Читать книгу 100 великих научных открытий - Коллектив авторов, Ю. Д. Земенков, Koostaja: Ajakiri New Scientist - Страница 8

Первые жители Земли – микробы – появились 3,9 млрд лет назад, когда на планете практически не было кислорода. Постепенно они заселили все пригодные для жизни ниши – от ледников до гейзеров, а также изловчились создавать колонии внутри крупных организмов. Всего пять столетий назад люди могли видеть лишь доступное невооруженному взгляду, и до XVII в. никто не подозревал, что совсем рядом обитают микроскопические организмы. Человеком, открывшим мир микроорганизмов, стал Антони ван Левенгук (1632—1723).

Антони никогда не думал, что его имя будет стоять в ряду великих ученых. Сын промышленника и торговца из Делфта, он тоже торговал сукном, однако врожденное любопытство постоянно подталкивало его к исследованиям окружающего мира. В течение 20 лет Левенгук осваивал у оптиков искусство обтачивать и шлифовать стекла, посещал алхимиков и аптекарей, выведывая у них тайные способы выплавлять металлы из руд, учился обращаться с золотом и серебром. Голландия всегда славилась мастерами оптики, но Левенгук достиг небывалых успехов. Свои линзы он вставлял в небольшие оправы из меди, серебра или золота, которые сам вытягивал на огне, среди дыма и чада. В итоге его микроскопы, состоявшие всего из одной линзы, получались гораздо сильнее тех, что имели несколько увеличительных стекол. Антони утверждал, что сконструировал 200 приборов – весьма неудобных, зато дававших увеличение до 270 раз.

Разумеется, имея в распоряжении такие микроскопы, Левенгук принялся наводить линзы на все, что попадалось под руку: мышечные волокна кита, чешуйки собственной кожи, овечьи, бобровые и лосиные волоски, которые под стеклышком превращались в толстые мохнатые «бревна». Рассматривая бычьи глаза, Антони восторгался тонким устройством хрусталика. Насадив на тонкую иголочку микроскопа мушиный мозг, с восхищением разглядывал детали этого «чудовищного» органа. Исследовал поперечные срезы разных пород деревьев, изучал семена растений…

В какой-то момент ему пришло в голову направить свою линзу на каплю прозрачной дождевой воды. Впечатленный увиденным, Левенгук написал дочери: «В дождевой воде есть маленькие животные. Они плавают! Они играют! Они в тысячу раз меньше любого существа, которое мы можем видеть простым глазом! Смотри! Ты видишь? Вот что я открыл!»

В 1673 г. исследователь отважился отправить подробные описания и зарисовки своих наблюдений в Лондонское королевское общество – самую авторитетную научную организацию того времени. Письмо под заголовком «Перечень некоторых наблюдений, сделанных с помощью микроскопа, изобретенного мистером Левенгуком, относительно строения кожи, мяса и т. д., жала пчелы и т. д.» удивило и позабавило маститых ученых. Отдельные исследователи и ранее высказывали смутные догадки о существовании каких-то мелких существ, повинных в распространении и возникновении заразных болезней. Но все эти догадки долгое время оставались на уровне гипотез, ведь никто никогда не видел загадочных «зверюшек». А неучу Левенгуку каким-то чудом удалось приоткрыть завесу в неведомый дотоле мир микроорганизмов, которые играют огромную роль в природе и жизни человека.

Несмотря на все сомнения, академики в итоге признали заслуги голландца, и в 1680 г. Королевское общество избрало его полноправным членом. Левенгук стал мировой знаменитостью, однако не остановился на достигнутом и открыл более 200 видов разных микроорганизмов. Позже, в ходе международной экспедиции в Саргассово море, было обнаружено еще около 1800 микробов.

О том, что микробы являются причиной всех инфекционных заболеваний, первым уверенно заявил французский ученый Луи Пастер (1822—1895). «Если бы Пастер жил во времена отдаленной древности, он превратился бы в мифического героя и память о нем была бы окутана ореолом легенд», – писал его ученик, русский микробиолог Н. Гамалея.

Работы Пастера объяснили происхождение инфекционных болезней человека и стали экспериментальной основой асептики и антисептики, разработанных в хирургии Н. Пироговым, Дж. Листером, а также их многочисленными учениками. Пастер открыл возбудителей куриной холеры, септицемии, остеомиелита и пр., а также разработал метод приготовления вакцин путем искусственного ослабления болезнетворных микробов для профилактики инфекционных болезней – метод, которым пользуются и в настоящее время. Последней разработкой Пастера стала вакцина против бешенства, первую прививку которой сделали 6 июля 1885 г. 9-летнему Иосифу Мейстеру.

Лечение закончилось успешно, мальчик поправился, а 27 октября Пастер сделал доклад перед Академией наук о результатах пятилетней работы над изучением бешенства. К Пастеру стали стекаться пациенты, обнадеженные победой над страшной болезнью.

Между тем за сто лет до исследований Луи С. Андреевский ввел себе содержимое сибиреязвенного карбункула от больного животного и доказал, что сибирскую язву у людей и домашних животных вызывает одна и та же причина.

Подобный эксперимент в 1870-х был повторен врачами Одесской городской больницы О. Мочутковским и Г. Минхом, которые хотели доказать, что возбудитель сыпного и возвратного тифа находится в крови больного.

Дальнейшее развитие микробиологии тесно связано с деятельностью немецкого ученого Роберта Коха (1843—1910), чье имя ассоциируется прежде всего с открытием возбудителя туберкулеза. Однако этому открытию предшествовала колоссальная работа. Сначала Кох выделил сибиреязвенного возбудителя в чистой культуре, обнаружил его способность к образованию стойких спор и объяснил, почему вблизи «проклятых холмов» (где зарывали падший от сибирской язвы скот) наблюдается массовая смерть животных, причина которой долгие годы оставалась непонятной. Затем доказал три положения, на основании которых инфекционное заболевание можно связать с тем или иным возбудителем: 1) микроб всегда должен обнаруживаться у больного при данной инфекции и отсутствовать при других; 2) возбудитель каждой инфекции должен быть выделен в чистой культуре в виде определенного микроорганизма; 3) у зараженных чистой культурой животных проявления болезни должны быть аналогичны обнаруженным у исследуемого больного, ведь они обусловливаются одинаковым числом и распределением микробов.

Эти положения привели ученого к поискам возбудителей других заразных болезней. Прежде всего Кох нашел питательные среды, на которых можно было выделить чистую микробную колонию, – такими средами оказались вареный картофель и вещество на желатиновой основе. Затем ученый посеял заразный материал, взятый у 30 умерших от туберкулеза людей, на твердую среду с последующей окраской. После нескольких неудач возбудитель наконец-то вырос из свернувшейся при нагревании кровяной сыворотки. Эксперимент был повторен многократно – и каждый раз с успехом.

Стало ясно, что возбудитель туберкулеза найден, но Коху нужно было еще доказать, что человек заражается только через вдыхание палочек. Для этого ученый закрыл 200 подопытных животных в герметическом ящике и заполнил пространство воздухом с рассеянными живыми туберкулезными палочками – в итоге все подопытные погибли от туберкулеза.

В июле 1884 г. на медицинской конференции в Берлине Кох доложил о результатах своей экспедиции в Индию. Там он обнаружил палочки холеры не только у больных, но и в водах Ганга, куда сбрасывали трупы умерших от недуга. В награду за свое открытие ученый получил 100 000 марок и почетный орден.

Наконец, в 1892 г. русский ученый Д. Ивановский открыл вирусы – доклеточные организмы, неспособные размножаться вне живых клеток.

В ХХ в. американские исследователи нашли в пробах льда, взятых в Гренландии на глубине 3000 м, многочисленные колонии микробов – всего около 40 видов. Их возраст составлял не менее 120 000 лет. Некоторые из них, попав в лабораторию, стали размножаться, однако делали это раз в пять медленнее, чем обычные микробы. Возможно, они размножались даже в толще льда, но тоже очень медленно.

В 1960-е обнаружилось, что микробы могут обмениваться информацией. К такому выводу ученые пришли, исследуя поведение морских светящихся бактерий Vibrio fischeri. Паразитируя в органе свечения каракатицы, эти микробы излучают свет – как оказалось, в результате интенсивных процессов окисления, сопровождающихся выделением энергии. Таким образом, свечение морской воды, чешуи рыб, тел мелких ракообразных, сгнившего дерева объясняется присутствием на них светящихся фотобактерий.

В 1978 г. группа ученых из США во главе с К. Безе открыла новый вид бактерий – археи. Это уникальные микроорганизмы: к паразитизму они не склонны и вреда не несут, в органической пище не нуждаются, а необходимую для жизни энергию получают за счет окислительно-восстановительных реакций, в которые вовлечены неорганические молекулы. Но главное – только археи способны производить метан из солей уксусной и муравьиной кислот, которыми они питаются. Обитать археи могут в самых экстремальных условиях: горячих источниках, где температура достигает 200—300 °С, в лагунах и соляных чеках, где испарение приводит к концентрации солей; или на дне океана, в зонах вулканической активности – «черных курильщиках», расположенных на тысячеметровых глубинах; или в щелочной среде с водородным показателем 12,8 (с таким же успехом они могли бы процветать в едком натре). Ученые считают, что такие микроорганизмы выжили бы даже на Марсе.

С середины 1990-х исследователи стали применять новейшее оборудование – лазерные микроскопы, и жизнь микробов открылась во всем ее разнообразии. Если раньше считалось, что бактерии – крайне примитивные организмы, каждый вид которых живет и размножается изолированно от других, то теперь стало ясно: микробы действуют на удивление слаженно. Только так они могут вести активную геохимическую деятельность, поддерживающую круговорот жизни: разрушать мертвую органическую материю и превращать ее в углекислый газ и воду, регулировать состав атмосферы, помогать сохранению плодородия почвы.