אטיין-ז'ול מארה

ביוגרפיה

מארה נולד בעיר בון (Beaune) שבחבל בורגון. הוא היה בנם היחיד של מרי-ז'וזפין ברנאר וקלוד מארה, מנהל משק ביקב המפורסם של בושאר ובנו (Bouchard Père et Fils). אמו רצתה שבנה יהיה כומר, ואילו אביו שאף שיהיה לרופא. מארה הצעיר לא הראה עניין או התלהבות באף אחד מתחומים אלו, אלא דווקא במכונות ובמכניקה. הוא התבלט כגאון מכני, וכבר כילד בנה ושכלל מכונות מורכבות, וייצר לחבריו צעצועים ממוכנים מכל הבא ליד.
את לימודיו החל בשנת 1838 בקולֶז' מוֹנז' (Monge). מארה היה תלמיד מצטיין וזכה בפרסים רבים, למרות נטייתו לחלום בהקיץ. בשנת 1848 עבר ללמוד בדיז'ון, שם קיבל תעודת בגרות (baccalauréat) עם ציון לשבח. למרות רצונו להמשיך ללימודים גבוהים באקול פוליטכניק, נעתר לרצון אביו והחל ללמוד רפואה בפריז בשנת 1849. גם בלימודי הרפואה הצטיין מארה, והפתיע את מוריו ואת עמיתיו לספסל הלימודים בגישתו המקורית למחקר הרפואי, וביישום יכולותיו המכניות וההנדסיות בתחום המחקר.
מארה עסק בעיקר בתחום הקרדיולוגיה ובחקר מחזור הדם, ויכולותיו וגישתו המכניסטית הביאו לתוצאות מידיות ודרמטיות. הוא החל לפרסם מחקרים עוד בטרם סיים את הכשרתו כרופא. עבודת התזה שלו עסקה בחקר "מחזור הדם במצב נורמלי ופתולוגי", והוא הגן עליה בהצלחה ב-4 במרץ 1859, בהיותו בן 29.
ואולם, מארה נכשל במבחן האַגרֶגסיון (agrégation, מבחן תחרותי שעל-פיו נקבע מי יקבל משרות הוראה במערכת החינוך הציבורי) ולפיכך לא יכול היה לקבל משרת הוראה בפקולטות לרפואה. אי לכך, פתח קליניקה צנועה בפריז, אך גם בה לא צלחה דרכו, ועל אף שניסה במשך שנים למלא אחר ציפיות אביו, נטש לבסוף את הרפואה ופנה לקריירה אקדמית ומחקרית. מסלול זה הוביל אותו לבסוף לחידושים מדעיים רבים ולזכייה באותות הכבוד הגבוהים ביותר בחברה הצרפתית.
מארה בחר במחקר פיזיולוגי של התנועה, שאותה החשיב כמאפיין המרכזי של החיים. מחקריו בתנועה בפרט ובפיזיולוגיה בכלל תרמו לשדה שהיה בחיתוליו עד אותה עת: המצאה ופיתוח של מכשירים ליצירת ייצוג גרפי של תנועות בתוך הגוף. בעזרת המכשירים שהמציא הרכיב מארה מחדש, באופן אנליטי, את התנועה, ויצר שפה חדשה לייצוג זמן ותנועה. מארה כונן מערכת גרפית שהפכה למקור מכשירים גרפיים דוגמת הקרדיוגרף (מכשיר הרושם אלקטרוקרדיוגרם), אוסצילוסקופ, אנצפלוגרף (הרושם אלקטרואנצפלוגרם) וכדומה, שעליהם נסמכת הרפואה המודרנית גם במאה ה-21.
כשהחל מארה את מחקרו לא היו בנמצא כמעט מכשירים ששימשו למחקר פיזיולוגי, והיו רק משרות מחקר מעטות בתחום. לכן היה על מארה להקים בעצמו את מעבדתו ולהמציא את כליו. את מכשיריו הראשונים פיתח עוד כסטודנט. כך, בשנת 1859, פיתח רושם דופק בשם ספיגמוגרף (sphygmogaph), שאומץ על ידי רופאים מומחים והקנה למארה יוקרה ותנאים להמשיך לבנות את מעבדתו. המעבדה מוקמה תחילה ברחוב קיווייה (Rue Cuvier) ואחר-כך ברחוב דה ל'אנסיֶין קומדי (Rue de l'Ancienne Comédie) מספר 14, בבית שהיה שייך בעבר למולייר. המעבדה חולקה לכמה אגפים: אגף פיתוח מכשירים, אגף למחקר יישומי בעזרת המכשירים, אולם הרצאות ועוד. הצלם פליקס נדאר, שביקר במעבדה, תיאר את מארה מוקף "בסדר מופתי יפהפה ... בינות מכונות ומכשירים מדעיים מכל הסוגים, מהם קלאסיים או כאלו שהגה אך אתמול - כלים חדשים עבור מדע חדש". בשנת 1880 העביר שוב את מעבדתו לשדרות דֶלֶסֶר (Boulevard Delessert) שברובע השישה-עשר היוקרתי של פריז, ורכש בנוסף וילה בפאתי נאפולי, שם עבד בחודשי החורף.
חידושיו והמצאותיו העלו את קרנו בקרב רופאים ומדענים, ומארה זכה להכרת הממסד המדעי. בשנת 1867 התמנה לאסיסטנט של פייר פֶלוּרנס (Pierre Flourens), פרופסור בקולז' דה פראנס, ולאחר מותו באותה שנה, נבחר מארה להחליפו ומונה לראש הקתדרה לחקר הטבע של גופים מאורגנים. בשנת 1872 נבחר לאקדמיה לרפואה, ובשנת 1878 נבחר לאקדמיה למדעים. ב-1882 הקימה עיריית פריז מרכז פיזיולוגי עבורו ביער בולון. בשנת 1884 נבחר לראשות האגודה לניווט אווירי, וב-1893 לראש החברה הצרפתית לצילום (Société Française de Photographie). בשנת 1895 נבחר לראשות האקדמיה למדעים, וב-1900 לראש האקדמיה לרפואה. ב-1896 זכה באות לגיון הכבוד הצרפתי.
מארה נחשב לאדם נעים הליכות, ידיד נאמן לחבריו, לאדם סקרן ורגיש. עם זאת, לא היסס למרוד במוסכמות, למשל כשיצא נגד מנהגו של מורהו, קלוד ברנאר (Bernard), לבצע ניסויים בבעלי חיים. רק מעט ידוע על חייו הפרטיים של מארה, משום שהוא ציווה להשמיד את כל מסמכיו האישיים עם מותו. עם זאת, ידוע שהיו לו שני ילדים לא-חוקיים, בן ובת, מנשים שונות. בתו, פרנצ'סקה, הייתה לו בת לוויה נאמנה, ובזרועותיה נפטר ב-15 במאי 1904. על מותו התאבלו רבים בעולם המדעי ברחבי העולם. נשיא הרפובליקה השלישית, ריימון פואנקרה ספד לו, כעשור לאחר מותו: "אני זוכר עדיין את קהל המאזינים המכושף, שנדחק לאמפיתיאטרון של הסורבון, כדי להקשיב למארה מסביר בכשרון רב את המכניזמים של החיים, את חוקי הריקוד העתיק והחדש, את תנועת החיות, את שחיית הדגים, דילוג הסוסים, מעוף הציפורים והחרקים. המדע שלו הפך לנגיש עבור הציבור הפריזאי. הוא מעולם לא ניסה להרשים את מאזיניו בתרומה העצומה שתרם לפיזיולוגיה ולמדע".
עם תלמידיו נמנה האנדוקרינולוג והפיזיולוג אז'ן גלה.
על שמו של מארה נקרא המכון שבו עבד ביער בולון, וכן רחוב ברובע העשרים של פריז.

מחקרי התנועה של מארה

מארה היה בין המדענים הראשונים שחקרו את תנועתם של יצורים חיים ואת תנועתם של חומרים. הוא האמין שאין צורך בפיתוח מערך חוקים ייחודי להבנת פעולת גופים חיים: "חוקי המכניקה", כתב, "ישימים לתנועה החיה". מארה חקר את מחזור הדם בגוף, את פעימות הלב, את הנשימה, את פעולת השרירים, ואת הדרך שבה נע הגוף באופן מקיף. יותר מכל שאף מארה להפוך את עולמנו לנראה לעין; רק כך, האמין, ניתן יהיה למדוד אותו, ורק דרך מדידתו ניתן יהיה להכירו. החל משנות החמישים של המאה ה-19 החל לבנות ולהמציא מכשירים גרפיים שונים לצורך רישום שינויים שהתחוללו בגוף, מכשירים שפעלו, לדעתו, על בסיס אותם עקרונות לפיהם פעלו הגופים אותם בדק. מכשירי הרישום הללו אפשרו לו לעקוב ולפקח אחרי תנועות נסתרות בתוך הגוף, ולהפוך אותן לרישומים שניתן לפענחם, שאותם כינה "שפת החיים עצמם". המכשירים הורכבו מממברנות, מצינורות גומי, ממחטים ומצילינדרים. לתפיסתו של מארה, ניתן להבין את הגוף עצמו כמכשיר הדומה למנגנונים שבנה, כלומר, כמערכת של צינורות, משאבות, מנופים, שסתומים וגלגלות, המסודרים כך שינצלו אנרגיה באופן יעיל. על אף שהם נראים פשוטים לבני ימינו, מכשירים אלו אפשרו רישום מדויק ראשון של הדופק, הנשימה והתכווצויות השרירים. המכשירים תרגמו תנועות שונות לביטויים גרפיים רציפים, דוגמת קו העולה ויורד עם כל פעימת לב. העקומות המפותלות שנוצרו במכשירים אלו הביעו באופן פיזי את משך התרחשות התנועה, ואפשרו למארה לבחון את היחסים בין זמן לחלל, שהם מרכיביה של כל תנועה. בעזרת מנגנונים מתווכים אלו רגע התנועה לא היה עוד רגע מבודד וחולף, אלא הפך לרציף ומתועד.
בעזרת מכשיר מיוגרף (myograph) הצליח מארה לשדר ולרשום את תנועות השרירים של צפרדע על גבי גליל מושחר. מארה ציין בפרסום המחקר עד כמה נדהם מתוצאות הרישום, משום שהתנועות "היו כה מהירות עד שלא ניתן להבחין בהן בעין, ובכדי להעריך כהלכה את מאפייניהן, חובה להיעזר במנגנונים מיוחדים. רק מנגנוני רישום יכולים לספק צורך זה, שכן הם מוסרים בצורה אמינה את כל שלבי התנועה שמועברים אליהם..."
מכשיריו של מארה הראו באופן גרפי פעולות ותנועות שקשה היה לראותם בעין בלתי מזוינת, ולעיתים תנועות שכלל לא היו נגישות לחושים. במקרה השני, אמצעי הרישום אינם משפרים את הראייה האנושית, אלא מייצרים מידע בעל מעמד עצמאי - כלומר, מידע שלא ניתן להעריכו בנפרד ממכשיר הרישום, ולהשוות אותו לידע קודם שמקורו בראייה או במישוש. חוסר התאמה זה בין המידע שהפיק לבין החושים האנושיים הביא את מארה לתפוס את מכשיריו כ"חושים חדשים": "לא רק שמכשירים אלו נועדו לעיתים להחליף את הצופה, ובמקרים אלו לבצע את תפקידם בעליונות שאין עליה עוררין; אלא יש להם תחום משל עצמם בו דבר לא יכול למלא את מקומם. כשהעין מפסיקה לראות, האוזן לשמוע, המגע לחוש, או כשחושינו נותנים לנו מראות שגויים, מכשירים אלו הם כמו חושים חדשים בעלי דיוק מעורר השתאות".
לשם אימות תוצאות רישומיו המציא מארה מודלים מכניים שהעתיקו את התופעה שניתח: מערכת מחזורית מכנית, לב וריאה מלאכותיים, ציפור מכנית שיכלה לעוף, וחרק מלאכותי שברירי שהדגים את תנועתו של חרק וכן את צורת המספר שמונה שהוא יוצר במעופו. לשם לימוד תנועות האדם והסוס, שאותן החל לחקור בסביבות שנת 1870, הכין איורים על-פי הסימונים הגרפיים שיצרו מכשיריו, והרכיב את התנועה בהילוך איטי בעזרת מכשיר זואטרופ (פיתוח מאוחר של מכשיר הפנקיסטוסקופ). מארה היה אחד המדענים הראשונים שהבינו את חשיבות הצעצוע האופטי, שהמציא הפיזיקאי הבלגי ג'.א. פלאטו בשנת 1833. שני המכשירים ניצלו את חוסר יכולתה של העין האנושית לקלוט את הרגע המפריד את מקטעי התנועה המהירה של אובייקט, אם מקטעים אלו עוברים לפני העין במהירות העולה על 1/16 של השנייה.
הזואוטרופ של מארה אישש עבורו את אחת התגליות החשובות שגילה עם מכשירי הרישום שלו: כשהסוס דוהר ישנו רגע מסוים שבו כל ארבע רגליו מנותקות מהקרקע (ראו כאן). את מסקנותיו פרסם מארה בספרו La machine animale, בשנת 1874. הספר תורגם לאנגלית באותה שנה, והגיע לידיו של לילנד סטנפורד, מושל קליפורניה לשעבר, שעסק בעצמו בניסיון להוכיח, בעזרת הצלם אדוארד מויברידג', שרגלי הסוס ניתקות מהקרקע בעת דהירתו. מחקריו של מארה, ושימושו בזואוטרופ, הביאו את סטנפורד לשנות את ניסוייו ולהשתמש בסוללת מצלמות, במקום במצלמה אחת, מה שהוביל בסופו של דבר להמצאת הכרונופוטוגרפיה.
ואולם, מארה נתקל במהרה במגבלות השיטה הגרפית שלו: היא לא הייתה יכולה לספק את כל המידע שנזקק לו לניתוח מלא של היחסים המורכבים והרבים של גוף בתנועה. מכשיריו דרשו מגע פיזי ישיר עם האובייקט שאת תנועותיו רשמו, ומגע זה שינה, עיוות ואף ביטל חלק מהתנועות שעניינו אותו, במיוחד את תנועות הכנף של ציפור במעופה. כאשר התוודע לשיטות צילום התנועה שפיתח מויברידג', הבין שהצילום הוא הכלי המתאים לרבים ממחקריו.

מארה והמצאת הכרונופוטוגרפיה

מארה אימץ את תחום אנימציית הצילום ופיתח אותה לכדי תחום מחקר נפרד בשנות השמונים של המאה ה-19, "כרונופוטוגרפיה" (כרונוס - זמן ביוונית, פוטוגרפיה - צילום; כלומר, צילום זמן). החידוש המהפכני היה תיעוד שלבי התנועה השונים על-פני משטח אחד.

גילוי הצילום ככלי לחקר התנועה

מארה החל להשתמש במצלמה ככלי מרכזי בניסוייו בעקבות הצלם האנגלו-אמריקאי אדוארד מויברידג', שבעצמו החל את מחקרי הצילום שלו בהשפעת עבודתו המדעית של מארה. מארה לא התעניין במיוחד בצילום עד שראה ב-14 בדצמבר 1878, בשבועון המדע הפופולרי "La Nature", את המאמר "דהירת הסוס מיוצגת באמצעות צילום מהיר". במאמר נכללו תמונותיו של מויברידג', שהציגו סדרת תצלומים של סוסים מדלגים ודוהרים.
מויברידג' עבד כצלם בחוות הסוסים של לילנד סטנפורד משנת 1872. סטנפורד שאף לפתור את חידת דהירת הסוס, ולהוכיח כי ישנו רגע בו כל פרסותיו ניתקות מהקרקע בעת דהירתו. לאחר שקרא את מאמרו של מארה בנושא, שתמך בעמדתו, החליט סטנפורד לפתח מנגנון צילום שייצור עדות מצולמת לרגע שבו כל רגלי הסוס באוויר. מויברידג' נרתם לפרויקט, וביוני 1878 הם הצליחו לפתח מתקן חדשני: סוללת מצלמות שהוצבה לאורך מסלול הדהירה, ותנועת הסוס גרמה להפעלתה, בעזרת מנגנון אלקטרוני. התוצאה הייתה תריסר תמונות שהציגו את מגוון שלבי תנועת הסוס, ואימתה את ההשערה האינדוקטיבית של מארה.
כשראה מארה את רצף התמונות של מויברידג' בעיתון, הבין מיד שהצילום יכול לשמש להרחבת השיטות הגרפיות שלו. המדען הצרפתי התקשה לרשום בעזרת מכשיריו את תנועתן של ציפורים, משום שמכשיריו דרשו מגע פיזי עם אובייקט המחקר, ומגע זה הפריע לתנועת הציפורים. בנוסף, המגע באובייקט המחקר איפשר למבקריו לטעון שמכשירי הרישום שלו משנים את תנועת האובייקט, במקום לתעד את תנועתו הטבעית. מארה כתב למויברידג' מכתב מעל דפי La Nature, בירך אותו על הישגו ושאל אם יוכל לעזור לו עם מצלמותיו בפתרון שאלות שמטרידות אותו בקשר למעוף ציפורים. מויברידג' השיב למארה שצילום ציפורים יהיה משימה קשה, אך הוא ינסה לעשות כמיטב יכולתו. מויברידג' המשיך לפתח את מחקריו בארצות הברית, ובין שני האישים נותק הקשר לזמן מה. לאחר שלוש שנים, בסתיו 1881, בעת שמארה עסק במחקרי התעופה שלו, הגיע מויברידג' לאירופה לסדרת הרצאות על תצלומיו. הוא ניפגש עם מארה, שהזמין אותו לפתוח את סדרת ההרצאות במעונו, ב-26 בספטמבר, בפני אנשי מדע ותרבות מובילים. מויברידג' הציג את תצלומיו באמצעות מכשיר הזופרקסיסקופ שפיתח - מעין מקרן שהנפיש את תצלומיו והציג אותם כתמונות נעות - וזכה לתשואות הנוכחים. מארה התאכזב לגלות שבקשתו לתצלום תנועת ציפורים לא נענתה בהצלחה. מויברידג' הביא איתו תמונה של קבוצת ציפורים עפות שהייתה מטושטשת מדי ולא הציגה את רצף תנועות הכנף. מארה פנה לפיתוח מנגנוני צילום משל עצמו ושכלולם. במהרה הוא הבחין בבעייתיות שבשיטת הצילום של מויברידג': כדי למסור תנועה בצורה מדויקת היה על הצילום להראות "את היחסים שמתקיימים בכל רגע בין המרחק שנקלט והזמן שחולף", דבר שסוללת המצלמות של מויברידג' לא אפשרה.

רובה הצילום של מארה

לאחר שהתוודע לתצלומיו של מויברידג' ולמגרעותיהם, פנה מארה לבנות מצלמה שתציין את הזמן שחלף במקביל לתמונה של תנועת העצם. תוך חמישה חודשים הציג את ה-fusil photographique (רובה הצילום) שלו בפני האקדמיה למדעים בפריז. אז'ן וזל תיאר את רובה הצילום של מארה בשבועון "La Nature", ב-22 במרץ 1879: "ההדק עובד בדומה לרובה, אך במקום להכות בפטיש, הוא פועל על תריס מלבני שחלון מעגלי נוקב במרכזו". "קנה הרובה מורכב מצינור המכיל עדשת מצלמה", הסביר מארה בעת שהציג את המצאתו בפני האקדמיה למדעים; "בגב, מוצמד היטב, מונח גליל אחורי רחב המכיל מנגנון של שעון. כאשר לוחצים על ההדק של הרובה מתחיל המנגנון לפעול, ומניע את כל חלקי המתקן. ציר מרכזי, שמסתובב כתריסר סיבובים בשנייה, מניע את כל חלקי האביזר. החלק החשוב ביותר הוא דיסק אטום שמנוקב חלונות צרים. הדיסק פועל כתריס ומאפשר חדירת אור מהעדשה שתים עשרה פעמים בשנייה, במהירות של 1/720 השנייה כל פעם". מאחורי התריס הונח לוח צילום בצורת עיגול או מתומן, שהסתובב בקצב קבוע. בעת הצילום הוטבעו ברציפות תריסר תמונות בשולי הלוח. מלבד המכניזם המחוכם של הרובה הושגה החשיפה המהירה הודות לרגישות הגבוהה של לוחות ג'לטין ברומיד הכסף ששווקו אז. לוחות יבשים אלו נמכרו לראשונה באופן מסחרי בשנת 1880, וזמינותם גרמה לגל של ניסויים בצילום מהיר ובצילום מדעי של תנועה.
למרות הצלחתו לא היה מארה שבע רצון ממצלמת הרובה, משום שהתצלומים שהפיקה היו מעטים וקטנים מדי, ולעיתים קשים להבחנה. כמו כן, התגלו בעיות טכניות רבות ודחופות במתקן. עם זאת, רובה הצילום סיפק רישום תנועה שונה מהותית מאלה שסיפקו מכשירי הרישום הגרפיים שפיתח קודם לכן. הרישומים הגרפיים לא יצרו תמונות של התנועות שאותן תיעדו, אלא ביטוי גרפי (לרוב קו) נמשך של תנועה, על-פני פרק זמן מוגדר מראש. המצלמה, לעומת זאת, רשמה בתמונות את הצורה החיצונית של התנועה. המצלמה אמנם לא דרשה מגע עם העצם המצולם, אך זאת במחיר קיטוע התנועה ואובדן הייצוג הרציף, הנמשך וה"נוזלי" שלה. על אף שמצלמת הרובה היוותה פריצת דרך חשובה, היא עדיין לא סיפקה את התוצאה שלה קיווה.

מצלמת כרונופוטוגרפיה שבה לוח קבוע

נוכח אכזבתו מ"רובה הצילום" פיתח מארה מצלמת כרונופוטוגרפיה שונה, שבה לוח צילום קבוע (ולא מסתובב כמו ברובה הצילום). מארה הציג אותה לעמיתיו באקדמיה למדעים אחרי שלושה חודשים, ב-3 ביולי 1882. מנגנון זה הורכב ממצלמה רגילה ששונתה קלות וצוידה בדיסק שסובב בעזרת מנוע קפיץ. בדיסק נפער חלון שתפקד כתריס, וניתן היה להגדילו או להקטינו כדי להתאים את זמן החשיפה לעוצמת האור. בזמן הצילום נמצאה העדשה מול הדיסק המסתובב; כאשר עצם נע מול רקע כהה, מיקומו היה שונה בכל פעם שחלון התריס המסתובב חשף את לוח הצילום, כך שדמותו נקלטה בכל פעם במקום אחר על הלוח, ונוצר רצף של דמויות סמוכות האחת לשנייה על פני אותו הלוח. כאשר התריס הוקטן וסיבוב הדיסק היה איטי, התקבלו הדמויות רחוקות זו מזו על גבי לוח הצילום. כאשר התריס הוגדל והסיבוב היה מהיר, התקבלו דמויות קרובות או חופפות זו על זו.
מארה הפעיל מצלמה זו בתחנה הפיזיולוגית שנבנתה לכבודו בפארק דה פראנס שביער בולון. הוא כיסה בבד קטיפה שחור את קירותיו ותקרתו של האנגר בתחנה. אדם לבוש בלבן ומואר באור שמש ישיר הלך, רץ או קפץ, וכל שלבי תנועתו נרשמו על לוח הצילום. כך צילם מארה גם ציפורים במעופן. ואולם, מארה עדיין לא היה מרוצה: תנועות רבות מדי נותרו לא נגישות למחקר הכרונופוטוגרפי; תנועות מסוימות, איטיות מדי, יצרו רק תמונות מטושטשות וקשות לפענוח או לניתוח. בנוסף, בשיטת צילום זו היה עדיין פגם מרכזי: החלל והזמן, שני המאפיינים העיקריים של התנועה, לא יכלו להימסר בהדגשה זהה. כדי שהעצם המצולם ייראה בבירור, היה על מארה לתעד את שלבי התנועה לאט יותר, וליצור בכך רווח גדול יותר בין התמונות; אם רצה להגדיל את מספר התמונות ולקלוט את מרכיב הזמן והרצף ביתר חיות, היה עליו לצלם בחשיפות סמוכות יותר, אך הדבר גרם לתמונות לחפוף ולעלות זו על זו בצורה מבלבלת. "מהלכו הבא היה לפעול נגד היכולת הפנימית של המצלמה לשעתק את כל הפריטים הנראים לעין", מציינת חוקרת הצילום, מרתה בראון, "שכן בדיוק גודש הפרטים שהוקפאו על ידי מצלמתו של מארי הם שהאפילו על מה שביקש לראות – את הביטוי הנקי של התנועה. מארה נדרש לגבור על שכפול התנועה של המצלמה הדומה לראייה הנורמלית. הפעם שינה את העצם, ולא את המצלמה, ומחק את החפיפות המטרידות".
בדצמבר 1882 ביקש מארה מעוזרו, ז'ורז' דמניי (Demenÿ, לימים צלם כרונופוטוגרפיה בזכות עצמו), לקנות עבור המעבדה "שתי תלבושות צמודות לגוף, הדומות לאלו שלובשים ליצנים, האחת לבנה והשנייה שחורה, עם כפפות ונעליים ללא עקבים". מארה הלביש את המצולמים בתלבושת הקטיפה השחורה, ועליה סימן את מפרקי הגוף ואבריו בקווים ובנקודות זוהרים. הואיל והמצולם היה לבוש בשחור, תנועתו בזמן הצילום כמעט ולא נראתה על הרקע השחור; לעומת זאת, הקווים והנקודות הזוהרים שצוירו על הבגד החזירו אור רב, יצרו תמונה על גבי לוח הצילום, והפיקו כך "מסלול שלדים" או "מסלול מקלות" גרפי, שרשם את התנועה בצורה מופשטת וטהורה. הסרת רישום העור והבשר חשפה לבסוף את החלקים הנעים של מכונת הגוף, ויצרה דימוי צילומי חסר תקדים. ניסויים אלו הולידו את הכרונופוטוגרפיה הגאומטרית של הלוח הקבוע. במשך כמה שנים ערכו מארה ודמני ניסויים רבים בהאנגר זה. גברים, אתלטים ומגוון בעלי חיים צולמו בשיטה הכרונופוטוגרפית. בשונה מעמיתו מויברידג', שהרבה לצלם נשים עירומות במסגרת עבודתו, צילם מארה אך ורק גברים, משום שראה בגבר את הארכיטיפ של הגוף האנושי.
תמונות אלו של מארה זכו לפרסום ב-"La Nature" ובעיתונים אחרים, והשפיעו רבות על סגנונות עתידיים באמנות המודרנית.
בסביבות סתיו 1888, שיפר מארה את מתקנו באופן ניכר. ב-29 באוקטובר הציג בפני האקדמיה הצרפתית למדעים את סרט הכרונופוטוגרפיה הראשון שלו שהודפס על נייר: "יש לי הכבוד להציג סרט של נייר רגיש לאור, שעליו התקבלה סדרת תצלומים, בקצב של עשרים תמונות בשנייה".
מארה יצר סרטים קצרים רבים. היו אלה סרטים בהילוך מהיר (60 תמונות בשנייה) ובאיכות מעולה: בקולנוע בהילוך איטי הוא הגיע כמעט לשלמות. מחקריו אודות הדרך לרשום ולהציג תמונות של תנועה תרמו להמצאת הקולנוע. עם זאת, כאשר הוצג הסינמטוגרף של האחים לומייר ב-28 בדצמבר 1895 במרתף ה"גראן קפה" שבבולבאר דה קפוצ'ין שבפריז, הצלחת המתקן הייתה עצומה ותרומתו היסודית של מארה נשכחה למשך כמה עשורים. אין בכך כדי להפחית מתרומתו המהותית של מארה כממציאה של שיטת צילום הכרונופוטוגרפיה על גבי לוח מקובע, צורת ייצוג שהשפעותיה ניכרות גם במאה ה-21 בתחומי האמנות, הפרסום והמדע.

מחקרים מאוחרים

מארה קיווה לאחד בין תחומי האנטומיה והפיזיולוגיה. כדי לפענח טוב יותר את תצלומי הכרונופוטוגרפיה שיצר, אותם השווה לתמונות אנטומיות של גולגולות, מפרקים ושרירים מאותו המין. מארה הכין סדרת רישומים שהראו סוס בעת דהירה, ראשית עם בשר ועור, ואחר-כך כשלד.
מארה למד וצילם תמונות כרונופוטוגרפיות של סוסים, ציפורים, כבשים, חמורים, פילים, דגים, צבים, יצורים מיקרוסקופיים, רכיכות, חרקים וכדומה. יש המכנים את מפעלו זה "גן החיות המונפש של מארה". בנוסף ערך מארה את המחקר המפורסם שהוכיח כי חתולים נופלים תמיד על רגליהם. הוא ערך ניסויים דומים עם תרנגולות וכלבים וגילה שלהם יכולת כמעט זהה. בעזרת הצילום חקר גם את תנועת הגוף האנושי.
בשנת 1890 פרסם מארה את ספרו החשוב "מעוף הציפורים" (Le Vol des Oiseau) שהיה מאויר בתצלומים, תרשימים ואיורים רבים. בנוסף, יצר פסלים מדויקים להפליא של מגוון ציפורים במעופן. בשנת 1894 פרסם את מחקרו החשוב "התנועה" (Le Mouvement). לקראת סוף חייו חזר מארה לחקור תנועה של צורות מופשטות, כגון כדור נופל. עבודתו הגדולה האחרונה הייתה בחינה וצילום של נתיבי עשן. בשנת 1901 הצליח לבנות מכונת עשן בעלת 58 נתיבי עשן. הייתה זו אחת ממנהרות הרוח האווירודינמית הראשונות בעולם.

מכשור, מציאות וראייה במחקרי הצילום של מארה

אחד המאפיינים המרכזיים במחקרי הצילום של מארה הוא שאין להם מקבילה בראייה האנושית והם גם חסרי תקדימים ויזואליים, בהיעדר מכשירי רישום אחרים שיכלו לערוב למידע שתצלומיו הפיקו. במובן זה, תצלומיו אינם משעתקים מידע קיים, אלא מייצרים את המידע שהם מתעדים. כך נוצר קשר מורכב בין התצלום לבין המציאות אותה הוא כביכול מראה. הדמיון למציאות אינו נמדד עוד ביחס לרשמי החושים והראייה, אלא במידת מה, נגד הראייה הבלתי אמצעית.
תפיסת הדמיון של התצלום למציאות במחקריו של מארה מזכירה ניסויים מדעיים אחרים שנעשו בעזרת המצלמה באותה תקופה, כגון תצלומי הזהות שיצר אלפונס ברטיון והתצלומים המורכבים שיצר פרנסיס גולטון, בהם המצלמה לא מתעדת את מה שהעין ממילא רואה, אלא מייצרת מערכת מדידה ותיוק שמגדירה ומחלצת את זהות המצולם (ברטיון) או מייצרת תצלומים סטטיסטיים שמרכיבים יחד מספר רב של דימויים ליצירת טיפוס אידיאלי ממוצע (גולטון). מהרגע בו חצה הצילום את סף הראייה, תצלומים הפכו ליותר מאשר תמונות – הם הפכו למידע (data), וככאלו, המידע שבתצלומים אינו נגזר מהשוואתם למציאות, אלא לתצלומים אחרים. יתרה מזו, לאורך מחקריו טען מארה שמצלמותיו מבצעות בעצמן חלק ממטלות ה"חשיבה" שהיו עד כה מנת חלקו של המדען: "הקשיים עליהם נדרשו גלילאו או אטווד להתגבר כדי לקבוע את חוקיהם יחסכו בעתיד בכל המקרים המקבילים עבור אלו שישתמשו בכרונופוטוגרפיה למטרותיהם". ובמקום אחר טוען כי "מספר גדול של בעיות מכניות שפתרונן בעזרת חישוב יהיה לעיתים קשה מאוד להשגה ימצאו את פתרונן דרך יישום הכרונופוטוגרפיה בתנאים מאוד פשוטים" זאת משום ש: "הכרונופוטוגרפיה מספקת מבחינה ניסיונית את הפתרונות לבעיות שלעיתים קרובות קשה מאוד לפתור בעזרת חישוב". אי לכך, מסיק חוקר עבודתו של מארה, ג'וש אלנבוגן: "בהליכים של מארה, הצילום בו זמנית מייצר מידע שאין לו חלק בראייה שלנו, וכן ממלא חלקית את מקומה של עבודת המדען באספקת עיבוד סיסטמי של המידע. [...] מכשיריו של מארה חדלים מלהיות כמו עוד חוש אנושי, והופכים לחושים שרואים במונחים של חוק"
מארה ספג ביקורת קשה בנוגע לפן זה של שימושו בצילום מהפילוסוף והלוגיקן צ'ארלס סנדרס פֶּרְס, שתרגם לאנגלית את ״היסטוריה של הכרונופוטוגרפיה״ שכתב מארה, ואגב כך כתב עליו: ״זוהי שטות שלא ניתן להגות! בושה לאדם המשכיל. כאילו יכולה הייתה להיות סיטואציה אנלוגית לזו של גלילאו! האם המצלמה עומדת לספק לנו אינטליגנציה וגאונות? האין זה סימן להתדרדרותה של צרפת? האדם הזה חבר במכון [הצרפתי]! די בזה עבורי. איני רוצה לדעת דבר נוסף אודות שרלטן זה״

כרונופוטוגרפיה והמצאת הקולנוע

מחקרי הכרונופוטוגרפיה של מארה היו צעד מרכזי ומהותי בהמצאת הקולנוע. הוא היה הראשון להשתמש במצלמה בודדת כדי להפיק תצלומים על רצועה של סרט רגיש לאור בזמן אמת, מהר מספיק כדי ליצור מחדש אשליית תנועה עבור יותר מצופה אחד בו זמנית. ואולם, כפי שמציינת מרתה בראון במחקרה על מארה, "לא היה לו כל עניין ביצירת אשליה של תנועה, או כל אשליה אחרת, ותעשיית הראווה הגדולה שאנו קוראים לו סרט הקולנוע הושתתה על המוכנות של אלפי בני אדם לשלם עבור התענוג שגורמות האשליות. כך שהיסטוריה אמיתית של הקולנוע חייב לכלול יותר מאשר ההיסטוריה של ההמצאות הטכנולוגיות והמדעיות שסיפקו את החומרים הבסיסיים של הקולנוע. ... עם זאת, מארה היה תורם חיוני, גם אם בלי שהתכוון לכך, להיסטוריה בכללית של התמונות הנעות: המכשירים שפותחו במעבדתו מהוות את הבסיס הטכנולוגי של הקולנוע המסחרי".

מורשתו של מארה

המידע ושיטות המחקר של מארה אומצו על ידי חלוצים בתחומי ידע רבים, והביאו לעיתים לתוצאות משמעותיות. מחקריו על תעופת הציפורים היו בעלי חשיבות לייסוד התעופה באירופה ואמריקה, ובמיוחד עבור ניסוייהם של האחים רייט. תיאורי התנועה האנושית של מארה עומדים בבסיס המדעי של תוכניות אימון גופני של חיילים ואתלטים. הטכניקות הגרפיות, הכרונופוטוגרפיות והסינמטוגרפיות של מארה אומצו ופותחו בידי פיזיולוגים ופסיכולוגים במטרה ליצור את ניהול העבודה המדעי, שהוביל למהפכה בתפיסת מושג הוצאת העבודה לפועל. בתחום ניהול התעשייה המדעי, אמצעי פירוק ומדידת התנועה האנושית של מארה שימשו בארצות הברית להגברת השליטה על התפוקה והיעילות של כוח העבודה. ולבסוף, מצלמת התנועה שפיתח הייתה גורם מפתח בכינון תעשיית התמונות הנעות.
השפעתו של מארה הורגשה במהרה גם בשדה האמנות. כבר בתקופת חייו ציירים ופסלים אקדמיים התייחסו לדימוייו (ולאלו של מויברידג') כמקור סמכותי לייצוג בני אדם וחיות בתנועה. פחות מעשור לאחר מותו, תמונותיו הועתקו ישירות או זכו להד ברור בעבודותיהם של ציירי אוונגרד רבים. ניתן לאתר את השפעתו של מארה, למשל, בציור "עירום יורד במדרגות" של מרסל דושאן משנת 1912, בו מנסה האמן לתאר את יחסי החלל והזמן על הבד. גם האמנים הפוטוריסטים האיטלקיים נשענו על תמונותיו של מארה כבסיס לתיאור דו ממדי של תחושת זמן ודינאמיות.