Другим з трьох великих відкриттів у природознавстві Ф. Енгельс вважав доведення перетворення енергії. Майже за сторіччя до цього незалежно один від одного М. В. Ломоносов і А. Л. Лавуазьє відкрили закон збереження маси речовин в хімічних реакціях. М. В. Ломоносов ще у 1748 г., а згодом у 1758 і 1760 pp. писав: «Скільки чого в одного тіла відніметься, стільки помножиться в іншому місці»; «Тіло, що рухає своєю силою інше, стільки ж у себе страчає, скільки надає іншому, яке від нього рух отримує». Французький хімік Лавуазьє (1743-1794) стверджував те ж саме: «Нічого не утворюється заново ні при штучних, ні при природних процесах... У будь-якому перетворенні... кількість речовини лишається тією ж самою».
Фактично закон збереження і перетворення енергії першим відкрив у 1841 р. практичний лікар з провінційного містечка поблизу Штутгарта Роберт Майєр (1814-1878).
Працюючи на острові Ява, він на підставі своїх спостережень вказав на зв'язок між механічною роботою і теплотою. Його статтю про відкриття цього закону, як статтю нефахівця, редактор фізичного журналу сховав у стіл, і вона побачила світ через 36 років. Майєр перший висловив думку, що Сонце під час випромінювання втрачає масу. Майєр зазнав багато прикрощів, його не визнавали за вченого, що негативно вплинуло на його психіку, довело до психічного захворювання. Заслуги Майєра в науці дістали визнання лише по смерті. Біографи називають його Галілеєм XIX століття.
Англійський учений Джоуль експериментально підтвердив (1843 р.) спостереження Майєра, висунувши постулат: «Рух перетворюється на теплоту». Німецький учений фізик і фізіолог Г. Гельмгольц у 1847 р. довів, що основний закон термодинаміки - закон збереження енергії - чинний для всіх явищ природи, в тому числі й для живих істот. Закони збереження речовин і збереження й перетворення енергії сприяли розробці в біології і медицині питань обміну речовини в організмі.
На початку XX ст. обидва ці закони класичної ньютоновської механіки були природньо об'єднані спеціальною теорією відносності в єдиний закон збереження енергії (E=mc2).
Третім великим відкриттям у природознавстві Ф. Енгельс назвав учення про еволюційний розвиток органічного світу. Помітною віхою на шляху створення еволюційної теорії було вчення Ж. Ламарка (1744-1829), викладене в його праці «Філософія зоології» (1809 p.). Найповніше еволюційне вчення розроблене Чарлзом Дарвіном (1809-1882) у праці «Про походження видів шляхом природного добору, або Збереження найбільш пристосованих порід у боротьбі за існування» (1859 p.).
Доповненням до еволюційної теорії Ч. Дарвіна став сформульований Е. Геккелем (1836-1919) основний біогенетичний закон розвитку, за яким вищі тваринні істоти в ембріональному стані повторюють шлях своїх попередників - стадії їхнього розвитку. Іншими словами, розвиток особини (онтогенез) являє собою у швидкому перебігу відтворення історичного розвитку роду (філогенез). Наступними дослідженнями у вчення Дарвіна внесено ряд доповнень і поправок. У Росії таку необхідну наукову роботу зробили К. М. Бер, О. О. і М. О. Ковалевські, І. І. Мечников, К. А. Тімірязєв. Обгрунтуванням і підкріпленням еволюційного вчення було відкриття законів спадковості чеським природодослідником Грегором Менделем (1822-1884), що став основоположником генетики - науки про спадковість і змінність організмів. Основні принципи вчення про спадковість викладено в його праці «Досліди над рослинними гібридами» (1866 p.). Відкриття Г. Менделя в той час не були усвідомлені вченими, бо для цього ще не було створено наукової бази. В 1873 р. Фрідріх Антон Шнейдер відкрив у ядрі клітини кольорові тільця - хромосоми, у 1875 р. Оскар Гертвіг (1849-1922) описав процес запліднення як з'єднання двох статевих клітин. У 1883 р. Едуард Ван Бенеден (1809-1894) звернув увагу, що в статевих клітинах кількість хромосом у два рази менша, ніж у соматичних. При зливанні статевих клітин під час запліднення утворюється повний набір хромосом. Август Вейсман (1834- 1914) дійшов висновку, що ядра клітин є носіями спадкових ознак. У 1900 р. Карл Еріх Корренс (1864-1933, Німеччина), Хого Де Фріз (1848-1935, Голландія) та Еріх Чермак (1871 - 1962, Австрія) незалежно один від одного майже одночасно знову відкрили і підтвердили винайдені Менделем закономірності.
У 1906 р. на III Міжнародному конгресі з гібридизації, за пропозицією Бейстона науку, що вивчає спадковість і мінливість, було названо генетикою. У 1909 р. Вільгельм Людвіг Йогансен (1857-1927) увів терміни: ген - для позначення спадкового фактора, генотип - для сукупності всіх спадкових факторів, фен - для ознаки, що залежить (обумовлюється?) від одного гена, фенотип - для сукупності всіх ознак. У 1911 р. Томас Хант Морган (1866-1945) встановив, що гени знаходяться в хромосомах, а пізніше розробив хромосомну теорію спадковості (Нобелівська премія 1933 p.).
Вивчення механізмів передачі спадкової інформації має дуже цікаву історію. У кінці 1868 р. швейцарський лікар Йоган Фрідріх Мішер (1844-1895) виділив з ядер лейкоцитів речовину, яку назвав нуклеїном. У 1889 р. німецький хімік Ріхард Альтман запропонував назвати нуклеїн Мішера нуклеїновою кислотою. Альбрехт Коссель (1853-1927) виділив складові частини нуклеїну: азотисті основи пуринового і піримідинового ряду, фосфорну кислоту і моносахарид (Нобелівська премія 1910 p.). Після довгої перерви у 1944 р. Освальд Теодор Ейверлі (1877-1955), Колін Мак-Леод та Маклін Мак-Карті встановили, що ДНК є носієм генетичної інформації. У 50-х роках англійський хімік-органік Олександер Робертус Тодд (нар. 1907) з'ясував, у який спосіб чотири азотисті основи (аденін, гуанін, цитозин, тимін, а в РНК замість тиміну - урацил) зв'язуються з рибозою або дезоксирибозою і фосфорною кислотою (Нобелівська премія 1957 p.).
У цей же період американський учений Ервін Чаргафф (нар. 1905) сформулював свої знамениті правила: загальна кількість піримідинів (гуаніну та аденіну) в молекулі ДНК дорівнює кількості пуринів (цитозину та тиміну). У 1953 р. Френсіс Харрі Комптон Крик (нар. 1916) та Джеймс Дьюї Уотсон (нар. 1928) встановили, що молекула ДНК складається з двох ланцюгів, закручених один навколо другого, тобто має структуру подвійної спіралі (Нобелівська премія 1962 p.). Це добре пояснює правила Чаргаффа. Наявність двох ланцюгів у спіралі ДНК пояснює механізм її самовідтворення: коли ці ланцюги роз'єднуються, до них приєднуються нові нуклеотиди, утворюючи нову молекулу. Ферменти, що каталізують синтез ДНК і РНК, були відкриті Северо Очоа (нар. 1905) і Артуром Корнбергом (нар. 1918) (Нобелівська премія 1959 p.). У ці ж роки почато розшифрування коду ДНК, тобто визначення сполучень чотирьох нуклео-тидів, що відповідають 20 амінокислотам, з яких побудовано поліпептидні ланцюги білків. Фізик Г. А. Гамов припустив, що при сполученні чотирьох нуклеотидів по три утворюється 64 комбінації. Завдяки роботам Маршала Уоррена Ніренберга (нар. 1927), Хара Гобінда Корани (нар. 1922) та Роберта Вільяма Холлі (нар. 1922) до 1966 р. було розкрито значення цих комбінацій, а також встановлена структура транспортної РНК (Нобелівська премія 1968 p.). Франсуа Жакоб (нар. 1920) та Жак Люсьєн Моно (1910-1976) з'ясували регуляцію роботи генетичного апарату (Нобелівська премія 1965 p.). Вони довели, що інформація, яка зберігається в ДНК, через РНК відтворюється в молекулі білка. Це стало основною догмою молекулярної біології. Проте у 1961 р. український генетик Сергій Михайлович Гершензон (нар. 1906) почав вивчати можливість зворотної передачі генетичної інформації від РНК на ДНК. Цей напрям досліджень набув великого значення, особливо коли з'ясувалося, що більшість онкогенних вірусів мають природу РНК- У 1970 р. Говард Мартін Темін (нар. 1934) одночасно з Дейвідом Балтимором відкрили фермент, що каталізує синтез ДНК на матриці РНК - зворотна транскриптаза (Нобелівська премія 1975 p.).
У 60-х роках Вернером Арбером (нар. 1929) були відкриті ферменти, здатні розривати вірусну ДНК-рестриктази. У 1970 р. Гамільтон Сміт (нар. 1931) виділив перші рестриктази, а Да-нієль Натане (нар. 1928) створив метод виділення за допомогою рестриктаз окремих генів. їм було присуджено Нобелівську премію 1978 р. Ці роботи поклали початок генній інженерії.
На довгому шляху розвитку медицини вчені вже з давніх-давен намагалися знайти пояснення процесів в організмі людини, здійснюючи досліди на тваринах. Лише ці досліди допомогли їм зрозуміти призначення окремих органів і тканин в організмі, відкрити кровообіг, скласти відносне уявлення про травлення тощо. Великі успіхи фізики, хімії, анатомії, гістології в XIX ст. дали змогу за допомогою систематичних вівісекцій з'ясувати докладніше й глибше закони, за якими відбуваються процеси в живому організмі.
Піонерами нової експериментальної фізіології вважаються шотландський хірург і фізіолог Чарлз Белл (1774-1842) і французький фізіолог Франсуа Мажанді (1783-1855). їхні імена пов'язує відкритий ними експериментально закон Белла-Мажанді, за яким аферентні, чутливі, волокна спинномозкових нервів входять у спинний мозок через задні корінці, а еферентні, рухові, виходять через передні. Велика заслуга Мажанді в розробленні досконалих і тонких методів гострих фізіологічних дослідів. Йому належить відкриття отвору, що сполучає велику цистерну основи мозку з четвертим шлуночком - foramen Ма-gendii; він вивчав утворення і роль спинномозкової рідини, функцію стравоходу і механізми блювання, лікувальні властивості іпекакуани, стрихніну.
Ф. Мажанді пояснював усі процеси в живому організмі лише законами фізики й хімії, гостро висловлювався проти будь-яких теоретичних узагальнень, визнавав, що лише факти, при порівнянні їх, можуть самі себе пояснити. «Коли я експериментую, я маю лише очі та вуха і зовсім не маю мозку»,- казав він. Такий надмірний емпіризм часто приводив Мажанді до помилкових висновків. Він відкидав доцільність використання мікроскопа в фізіології, заперечував контагіозність холери, виступав проти застосування наркотичних речовин під час операцій.
Клод Бернар (1813-1878) - великий французький фізіолог, засновник сучасної експериментальної фізіології і патології. Йому належить експериментальне вивчення механізмів виділення слини, шлункового соку, секрету підшлункової залози.
Експериментальна медицина. Частина 1
