Евгений Плисов - Научное мировоззрение изменит вашу жизнь. Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя?

Какое же отношение имел факт открытия микроорганизмов к возможности самозарождения жизни? Виталисты уже совсем отчаялись после экспериментов с горшками и мухами, но теперь появился новый, ранее неизвестный, простой и вездесущий объект, который уж точно самозарождается, — микробы. Но как доказать, что микробы не возникают самопроизвольно из воздуха? С этой задачей смог справиться Луи Пастер, один из гигантов микробиологии XIX века. Как в физике есть Ньютон, Фарадей, Тесла, Эдисон, Эйнштейн, так и в микробиологии есть ключевые фигуры, кумиры, так сказать: Левенгук, Пастер, Кох, Мечников, Виноградский и другие. Жизнь Пастера была насыщена открытиями: он показал микробиологическую сущность брожения и многих болезней животных и человека, создал научные основы вакцинации, разработал вакцины против сибирской язвы, куриной холеры и бешенства. Его работы в области строения кристаллов и явления поляризации легли в основу стереохимии. Вы найдете имя Пастера на любом жидком пищевом продукте, поскольку почти все они проходят процедуру пастеризации. Пастеризация — это кратковременное нагревание продукта для того, чтобы убить в нем все вегетативные формы микроорганизмов (которые сейчас активны и размножаются). Пастеризация не убивает споры, но, чтобы спора проросла, часто нужно время или воздействие, например нагревание или доступ кислорода. Чтобы убить споры, продукт нужно стерилизовать (обычно это делают кипячением), но при этом теряются как вкусовые качества продукта, так и полезные. Пастеризация представляет собой компромисс между сроком хранения продукта и пользой.

Луи Пастер не просто так разрабатывал разные технологии — обычно это были бизнес-заказы. Он являлся гениальным и жестким управленцем, бескомпромиссным, но с потрясающим предпринимательским чутьем. Когда к нему обратились за помощью французские производители вина, он не упустил свой шанс. Один из основных товаров на экспорт во Франции ХІХ века — это вино. Впрочем, в современности мало что изменилось. С вином есть проблемы — со временем оно портится и превращается в уксус, а еще «болеет» при длительных транспортировках, поэтому нужен был способ обезопасить вино от таких последствий. Пастер разработал пастеризацию, как бы каламбурно это ни звучало, и до сих пор все вино пастеризуется, что даже улучшает его вкус.

Остается одна проблема — заявления виталистов, что микроорганизмы повсюду самозарождаются. Нет никакого смысла в пастеризации как в методе обеззараживания, если вскоре новые микробы появятся в вине и опять его испортят. Нужно было придумать способ опровергнуть этот фарс раз и навсегда. Пастер сделал это, проведя простой и в то же время гениальный эксперимент. Он взял стеклянную колбу, налил туда дрожжевого экстракта (который по составу похож на мясной бульон), хорошенько прокипятил, а затем, пока бульон горячий, запаял горлышко колбы, чтобы воздух вместе с микробами не попал в бульон. Шли недели, бульон оставался кристально прозрачным, что означало, что микробная жизнь в нем не присутствует. Хитрые виталисты уже знали, что на это ответить: «Луи, мы уже Франческо объясняли, что витал проникает с воздухом! Ты воздух не пустил в колбу, вот и нет микробов». Пастер не растерялся и взял другую колбу, а именно колбу с S-образным горлом. Горло этой колбы похоже на лебединую шею, то есть сперва идет вверх, затем искривляется вниз, чтобы затем снова изогнуться наверх. Таким же образом идут трубы под раковиной, чтобы получился водный замок. Пастер наливал бульон в колбу, кипятил, затем нагревал ее горлышко и горячими щипцами вытягивал его в такую трубку. Такая конструкция позволяет пропускать воздух в бульон с жизненной силой, если она там имеется, а вот микробы оседают на стенках горла и не попадают в бульон. Их, конечно, может задуть в нее с сильным потоком воздуха, но в таких точных экспериментах Патер сквозняков не допускал. Бульон опять стоял прозрачным неограниченное количество времени, что означало, что витал с воздухом никак себя не проявили. После чего Пастер откалывал горлышко колбы или переворачивал ее, чтобы бульон смочил стенки горла с микробами на ней, и в результате бульон благополучно мутнел, пах и подавал все прочие признаки жизни. Так Пастер доказал, что никакой жизненной силы в воздухе нет и даже микробы появляются в этом мире не самопроизвольно, а от материнского микроба. Он даже убедился, что воздух в Альпах чище, чем в Париже: если вы откупорите стерильную колбу с питательным раствором в горах, в нее залетит меньше бактерий, и бульон будет зарастать медленнее, нежели если вы это сделаете на грязных улицах крупного города.

Эксперимент Пастера. 1 — колба с S-образным горлом сохраняет стерильность; 2- горло отколото, стерильность нарушена.

Красивый, элегантный эксперимент. Его противники пытались повторить подобное, но у них бульон зарастал при любых обстоятельствах, что наводило на мысль о подлоге Пастера. На самом деле никакого подлога не было — его оппоненты вместо дрожжевого экстракта в качестве потенциальной питательной среды для бактерий брали отвар сена, что приводило к маленькой проблеме. В сене есть сенная палочка, она же Bacillus subtilis, споры которой способны переживать до нескольких часов кипячения, то есть противники Пастера просто недостаточно стерилизовали бульон. Забавно: если бы Пастер повторил эксперимент так, как требовали его оппоненты, то с получением противоречивых результатов опровержение теории о самозарождении могло затянуться. Однако он не стал менять условия эксперимента — у него было достаточно власти и авторитета, чтобы не поддаваться на провокации. Постановление комиссии Академии наук от 20 февраля 1865 года было сформулировано чрезвычайно корректно: Пастер добился заявленных результатов и доказал возможность создания стерильной среды, а его оппоненты — нет. Так с теорией самозарождения жизни при современных условиях было покончено.

Остается самый важный вопрос: как жизнь появилась в те архейские годы? Первое, что нужно для жизни, — органика. С этим нет проблем, как показали еще в середине XX века Стэнли Миллер и Герольд Юри. Они собрали сложную конструкцию, симулирующую атмосферу и другие условия архейской эпохи. В гигантскую колбу накачали разные газы: водород, угарный газ, аммиак, метан, водяной пар — то есть тот самый замечательный воздух архея. Колбу соединили с сосудом с водой, которую нагревали, то есть пар постоянно циркулировал через систему.

В качестве источника энергии для возможных реакций в колбу подвели электроды, через которые разрядами подавали электрический ток. Таким образом симулировали постоянно бьющие в океан в ту непростую эпоху молнии. Они сверкали в колбе, и вся органика, если она появлялась, попадала в ловушку с холодной водой, оседая на дне конструкции. Оставшаяся вода возвращалась в нагревательною колбу, и цикл замыкался. В результате вся колба покрывается черной вязкой пленкой органики, в которой есть и липиды, и сахара, и предшественники нуклеиновых кислот, и, главное, аминокислоты. В 1950-х исследователям удалось выявить только пять аминокислот из полученной каши. Сейчас же при перепроверке становится понятно, что их там, оказывается, 22, то есть все кирпичики жизни. Такая же органика возникает и в космосе: поверхности многих метеоритов покрыты пленкой из органики, что делает возможным зарождение жизни и на теплом астероиде, хотя вероятность, что это случилось именно там, крайне мала. Эксперимент Миллера-Юри стал еще одним шагом в познании происхождения жизни.