Еще большее значение, чем многочисленные открытия, имело то общее эволюционное дарвинистское направление, которое Мечников и Ковалевский придали развитию эмбриологии. Дарвин считал сравнительную эмбриологию одним из самых серьезных доказательств своей эволюционной теории, наряду с палеонтологией, сравнительной анатомией и физиологией, географическим распределением организмов и так далее.
Уже намеченное Дарвиным в “Происхождении видов” взаимоотношение между индивидуальным развитием организмов – онтогенезом и развитием вида – филогенезом привело к сформулированию так называемого “биогенетического закона”.
Этот закон гласил, что онтогенез в сокращенном виде повторяет филогенез, то есть что каждый организм во время своего индивидуального развития вкратце повторяет основные этапы исторического развития данного вида животных.
Мечников поставил своей задачей дать исчерпывающую разработку эмбриологических доказательств теории Дарвина. Так определилось то сравнительно-эмбриологическое направление работ Мечникова, которое сделало его и Ковалевского творцами сравнительной эмбриологии беспозвоночных.
Илья Ильич все более приходил к убеждению, что разъяснения ряда вопросов эволюции животных надо искать в наиболее ранних стадиях их развития, где ярче и осязательнее всего выступают общие черты, связывающие животных различных групп.
Мечникова поражала пропасть между высшими представителями простейших животных, с одной стороны, и низшими многоклеточными – с другой. Как произошел переход от одних к другим? Наука ничего определенного на этот вопрос ответить не могла. Существовали лишь гипотезы, построенные на основании изучения зародышевого развития различных животных. Прежде всего, необходимо было выяснить подробности эмбрионального (зародышевого) развития беспозвоночных животных, что и было выполнено Ковалевским и Мечниковым.
Благодаря этим работам выяснились общие черты первых стадий зародышевого развития многоклеточных животных. Все они, как беспозвоночные, так и позвоночные проходят стадию, которая соответствует одноклеточному организму, ибо яйцо многоклеточных животных представляет собой одну клетку.
Процесс развития зародыша заключается в дроблении этой единственной клетки, напоминая размножение одноклеточных посредством деления. Но, в отличие от последних, сегменты яйцеклетки, получающиеся в результате ее деления, не расходятся, а образуют совокупность клеток.
Это первая стадия зародыша многоклеточных существ, так называемая морула. Клетки морулы постепенно раздвигаются. Так образуется полый шар в форме пузырька, содержащего внутри замкнутое пространство (первичную полость тела). Наружная поверхность пузырька состоит из одного слоя клеток. Эта стадия развития зародыша называется бластулой. Дальнейшее деление клеток бластулы приводит к образованию двух зародышевых пластов: внешнего (эктодермы) и внутреннего (энтодермы), между которыми позже обособляется третий пласт (мезодерма). Из эктодермы в процессе роста зародыша образуются кожные покровы, нервная система, органы чувств. Из энтодермы вырастают некоторые внутренние органы: печень, поджелудочная железа и другие. Из мезодермы образуются мускулатура, хрящи, кости, органы выделения – почки, мочевой пузырь.
Ковалевский открыл один из способов образования энтодермы, до тех пор неизвестный в эмбриологии. Двуслойный зародыш образуется из однослойного (бластулы) впячиванием клеток шара внутрь полости. Это напоминает резиновый мяч, из которого выпущен воздух, он спался, и часть его поверхности вмялась в другую. В результате перед нами нечто похожее на чашу с двойными стенками. Позже ученый Геккель назвал открытый Ковалевским двуслойный зародыш гаструлой.
Опираясь на собственные исследования, Илья Ильич твердо установил, что есть более простая стадия зародышевого развития, чем гаструла. На губках и медузах, на развитии их зародышей он показал, что существует стадия развития, когда зародыш похож на овальный мешочек, состоящий из клеток эктодермы, наполненный плотной массой клеток энтодермы, или, как говорил Мечников, клеток паренхимы. Стадия же гаструлы появилась позже.
Илья Ильич доказывал, что может существовать низшее многоклеточное животное, соответствующее открытой им стадии зародышевого развития.
Открытую стадию зародышевого развития Мечников назвал паренхимулой, или фагоцителлой, вследствие того, что клетки внутреннего слоя способны захватывать (фагоцитировать) и переваривать пищу. Любопытно, что эта примитивнейшая форма многоклеточных представляет аналогию с некоторыми формами простейших, колонии которых состоят из клеток двух видов: наружный слой, соответствующий эктодерме, состоит из жгутиковых клеток; внутренний – из амебовидных клеток, в то же время являющихся фагоцитами. Такие колонии животных были действительно открыты как бы в подтверждение гипотезы Мечникова.
Илья Ильич, вдохновляемый идеями дарвинизма, искал путь, по которому шло развитие от простейших – одноклеточных животных, к низшим - многоклеточным. Изучая низших червей, он открыл факт первостепенной важности, определивший все направление его будущей деятельности: в 1866 году в Гиссене он обнаружил внутриклеточный способ пищеварения у ресничного червя планарии.
Тогда Илья Ильич еще не подозревал всего значения этого факта, впоследствии послужившего фундаментом его будущей фагоцитарной теории, вполне созревшей лишь восемнадцать лет спустя.
В марте 1867 года Мечников приехал в Петербург. Здесь Илья Ильич должен был защищать свою диссертацию “История эмбрионального развития “ и готовиться к профессуре.
На основании представленных научных работ Мечников получил магистерскую степень без всяких экзаменов. Пополам с А.О.Ковалевским ему была присуждена первая Бэровская премия за выдающиеся труды по сравнительной эмбриологии.
Магистерская степень давала право Мечникову начать педагогическую деятельность в русских университетах. Вскоре его утвердили в должности доцента по кафедре зоологии Новороссийского университета.
В конце 1867 года в Петербурге на съезде естествоиспытателей Мечников сделал доклад о зародышевых пластах (слои клеток зародыша).
Мечникову предложили занять вакансию доцента зоологии в Петербургском университете. Работать в Петербурге оказалось труднее, чем в Одессе. Лаборатории не было. Всякая попытка организовать научную работу разбивалась о стену казенщины и равнодушия начальства. Со свойственной его натуре страстностью Мечников протестовал против университетских порядков, возмущался и приходил в отчаяние. Одиночество тяготило его.
Илья Ильич знакомится с Людмилой Васильевной Бекетовой. Между молодыми людьми возникло чувство взаимной симпатии.
Однажды Людмила Васильевна простуживается, и незначительный грипп приводит к катару верхушки левого легкого, начался туберкулез. Илья Ильич все свое свободное время проводил у Людмилы Васильевны, подолгу беседовал с больной, читал ей вслух. Постепенно взаимная симпатия переросла в чувство любви.
Людмиле Васильевне становилось все хуже. В последнем письме к родителям Мечников просил их согласия на брак.
И вот наступил этот торжественный день. Радость не смогла улучшить состояния здоровья невесты. У нее не было сил пройти расстояние от экипажа до алтаря в церкви. Бледную, с восковым лицом Людмилу Васильевну внесли в церковь в кресле. Рядом с нею был Илья Ильич. Священник произносил какие-то слова, спрашивал молодых об их согласии на брак, желал счастья.
Так началась супружеская жизнь. Нежная забота, тщательный уход и лечение должны улучшить состояние здоровья Людмилы Васильевны. Шли дни упорной борьбы с болезнью и нуждой. Нужно было много денег, и со всей энергией, на которую он был способен, Илья Ильич старался изыскать средства для улучшения своего служебного, а, следовательно, и материального положения.
Людмиле Васильевне с каждым днем становилось хуже. Дальнейшее пребывание в Петербурге могло оказаться гибельным для нее. В конце января 1869 года Мечников увозит жену в Италию.
В Специи больной стало лучше. Успокоенный Илья Ильич возобновил научную работу.
Ему удалось исследовать одно загадочное животное – торнарию.
Маленькую прозрачную торнарию ученые знали давно, и все считали ее личинкой какой-то морской звезды. Оказалось, что торнария – это личинка баланоглосса, животного, которое долгое время относили к червям. Теперь место баланоглосса среди животных изменилось, он оказался близким родственником иглокожих, промежуточным звеном между иглокожими и червями.
Эти успешные исследования и улучшение здоровья Людмилы Васильевны ободрили Мечникова. Он снова был увлечен мыслями о научной работе, о новых открытиях.
Окончательно установив наличие у скорпиона трех зародышевых листков, он доказал, что и паукообразные развиваются по общим правилам: у них те же три листка.
К началу учебного года Илья Ильич должен был вернуться в Россию. О возвращении в Петербург Людмилы Васильевны не могло быть и речи.
С тяжелым чувством уезжал Илья Ильич. Ничего хорошего от Петербурга он не ждал. Доцентура в университете не может обеспечить даже скромного существования, а лечения больной тем более. Оставалась небольшая надежда получить кафедру зоологии в Медико-хирургической академии в Петербурге. Но получить это место не удалось. Реакционеры из академии не нуждались в Мечникове, о котором знал весь ученый мир.
В 1870 году двадцатипятилетний Мечников начал читать зоологию студентам университета в Одессе.
20 апреля 1873 года умерла Людмила Васильевна. Илья Ильич тяжело перенес смерть жены.