После Киля Кольцов работал на биологических станциях в Италии – в Неаполе и Виллафранке. Там он начал исследование «Развитие головы миноги», которое, по возвращении в Россию, защитил как магистерскую диссертацию.
   Работая за границей Кольцов познакомился со многими крупнейшими биологами своего времени – И. Делажем, К. Гербстом, Э. Вильсоном, Г. Дришем, М. Гартманом. Он быстро вошел в их круг, многие из них стали его друзьями. Через много лет Макс Гартман вспоминал итальянские биологические станции: «…Там был блестящий Николай Кольцов, возможно, самый лучший зоолог нашего поколения, доброжелательный, немыслимо образованный, ясно мыслящий ученый, обожаемый всеми, кто его знал. Он часто наезжал в западноевропейские лаборатории, и мы были друзьями студенческих дней».
   В 1902 году Кольцов продолжил исследования на биологической станции в Виллафранка, а затем в германских университетах Гейдельберга, Гиссена, Страсбурга, Киля, Ростока, Берлина, Лейпцига. Кстати, в Гейдельберге Кольцов в лаборатории известного цитолога Бючли начал первую часть своего выдающегося «Исследования о форме клетки».
   Вернувшись в Россию, Кольцов читал лекции на Высших женских курсах и вел курс зоологии беспозвоночных в Московском университете.
   В 1905 году он представил в университет диссертацию на соискание степени доктора зоологии – «Исследования о спермиях десятиногих раков». Однако, защита, назначенная на январь 1906 года, не состоялась. Потрясенный кровавыми декабрьскими событиями, разыгравшимися в Москве, Кольцов, всегда близко принимавший к сердцу все, что происходило с его страной, выпустил книжку – «Памяти павших. Жертвы из среды московского студенчества в октябрьские и декабрьские дни». На первых страницах Кольцов привел выступление императора Николая II, обращенное к лейб-гвардейцам Семеновского полка, а вслед за выступлением – длинный список убитых студентов. Книга появилась в продаже в день открытия Государственной думы и тут же была конфискована. Впрочем, небольшую часть тиража удалось продать. Все вырученные от продажи деньги пошли на помощь заключенным студентам.
   «…Я отказался защищать диссертацию в такие дни при закрытых дверях, – писал позже Кольцов. – Студенты бастовали, и я решил, что не нуждаюсь в докторской степени. Позднее своими выступлениями во время революционных месяцев я совсем расстроил отношения с профессиональной профессурой, и мысль о защите диссертации уже не приходила мне в голову».
   В результате начавшегося конфликта руководитель Кольцова профессор Мензбир отстранил своего ученика от проведения всех практических занятий, а в 1909 году вообще лишил возможности преподавать в Московском университете.
   В это же время Кольцов пережил безответную любовь, сильно сказавшуюся на нем. Только напряженная работа на Неаполитанской и Виллафранкской биологических станциях отвлекла его от переживаний.
   В Италии он продолжил «Исследования о форме клетки».
   Над этим многотомным исследованием он работал практически всю жизнь.
   К нему естественно примыкали такие работы, как «К вопросу о клеточной форме» (1912), «Физиологический ряд катионов» (1912), «Влияние водородных ионов на фагоцитоз у пресноводных сувоек» (1915), «Физико-химические основы раздражимости пигментных, мускульных и железистых клеток» (1929), «Искусственный партогенез у тутового шелкопряда» (1932).
   К «Исследованиям о форме клетки» Кольцов подошел с ясным представлением того, что физическая масса любой живой клетки состоит в основном из полужидкой цитоплазмы. Значит, считал он, сама форма клетки должна определяться наличием неких эластичных нитей или твердых обручей. В известных опытах Плато, экстраординарного профессора Гентского университета, капля масла в жидкости всегда принимала форму шара, значит, если стягивать шары клеток некими «обручами», можно получить самые разнообразные формы. Отталкиваясь от опытов профессора Плато и применяя физические и химические воздействия на клетку, Кольцов действительно выявил массу сложных структур, определяющих форму изучаемых клеток. В работе «О формоопределяющих эластических образованиях в клетках» он сформулировал принцип, впоследствии так и названный – «принципом Кольцова»: чем более мощными и прочными являются различные эластические образования внутри клетки, тем сильнее клетки отходят от шарообразной формы.
   Вернувшись в Россию, Кольцов получил место преподавателя в Московском Народном университете имени Шанявского. При этом же университете работали различные лаборатории, в том числе биологическая. Последней Кольцов руководил с 1913 по 1917 год. К тому времени работы Кольцова принесли ему известность в научных кругах. Кандидатура Кольцова была выдвинута в действительные члены Российской Академии наук. Но поскольку условия приема требовали обязательного переезда в столицу, Кольцов снял свою кандидатуру. В Москве он преподавал на Высших женских курсах, работал в биологической лаборатории, здесь же работали его ученики и единомышленники. В итоге он был избран членом-корреспондентом Академии наук и остался в Москве.
   Бурные революционные годы не прошли мимо Кольцова.
   Однажды он был арестован сотрудниками ЧК. Несколько суток ученый провел в камере, ожидая расстрела, но вовсе не впал в уныние. Размышления, которым он предавался, вылились позже в небольшую работу – «К физиологии исхудания».
   Кольцов прекрасно понимал, что лежащей в руинах голодной, холодной стране крайне необходимы знания. Он пользовался любой возможностью для того, чтобы донести знания до самой широкой части населения. В одном из радиовыступлений он сказал:
   «…Довольно широко распространено убеждение, что наука противополагается жизни. Жизнь с ее повседневными заботами и интересами течет сама собой, а наука, отрывающая человеческий ум от этих мелких запросов текущего дня, стоит где-то над жизнью, вне ее. Мысль ученого занята каким-то сложными, выспренними задачами, недоступными для понимания каждого обыкновенного человека, а в житейских вопросах он совсем беспомощен, теряется. Народный юмор подхватил эту оторванность ученого от жизни и зло, а иногда и довольно метко подчеркнул ее в художественных образах. Наш русский Петрушка и его родной старший братец, герой итальянской народной комедии Пульчинелла, издеваются над ученым доктором и всегда умеют оставить его в дураках. В народных баснях ученый говорит высокопарным языком о непонятных предметах, и только тогда, когда попадает в беду – падает в яму, – вспоминает, что надо говорить по-людски, как все говорят, для того чтобы его поняли и выручили из беды. Лев Николаевич Толстой в период своего опрощения издевался над учеными бездельниками, которых должен кормить и поить мужик, чтобы они занимались никому не нужными вещами. Толстой в этот период жизни был склонен признавать за настоящий труд только тяжелую физическую работу горбом и руками. Чтобы осмеять умственную работу, он в одной сказке вывел такого умника, который пытался работать головой, колотя ею об стену. И, конечно, из такой работы ничего не выходило. Он издевался над учеными, которые собирают всяких мушек и таракашек или рассматривают в микроскоп клеточки и всякие штучки, находящиеся в клеточках, вместо того, чтобы пахать землю, собирать хлеб и делать добро людям. Все это говорилось и писалось за много лет до нашей революции, которая произвела резкий переворот в сознании народных масс. Говорят, науки бывают разные: науки практические, или прикладные, нужные для практической жизни, и науки отвлеченные, без которых можно обойтись. Никто не станет смеяться над инженером, строящим завод. Но почему не посмеяться над астрономом, считающим звезды, или рассеянным математиком, вечно вычисляющим что-то непонятное, или над биологом, рассматривающим в микроскоп какие-то клеточки или козявок?
   Но нет наук теоретических и прикладных.
   Есть только одна наука и применение ее в практической жизни».
   В другой статье, посвященной совершенно конкретным вопросам развития сельского хозяйства, Кольцов писал:
   «…Каждый крестьянин должен знать основы обмена веществ у растений, ибо иначе он не поймет, зачем нужно бросать в землю фосфориты, известь или селитру, и советы агронома будут иметь для него такое же значение, как заговоры знахаря. Каждый крестьянин должен знать, как человек и его домашние животные заражаются эхинококком, иначе он, по-прежнему отказываясь есть противную, с пузырями печень убитой им коровы, будет скармливать ее собакам и тем распространять тяжелое заболевание. Он должен знать начала микробиологии, чтобы убедиться в необходимости стерилизовать посевные семена формалином, что поднимает урожайность на несколько процентов. Он должен уметь различать по крайней мере некоторых вредных насекомых и знать их биологию, так как на своем поле он один может заметить их первое появление. Мы ведем борьбу за электрификацию и химизацию страны, но для огромных масс нашего крестьянского населения нужна в первую очередь биологизация».
   Еще до революции, в 1916 году, по инициативе Кольцова в Москве был создан Институт экспериментальной биологии.
   В 1917 году Кольцова избрали его директором.
   Начинавший в эпоху, когда биология была, в основном, описательной, Кольцов остро чувствовал необходимость именно экспериментального, доказательного подхода к биологическим проблемам. В первые годы Институт экспериментальной биологии занимал всего три комнаты, но в 1920 году, с включением его в систему советских научно-исследовательских учреждений, территория института и его штат были резко расширены. Кстати, Кольцов жил прямо при институте. Дверь из его квартиры вела прямо в рабочий кабинет и в лаборатории.
   В 1918 году Кольцов был избран профессором Второго Московского университета, а чуть позже – Первого. С 1919 года он – директор Центральной станции по генетике сельскохозяйственных животных Наркомзема РСФСР. С 1920 года – председатель Русского евгенического общества.
   Заинтересовался евгеникой Кольцов еще в дореволюционные годы.
   Главной задачей евгеники он считал изучение наследственности человека.
   «…Нам важно понять, – писал он, – откуда возникли те психические способности, которые проявляет при жизни выдающийся человек. Мы легко убеждаемся, что среда, в которой он развивался и работал, полученное им воспитание и образование, а также и экономические условия бывают весьма различны: при тех же внешних условиях одновременно с гением развивались и работали тысячи его современников, но огромное большинство их ничем или почти ничем не проявило себя и не оставило потомству памяти о себе. Причиной этого является, конечно, разнообразие психических задатков, с которыми рождаются разные люди, очевидно столь же различные по врожденным способностям, как по окраске волос, росту, здоровью и другим физическим признакам. Прошли те времена, когда не только наивные обыватели, но и глубокие мыслители выражали уверенность, что гениальная одаренность отдельных личностей представляет собою какое-то мистическое свойство, резко отличающее их от всех других людей, – „дух святой“, таинственно сходящий на немногих избранников и пророков. Гений обязан своим происхождением счастливой и редкой комбинации наследственных психических задатков».
   В Русском евгеническом обществе, председателем которого был избран Кольцов, активное участие принимали такие крупные ученые, как антрополог В. В. Бунак, медики А. И. Абрикосов, Г. И. Россолимо, Д. Д. Плетнев, биологи А. С. Серебровский, Ю. А. Филипченко. Огромный интерес к Обществу проявляли нарком здравоохранения Н. А. Семашко и писатель М. Горький, что, несомненно, способствовало если не процветанию, то развитию Общества. Глубокая увлеченность предметом время от времени подталкивала Кольцова к высказываниям, которые его противники незамедлительно истолковывали самым нежелательным образом:
   «…Достаточно предположить, что законы Менделя были бы открыты веком ранее: русские помещики и американские рабовладельцы, имевшие власть над браками своих крепостных и рабов, могли бы достигнуть, применяя учение о наследственности, очень крупных результатов по выведению специальных желательных пород людей».
   «…Благодаря подъему культуры и распространению идеи равенства борьба за существование в человеческом обществе потеряла свою остроту и благодетельный естественный отбор почти прекратился».
   «…сохранение представителей активного типа имеет абсолютную генетическую ценность вне зависимости от их временного фенотипного образа мыслей».
   «…После революции, в особенности длительной, раса беднее активными элементами».
   Тем не менее, в статьях того времени Кольцов не раз подчеркивал, что, хотя человек подчиняется тем же законам наследственности, что и другие организмы, к нему неприменимы приемы и методы, вполне подходящие для экспериментов с животными. «…Современный человек не откажется от самой драгоценной свободы – права выбирать супруга по своему собственному выбору, – писал Кольцов в статье „Улучшение человеческой породы“, – и даже там, где существовала крепостная зависимость человека от человека, эта свобода была возвращена рабам ранее всех других нарушений личной свободы. Из этого основного отличия развития человеческой расы от разведения домашних животных и вытекают все остальные различия евгеники от зоотехники».
   В 1921 году Кольцов издал известную статью «Родословные наших выдвиженцев», в которой показал происхождение и становление талантов М. Горького, Л. Леонова, Ф. Шаляпина, С. Есенина, В. Иванова и многих других. Вывод ученого был оптимистичен: «Рассмотренные нами генеалогии выдвиженцев ярко характеризуют богатство русской народной массы ценными генами».
   В силу все той же увлеченности Кольцов считал вполне возможным рассматривать евгенику как некоторую религию.
   «…Идеалы социализма, – писал он, – тесно связаны с нашей земной жизнью: мечта об устройстве совершенного порядка в отношениях между людьми есть такая же религиозная идея, из-за которой люди идут на смерть. Евгеника поставила себе высокий идеал, который также достоин того, чтобы дать смысл жизни и подвинуть человека на жертвы и самоограничения: создать путем сознательной работы многих поколений высший тип человека, могучего царя природы и творца жизни».
   К сожалению, на оценку взглядов самого Кольцова влияла и некоторая неразборчивость «Русского евгенического журнала», в котором часто печатались переводные статьи вообще без комментариев или с такими комментариями, которые в те годы могли вызвать только негативное отношение. Например, в примечании к опубликованной в журнале программе Совета Английского евгенического общества было сказано, что пособия на каждого ребенка должны прибавляться к жалованью пропорционально заработной плате родителей, – «…чтобы способствовать размножению высших типов населения». А в кратком примечании к «Руководящим положениям немецкого общества расовой гигиены», опубликованным в 1924 году, Ю. А. Филипченко писал: «Перевод их приводится полностью. Причем мы воздержимся от каких-либо примечаний». А ведь из этих «Руководящих примечаний» и выросли корни философии немецкого фашизма.
   «…При подведении итогов воззрениям Н. К. Кольцова на генетику человека и евгенику становится очевидным, что они сильно эволюционировали, – отмечали в 1975 году ученики Кольцова Б. Л. Астауров и П. Ф. Рокицкий. – Начав с принятия идей буржуазных евгеников, он пришел в конечном счете к признанию роли внешней среды, в том числе социальной, в развитии особенностей человека и к необходимости изучения генетики человека. Но будучи далек от методологических вопросов, Кольцов не мог дать критическую оценку положений буржуазной евгеники. Сам искренний и гуманный человек, он не увидел их антигуманной сущности и поэтому допустил ряд ошибок. Евгеника не имела под собой научной почвы и свелась к ряду предложений о внешнем вмешательстве в явления человеческой жизни и общества под прикрытием якобы заботы о наследственности будущих поколений. Но когда евгенические положения стали использовать для откровенно реакционных и даже фашистских целей, Кольцов проявил чувство гражданского долга и сам пошел на ликвидацию евгенического общества и закрытие „Русского евгенического журнала“.
   Вклад же его в генетику человека несомненен».
   С 1922 года Кольцов был редактором книжных серий «Классика естествознания» и «Современные проблемы естествознания». Он же редактировал «Успехи экспериментальной биологии» и «Русский евгенический журнал». Под его редакцией выходили биологическая серия «Пресноводная фауна Европейской России» и «Бюллетень Московского общества испытателей природы».
   В 1927 году в докладе «Физико-химические основы морфологии», прочитанном на III съезде зоологов, анатомов и гистологов в Ленинграде, Кольцов высказал идею о молекулярной основе наследственности. Согласно этой его идее, новые сложные молекулы-мицеллы могли образовываться только на основе старых, служащих для них как бы затравками.
   То есть Кольцов первый высказал гипотезу принципа матричного синтеза.
   Этот принцип Кольцов отнес и к хромосомам, ответственным за процесс наследственной передачи. Он писал: «…Если мы признаем, что самой существенной частью хромосомы являются длинные белковые молекулы, состоящие из нескольких десятков или сотен групп радикалов, то моргановское представление о хромосоме как о линейном ряде генов получит ясную конкретную основу. Радикалы хромосомной молекулы – гены – занимают в ней совершенно определенное место. И малейшие химические изменения в этих радикалах, например отрыв тех или иных атомов и замена их другими (например, замена водорода метилом), должна являться источником новых мутаций».
   В конце двадцатых годов Кольцов много размышлял над вопросами сущности жизни и ее происхождения. Известную гипотезу Аррениуса о занесении жизни на Землю из других миров он считал совершенно неубедительной. Он склонялся к тому, что первые живые углеродистые организмы могли возникнуть на Земле из некоторых неизвестных нам «праорганизмов», которым не хватало каких-то определенных признаков для того, чтобы отождествлять их с настоящими живыми организмами. Такими праорганизмами могли быть, писал Кольцов, «…мицеллы гидрофильных коллоидов». Поскольку, считал он, указанные мицеллы отличались по степени стойкости, обладая одновременно способностью к обмену веществ, между ними должна была «…происходить ясно выраженная борьба за существование». Вырастая путем кристаллизации до определенных размеров, они могли делиться, размножаться. «…Такие мицеллы – победители в борьбе за существование – имеют шансы выжить и стать исходным пунктом для дальнейшей эволюции, вступая периодически в новые, редкие и редчайшие комбинации».
   Кольцов считал, что появление мицелл происходит и в наше время. Правда, у них нет шансов выжить, поскольку конкурентами их в наше время являются бактерии.
   С 1929 года Кольцов – редактор отделов биологии, зоологии, протистологии, ботаники, эволюционных учений, генетики и механики развития Большой медицинской энциклопедии. С 1930 года он заведует сектором генетики и селекции, а также лабораторией экспериментальной цитологии и гематологии Всесоюзного института животноводства ВАСХНИЛ.
   К этому же времени относятся его работы, связанные с изучением мутаций.
   В 1930 году в Киеве на открытии IV Всесоюзного съезда зоологов, анатомов и гистологов Кольцов сказал: «…Надо путем сильной встряски зачатковых клеток изменить их наследственную организацию и среди возникающих при этом разнообразных, большею частью, вероятно, уродливых, но наследственно стойких форм отобрать жизнеспособные и упрочить их существование тщательным отбором. И я верю, что нам уже недалеко ждать того времени, когда человек властной волей будет создавать новые жизненные формы. Это самая существенная задача экспериментальной биологии, которую она уже теперь может ставить перед собой, не откладывая в далекое будущее».
   В изучении мутаций Кольцов применял самые разные подходы.
   По его поручению на стратостате «1-бис СССР» были подняты на высоту двадцати километров мушки-дрозофилы. Какой-либо заметной разницы в частоте мутаций у дрозофил, поднятых в стратосферу, и у дрозофил, наблюдаемых в лаборатории, не было замечено, но сам подход, несомненно, выглядел многообещающим.
   Тогда же, в статье «Проблема прогрессивной эволюции», Кольцов заметил, что понятия «высший» и «низший», «прогрессивный» и «регрессивный», употребляемые в биологии, слишком уж антропоморфичны. При неоспоримо высоком развитии головного мозга, способного к образованию бесконечного числа условных рефлексов (чем, собственно, вид Homo sapiens и отличается от других видов животных), у человека наблюдается недоразвитие ряда физических признаков, а также сохраняются во взрослом состоянии некоторые черты строения, свойственные зародышу. Другими словами, в процессе развития живых организмов прогресс всегда сочетается с регрессом. Поэтому, считал Кольцов, родословную живого мира следует изображать не в виде древа или хвоща, а скорее по виду разветвленных мангровых зарослей, как идущих вверх, так и распространяющихся вширь.
   Поразительными можно назвать предвидения Кольцова в эволюционных вопросах. В 1932 году он писал: «…Было бы неправильно думать, что в эволюции видов играли роль исключительно целесообразные особенности. Напротив, еще Дарвин отмечал, что огромное большинство признаков, которыми близкие виды отличаются друг от друга, не имеют приспособительного значения. За последнее время в связи с успехами генетики проблема накопления массы бесполезных, но и безвредных мутаций подвергается интересному математическому анализу. С. С. Четвериков и его ученики у нас, Фишер и Райт в Америке изучают математическую вероятность накопления генов, случайно (т. е., например, под влиянием радиоактивности) возникших в популяциях. При изоляции и последующем инбридинге („кровных браках“) благодаря вызывающим неравномерное размножение периодическим „волнам жизни“ такие гены могут закрепиться за расой и привести даже без участия естественного отбора к возникновению новых подвидов и видов, отличающихся друг от друга бесполезными признаками».
   «В настоящее время принято считать, что современное эволюционное учение – это синтез классического дарвинизма с данными генетики, цитологии и других экспериментальных наук XX века, – писали в 1975 году Б. Л. Астауров и П. Ф. Рокицкий. – Авторами синтетической теории эволюции обычно называют Дж. Хаксли, Э. Майра и других зарубежных ученых. И очень обидно, что работы Кольцова по этому вопросу остались неизвестными за пределами Советского Союза, ибо основные идеи такого синтеза были сформулированы еще Н. К. Кольцовым и его учеником С. С. Четвериковым».
   «Последние годы жизни Н. К. Кольцова, – писали Астауров и Рокицкий, – были омрачены начавшимися еще в 30-х годах нападками на некоторые фундаментальные положения современной биологии и ряда ее областей, таких, как генетика, цитология и др. Еще при жизни Кольцова начали отрицать роль хромосом в наследственности, тех хромосом, изучению которых Н. К. Кольцов посвятил значительную часть своей научной деятельности. Гены, материальная природа которых была обоснована еще работами школы Моргана и которые, по Кольцову, находились в генонемах хромосом, считали несуществующими, а само учение о гене – идеалистическим. Роль естественного отбора – основного дарвиновского фактора эволюции – отрицалась, а вместо этого выдвигалось прямое приспособление организмов к среде, т. е. принцип Ламарка, а то и внезапное „порождение видов“. Отсюда вытекало признание наследования приобретенных признаков – обывательского предрассудка, против которого так восставал всегда Н. К. Кольцов. Естественно, что, являясь самой крупной фигурой в области генетики и цитологии в СССР, Н. К. Кольцов наряду с Н. И. Вавиловым оказался в середине 30-х годов перед лицом нараставшей волны антигенетического и антидарвиновского догматизма и вместе с Н. И. Вавиловым же принял на себя главную тяжесть ее удара. Впрочем, эти удары посыпались на головы и ряда учеников Н. И. Вавилова и Н. К. Кольцова, хотя многие из них, как, например, А. С. Серебровский и М. М. Завадовский, давно уже не работали с Н. К. Кольцовым, а создали самостоятельные научные школы и в ряде случаев пошли собственными путями в науке. Но Н. К. Кольцов был лидером, и его делали ответственным за все, в том числе и за ошибки других генетиков – настоящие и мнимые.
   Помимо критики экспериментальной биологии в целом был ряд нападок, адресованных непосредственно Н. К. Кольцову. Так, по поводу представлений о генонеме, как наследственной молекуле и матричном принципе ее образования, что явилось гениальным предвидением, значение которого можно оценить только в наши дни, Кольцова упрекали в том, что он ставит хромосомы и генонему вне обмена веществ. Обмену веществ вообще приписывалась некая почти мистическая роль в характеристике явлений жизни. На самом же деле Кольцов совершенно четко обосновал роль обмена веществ по отношению к хромосоме в статье под названием «Структура хромосом и обмен веществ в них»…