет ему: «Возьмите-ка, голубчик, свежее яйцо, вымойте его хорошенько со щеткой, сварите вкрутую, очистите, а затем яйцо выбросьте, а скорлупу соберите, истолките в порошок, посыпьте им хлеб и съешьте!»