Луи Пастер. Его жизнь и научная деятельность

ГЛАВА III. НОВЫЙ МИР

Оглядываясь, мы видим вокруг себя вечную игру стихий. Ветер проносится, поднимая столбы пыли, крутя увядшие листья, иногда срывая крыши с построек, скашивая целые леса, ломая и сокрушая все, что попадется на пути. Река струится, унося частицы суши, одевая плодородным илом долины, подмывая скалы, перемещая сушу в море в своей неустанной работе. Воды под огнем солнечных лучей поднимаются легким паром в высоту и падают обратно в вечном круговороте, размывая поверхность земную…

Среди вечной борьбы неугомонных сил мертвой природы расцветает жизнь; мириады тварей – ходящих, летающих, ползающих, плавающих, бегающих, прыгающих – живут, копошатся, движутся, дышат, питаются, растут, дряхлеют и умирают.

Эти явления живой и мертвой природы ярки, резки, определенны, они бьют в глаза.

Но, вглядываясь внимательнее, мы замечаем везде и всюду вокруг себя явления иного рода, менее заметные, менее резкие, более темные, загадочные и таинственные,– явления, которые мы связываем с понятиями смерти, разрушения, исчезания, хотя вместе с тем это не игра мертвых сил природы и не кипение жизни: ни жизнь ни смерть – или жизнь и смерть в каком-то непонятном смешении.

Ежегодно земля одевается пестрым ковром трав и цветов; ежегодно они вырастают, расцветают, зреют и умирают, и каждую осень их трупы сплошными грудами покрывают землю. Но приходит лето – мы видим новый ковер цветов и трав, а трупы исчезли. Куда они девались, куда скрылась их груда, которая, нарастая из года в год, должна бы была в несколько лет завалить землю, не оставив места живым?

Мириады всевозможных тварей – зверей и птиц, рыб и гадов, насекомых и червей – околевают ежеминутно, ежесекундно, но трупы их не скапливаются ни на земле, ни в земле. Их нет, они исчезли.

Ежегодно миллионы покойников засыпаются землею на кладбищах – казалось бы, давно им пора наполнить землю, – однако, нет: места живым остается довольно, а кладбища, точно бездонная пропасть, никогда не наполняются. Копните их – вы найдете останки истлевших костей, но их обладатели куда-то исчезли. Иногда и с живыми людьми, животными, растениями совершается что-то странное. Их ткани и органы портятся, гниют, разрушаются, распадаются – с ними происходит то же, что с трупом по смерти человека. Иногда это разрушение останавливается, и жизнь берет перевес – больной “выздоравливает”,– иногда оно распространяется, усиливается и заканчивается уже на кладбище.

Все продукты, все отбросы живых существ обнаруживают такие же, по-видимому беспричинные, изменения. Молоко киснет, вино горкнет, квас бродит и выдыхается, навоз тлеет и гниет, и если предоставить эти явления их естественному течению, они приводят к тому же финалу, какой постигает трупы растений и животных. Вино превращается в уксус, уксус исчезает – остается в конце концов грязная вода с щепоткой золы. Сложное распадается на простое, продукт, созданный жизнью, возвращается к мертвой материи, вместо сложных комбинаций вещества, порожденных игрою творческих сил жизни, мы находим воду, землю, воздух.

Эти явления связаны с разрушением всего живого, они невольно приводят нам на язык слово смерть — однако мы замечаем, что и жизнь связана с ними теснейшим образом. На разлагающихся останках вырастают цветы и травы; не будь этих останков, земля превратилась бы в бесплодную пустыню, исчез бы веселый растительный покров, а с ним – и шумный мир животных. Не будь умирающих, не было бы рождающихся; не будь разложения, не было бы развития.

Эти явления поражают живые тела и их продукты – органические вещества, но не оставляют в покое и мертвой природы. Горы и скалы подвергаются странному недугу– они гниют и тлеют, разрушаются и разъедаются, как старый сыр. Почва, земля – “бездушный прах” – изменяется, поднимается и опадает, как бродящее тесто; она “спеет”, по выражению хозяев, становится из бесплодной – плодородною и отдает свои элементы растениям. Смерть оплодотворяет землю, смерть заставляет ее служить жизни.

С этими явлениями издавна связаны слова: “брожение”, “разложение”, “гниение”.

Они – эти явления – разнообразны до бесконечности, но есть между ними что-то общее, неуловимое и неопределимое, – и люди заметили это уже давно.

Понятия, связанные с перечисленными выше терминами, никто не мог бы строго разграничить. Что такое брожение? Что такое гниение? Что такое разложение? Это – различные формы одинакового по существу процесса, который совершается и в могиле, и в почве, и в пивоваренном чане, и в крынке с молоком, и в организме, пораженном заразной болезнью…

Вот как можно охарактеризовать общий результат этих явлений:

Та масса вещества, материи, которая в каждый данный момент является перед нами в виде бесчисленных организмов, их продуктов, их выделений, их отбросов, в бесконечно разнообразных сочетаниях, формах, видах, – вечно исчезает, скрывается от наших глаз, чтобы снова вернуться в виде новых сочетаний и форм. Куда она девается и как возвращается?

Какие законы управляют этим процессом? Кто, какие силы действуют в этом мире явлений, охватывающем такие грандиозные процессы, как ежегодное обновление растительного покрова земли, и такие мелочи, как скисание молока в крынке? И как они действуют, эти силы? И нельзя ли подчинить их нашей власти, заставив их служить нам, оборониться от них, когда они грозят нам бедой?

На эти вопросы не было ответа до Пастера. На эти вопросы он дал нам ответ. Он отдернул завесу, скрывавшую от нас этот загадочный мир, проник в область явлений, смежных с жизнью и смертью, с мертвой и живой природой, нашел виновников этих явлений, овладел ими, научил нас обороняться от них и заставлять их работать для нашей пользы.

Он объяснил проблему высокого философского интереса – вопрос о связи между живой и мертвой природой, – и он же дал техникам, заводчикам, докторам рецепты и методы для достижения житейских, практических целей.

До него мы знали неорганический, мертвый мир, мир стихий. Его законы исследовались многими учеными и мыслителями, среди которых особенным блеском окружено имя Ньютона.

Мы знали мир животных и растений, тоже подвергавшийся тщательному изучению со стороны многих исследователей, среди которых ярче всех сияет имя Дарвина.

Но оставался еще третий мир – мир существ, стоящих на рубеже между жизнью и смертью и служащих посредниками между живой и мертвой природой. Его мы не знали, он был одет мраком, в котором беспомощно блуждали ученые, пока Пастер не озарил его ярким светом, прибавив третье имя к двум вышеназванным.

На это он потратил более тридцати лет неустанной, непрерывной работы. Много тысяч опытов потребовалось для доказательства того, что было угадано после первых же работ. С самого начала он предвидел – и в этом его гениальность как мыслителя – отдаленнейшие результаты и последствия своего основного принципа. В работах о брожении он уже высказывает уверенность, что его исследования приведут к познанию природы болезней: задача, решенная тридцать лет спустя. Ум мыслителя опередил руки экспериментатора. Ум связал явления, происходящие в крынке с киснущим молоком или в бутылке с уксусом, с явлениями повальных болезней, гангрены, гниения трупов… Он понял, что объяснить процесс, происходящий в банке с уксусом, – значит найти ключ к разгадке целого мира явлений.

Итак, вскоре после переселения в Лилль Пастер взялся за изучение процесса брожения.

В то время суть этого процесса оставалась темной.

Химическая сторона его была известна более или менее: знали, что под влиянием брожения сложное органическое вещество, например сахар, распадается на более простые, например спирт и углекислоту.

Но что служит причиной этого распада? Она оставалась неизвестной.

Господствовавшая теория Берцелиуса и Либиха разбивала процессы брожения, гниения, разложения на две главные группы. В одних веществах брожение начинается от соприкосновения с кислородом. Кислород воздуха действует на органическое вещество, соединяясь с некоторыми из его элементов. От этого нарушается равновесие между остальными элементами, и вещество начинает распадаться.

“До соприкосновения с кислородом составные части вещества остаются рядом, не оказывая друг на друга никакого влияния; кислород нарушает состояние покоя, равновесие притяжения, связующего элементы в частице вещества; вследствие этого нарушения происходит распадение, новое распределение элементов” (Либих. “Химические письма”).

Но есть и такие вещества, которые не могут разлагаться от простого соприкосновения с кислородом. Им нужен более сильный, более энергичный толчок. Этот толчок сообщают им вещества первой группы.

Например, сахарная вода не забродит от одного соприкосновения с воздухом. Но внесите в нее немного гниющего вещества,– она начнет бродить, и раз начавшееся брожение будет идти “само собою”. Такую же роль играют дрожжи, ферменты. Внесите дрожжи в сусло: они начнут разлагаться; это разложение даст толчок суслу (то есть содержащемуся в нем сахару), которое в свою очередь начнет бродить.

Гниющее вещество действует в этом случае своим присутствием, силой “контакта”, соприкосновения, или, по терминологии Берцелиуса, “каталитической” силой. Распадаясь само под влиянием кислорода, оно расшатывает соседние частицы сахара.

Процессы распада сложного органического вещества от простого соприкосновения с воздухом – это и есть, собственно, процессы гниения (трупов, срубленного дерева, навоза и прочего); а распадение под влиянием гниющего вещества – это будет, собственно, так называемое брожение, например спиртовое, молочнокислое и прочее.

Гниение можно определить химически как медленное горение: тут элементы распадающейся сложной частицы соединяются с кислородом, окисляются.

Брожение может заключаться в простом распадении сложной частицы (например, частица сахара распадается на две частицы молочной кислоты или на спирт и углекислоту), а также и в окислении (например, уксуснокислое: спирт окисляется в уксусную кислоту). Но и в том, и в другом случае процесс начинается только вследствие “соприкосновения с гниющим веществом; это гниющее тело называют ныне ферментом” (“Химические письма”).

На практике вещества обеих групп большею частью смешаны. Например, в молоке есть казеин и сахар. Казеин, азотистое вещество, начинает разлагаться от простого соприкосновения с кислородом и дает толчок сахару, который распадается, образуя молочную кислоту. В вине есть белковое вещество и спирт. Белковое вещество разлагается от соприкосновения с кислородом и дает толчок спирту, который тоже начинает окисляться, превращаясь в уксусную кислоту.

Процесс брожения, как мы видим, чисто химический; жизнь тут ни при чем; он возбуждается действием кислорода: непосредственным (гниение) или при посредстве другого вещества (собственно брожение).

Эту теорию, довольно складную и стройную, Либих развивал, изменял, “приспособлял” к новым открытиям с той же гибкостью ума и силой диалектики, защищал с тем же остроумием, страстностью и упрямством, какие обнаруживал он во всех своих теориях, верных и ошибочных.

Мы привели цитаты из “Химических писем”, относящихся к 1859 году, когда теория Либиха господствовала, хотя уже была опровергнута. Опровергнута Пастером, который при первых же шагах убедился, что брожение не химический, а биологический процесс, что оно связано с жизнью, вызывается живыми существами и без них не может совершаться. Мысль эта высказывалась и раньше: Тюрпеном в 1838 году, Мичерлихом и Каньяр-Латуром в 1828 году, вероятно и в более отдаленные времена, быть может еще в классической древности, если порыться хорошенько в старых фолиантах.

Но эти догадки оставались бесплодными и с появлением контактной теории были заброшены как “научно-поэтический бред”, по выражению Берцелиуса. Ко времени Пастера контактная теория утвердилась в науке.

Немудрено: мнения Каньяр-Латура или Тюрпена противоречили очевидности, опровергались бесчисленными, повседневными фактами, явлениями, которые всякий может видеть и наблюдать. Во-первых, есть случаи брожения, при которых мы не замечаем никаких ферментов, никаких дрожжей. Таковы, например, все случаи собственно гниения.

Во-вторых, даже там, где дрожжи необходимы, они могут быть заменены любым азотистым веществом, несомненно “мертвым”: белком, казеином, рыбьим клеем, мясом и прочим. Бросьте в сахарную воду немного яичного белка, клочок мяса – брожение начнется, хотя и не так быстро и энергично, как от дрожжей. Прибавьте в разведенный спирт свекловичного сока: спирт начнет бродить, превращаясь в уксусную кислоту. Не ясно ли, что наличие фермента – ни при чем в процессе брожения. Пусть будут дрожжи – растение, грибок, живой организм, как доказал Каньяр-Латур, – но раз они могут быть заменены яичным белком, свекловичным соком и тому подобным, то значит, они действуют просто как разлагающееся вещество.

Эти факты приводятся в тогдашних учебниках химии (например, Тенара, Распайля, Мичерлиха) как незыблемая основа химической, или контактной, теории брожения.

Кроме того, теория Либиха подкупает своей гармонией с наглядной, внешней стороной процесса. Она согласуется с нашими впечатлениями. Мы видим, что щепотка дрожжей, брошенная в чан с тестом, заставляет всю эту массу пучиться, подниматься, изменяться, киснуть, выделять газы. Результат так внушителен, а причина так мизерна, что мы невольно склонны придавать ей только роль толчка. Нам кажется, что тесто – или сусло, или брага —“сами” бродят, раз получив толчок.

Еще: во время брожения (пива, вина и прочего) образуется грязный осадок. Он появляется после начала брожения и кажется нам отбросом – продуктом, следствием этого процесса; наблюдение говорит против того, кто усматривает в этом осадке причину, виновника брожения.

Еще: в разлагающемся веществе появляется всякая нечисть: плесень, муть, грибки, инфузории. Опять-таки, они появляются после начала гниения, порождаются – с виду – гниением; на этом факте была даже основана целая теория “самозарождения”.

Пастер в возрасте 43 лет в годы работы над проблемой самозарождения.

Это согласие теории с фактами, по-видимому, прочно установленными, равно как и с повседневными наблюдениями, обеспечило ей торжество и живучесть. Идти против нее – значило “идти против очевидности”. И немало пришлось работать и воевать Пастеру, пока он доказал ученому миру, что эта очевидность – такой же обман чувств, как движение светил по голубому своду неба, тоже “очевидное”.

Он начал свои исследования с молочнокислого брожения. Оно заключается в превращении сахара в молочную кислоту и происходит при скисании молока (молочный сахар превращается в кислоту, под влиянием которой казеин молока свертывается), при заквашивании капусты, свеклы, огурцов, различных кормов и сена (“силосованные” корма). Оно может происходить и в пивном или винном сусле, где при нормальном ходе брожения сахар распадается на спирт и углекислоту под влиянием дрожжевого грибка. При известных условиях, дающих перевес другим грибкам, сахар может образовать молочную кислоту, масляную кислоту и другие, отчего сусло портится.

При молочнокислом брожении получается осадок в виде мутной, серой, грязной массы. В ней трудно что-нибудь разобрать при помощи микроскопа, и на первый взгляд она кажется отбросом, побочным продуктом брожения.

Заподозрив в ней причину этого процесса, Пастер проверил свое предположение опытом.

Он перенес частицу сероватой слизи из осадка в жидкость, специально приготовленную, чтобы служить питательной средой для предполагаемого фермента. Посеянная в ней частица слизи немедленно начала действовать, началось брожение и образовался осадок, в котором уже легко было различить с помощью микроскопа организованный фермент в виде маленьких округлых телец – бактерий молочнокислого брожения.

Посеянный в соответственную жидкость, этот микроорганизм всякий раз вызывал в ней молочнокислое брожение, длившееся, пока он оставался живым, развивался, размножался и действовал на окружающую среду.

Эти опыты были первыми опытами искусственного изолирования и культивирования микробов, – первым шагом бактериологической техники, так далеко ушедшей в настоящее время.

Далее Пастер изучил маслянокислое брожение, при котором сахар превращается в так называемую масляную, или бутировую, кислоту, и убедился, что оно возбуждается своим особым ферментом: бактерией маслянокислого брожения.

Изучил брожение виннокислое; брожение спиртовое, при котором сахар распадается на спирт и углекислоту; брожение уксусное, при котором спирт превращается в уксусную кислоту,– оно оказалось результатом деятельности грибка Mucoderma aceti, известного уже давно: он развивается при уксуснокислом брожении, но его считали случайным паразитом, а не виновником и автором всего процесса.

“Брожение – процесс, соотносительный жизни и организации дрожжевых телец, а не разложению и гниению этих телец; равным образом это не явление соприкосновения, при котором превращение сахара совершается в присутствии фермента, ничего ему не давая, ничего от него не получая”, – так резюмировал Пастер свой первый “мемуар” о спиртовом брожении в 1857 году.

Работая над уксуснокислым брожением, он произвел знаменитый опыт, окончательно разбивший старые воззрения. Уксуснокислое брожение было главной опорой химической теории. Оно считалось наиболее исследованной формой этого процесса. “Мы-то думали, – иронически замечает Либих по поводу работ Пастера, – что сущность уксуснокислого брожения выяснена досконально и заключается в простом окислении спирта. Толчок этому окислению дает присутствие гниющего белкового вещества, а грибки и вибрионы господина Пастера являются уже в бродящей, разлагающейся жидкости. Господин Пастер перевертывает роли, смешивает причину со следствием. В вине есть белковое вещество, – и вот вино, при доступе воздуха, скисается: его спирт превращается в уксусную кислоту. Не будь в нем белкового вещества – не было бы и скисания. Вот доказательство: разведите спирт водой и держите его сколько угодно на воздухе – брожения не будет. Прибавьте в него гниющего белкового вещества – брожение начнется: спирт станет превращаться в уксус”.

Пастер доказал, что разведенный спирт превращается в уксус без всякой примеси белкового вещества: нужно только подбавить к нему аммиака и минеральных солей (необходимых для развития грибка) и внести микодерму: она начинает развиваться, разрастаться, превращая спирт в уксус.

Наоборот, если убить зародыши микодермы в вине нагреванием до 60° – брожения не происходит. Но, может быть, нагревание изменило свойства белкового вещества, находящегося в вине? Нет, потому что стоит внести в то же вино микодерму или даже просто оставить его в соприкосновении с воздухом (в котором почти всегда найдутся зародыши микодермы) – брожение начнется.

Так же и дрожжевой грибок: в сахарной воде, содержащей немного аммиака и золы, без малейших следов белкового вещества, он начинает развиваться и разлагать сахар на спирт и углекислоту. Словом, грибок должен найти в данной среде питательные вещества (азот и минеральные соли), необходимые для его развития. В какой форме – неважно: белок, клейковина, гнилое мясо или минеральные соли (аммиак и зола) – лишь бы годились в пищу микроорганизму. Без пищи он развиваться не может, и брожения не происходит, что и понятно, раз “процесс брожения – явление, вызываемое микроорганизмами, сопровождающее жизнь и деятельность микроорганизмов” (Пастер).

Луи Пастер.

Бесконечно разнообразные формы брожения, гниения, разложения вызываются бесконечно разнообразными формами грибков, бактерий, вибрионов; для каждого процесса есть свой специфический микроорганизм; но без микроба нет брожения.

До какой степени эти взгляды противоречили установившимся воззрениям и казались фантастическими, видно из замечания Либиха, высказанного уже в 1870 году в брошюре о брожении.

“Исследования Пастера, – говорит Либих, – приводят к тому, что главное, то есть явление общее всем этим процессам, упускают из вида, просматривают; исследование дробится на возню с чистейшими деталями; дошли до того, что в каждом из этих бесчисленных процессов отыскивают отдельную причину, и для большинства их в самом деле нашли особые виды грибков или даже животных, как и для болезней, для холеры и прочего, а кульминационный пункт, до которого мы благополучно добрались – тот, что становится совершенно непонятным, как еще может существовать органический мир, окруженный такой массой врагов. Когда мы спрашиваем у исследователей, вооруженных микроскопом, что же такое собственно фермент молочнокислого, масляного и других брожений, то получаем в ответ название грибка!”

Мы заглянули вперед. Не одна тысяча опытов потребовалась Пастеру, чтобы развить и незыблемо обосновать свое учение о брожении. Долго ему приходилось отбиваться от нападок и насмешек защитников старой теории, высмеивавших и вышучивавших “грибки и вибрионы господина Пастера”. Но он разбивал их шаг за шагом, не оставляя без фактического опровержения ни одного аргумента, ни одного утверждения противников. Утверждали, будто кислород – истинный агент всякого брожения; он показал, что есть брожения, которые совершаются без участия кислорода, например виннокислое; а есть и такие, которым присутствие кислорода только мешает, например маслянокислое. При этом он сделал мимоходом капитальное открытие, показав, что существуют две группы микробов: одни, аэробы, живут и развиваются при доступе воздуха, не могут обойтись без кислорода; другие, анаэробы, развиваются только в отсутствие кислорода, который действует на них как яд.

Утверждали, будто есть брожения, происходящие без всяких ферментов, – он нашел эти ферменты, не замеченные прежними исследователями.

Утверждали, будто фермент может быть заменен любым азотистым веществом; он, в упомянутых уже опытах, разбил этот сильнейший аргумент противников, показав, что если с азотистым веществом не будет внесен или из воздуха не попадет в жидкость микроб, – то брожения не будет.

Варьируя до бесконечности свои опыты, побеждая бесчисленные затруднения, изолируя и культивируя грибки, бактерии, ферменты (задача адски трудная в то время, когда к этим бесконечно малым, неуловимым, но всюду забирающимся, куда их не просят, существам и подступиться не умели!), расследуя и воспроизводя от начала до конца каждый отдельный процесс в его чистом виде, – работал Пастер над брожением, завершив свои исследования в этой области только в 70-х годах. Но еще задолго до завершения этих работ и их практических применений, преобразовавших технику виноделия, пивоварения и прочее, он поставил себе ряд новых вопросов, логически развивая свою основную идею, и присоединил их к исследованию вопросов о собственно брожении.

Первые же работы о молочнокислом, спиртовом, винном брожении заставили его сделать новый шаг в развитии своих взглядов – самый важный и решительный в его ученой деятельности, после которого дальнейший путь стал ему ясен и очевиден со всеми своими разветвлениями.