Двигатели жизни. Как бактерии сделали наш мир обитаемым - Пол Фальковски

Хотя Левенгука часто называют отцом микробиологии, у него был соратник и посредник, приведший его к славе, – Гук. Подобно связи, возникшей на полтора столетия позднее между Лайелем и Дарвином, Гука и Левенгука объединял своего рода симбиоз. Два этих выдающихся человека сыграли решающую роль катализатора в неминуемом открытии невидимого мира. Что касается личных отношений, оба были чрезвычайно великодушны друг к другу вплоть до конца жизни.

Описание и перепись микробов, по всей видимости, поддерживали представление о спонтанном зарождении жизни (в перечном настое, ни больше ни меньше!) – якобы организмы могут возникать из неживых или неорганических источников без очевидной линии наследственности. Так, например, было общепринятым мнение о том, что черви могут зарождаться в мертвом мясе, а осы возникать из закопанных лосиных рогов. В спонтанное зарождение жизни верило большинство людей того времени. Левенгук отрицал это представление, но не мог доказать, что оно неверно. Роль микроорганизмов в биологическом функционировании живых существ практически игнорировалась, и прошло более 200 лет, прежде чем эти организмы вновь удостоились серьезного внимания. Как ни странно, но в то время как фундаментальные научные открытия XVII века – гравитация, световые волны, обращение планет вокруг звезд, а также невероятные вершины научной абстракции, достигнутые в математике, – порождали мощные волны дальнейших открытий в физике и химии, не менее фундаментальные открытия в биологии в целом тащились позади и признавались значительными лишь в связи с проблемами человеческого здоровья.

Ни у Гука, ни у Левенгука не было учеников, и, хотя «Микрография» с успехом распродавалась в 1665 году и еще несколько лет после этого, Левенгук своей книги так и не написал, а его заметки не вызвали особого интереса у читателей. Ни Левенгук, ни Гук не оставили биологических наследников, и в отличие от Галилея ни у одного из них не было и непосредственных наследников интеллектуальных. Интерес к перечной воде постепенно угасал. В XVIII столетии мир микробов снова стал невидимым миром, в то время как естествоиспытатели-натурфилософы обратились к вопросам эволюции растений и животных и последовательностей геологических структур, содержащих органические останки. Стоило ли покупать дорогостоящий и хрупкий микроскоп для того, чтобы стать ученым-любителем, когда для этого требовался лишь молоток, которым можно было отбивать образцы горных пород.

Возрождение в изучении микроорганизмов началось лишь в середине XIX века. Его поборником стал ныне почти позабытый герой – Фердинанд Юлиус Кон. Кон, еврейский мальчик-вундеркинд, родился в прусском городе Бреслау (ныне Вроцлав, Польша) в 1828 году. Рассказывают, что он выучился читать, когда ему еще не минуло двух лет, пошел в среднюю школу в семь и поступил в университет Бреслау в четырнадцать. Несмотря на то что он выполнил все требования для получения степени, университет Бреслау отказался признавать его выпускником из-за повсеместно распространенного в тогдашней Пруссии антисемитизма. Кон завершил свое обучение в Берлинском университете, получив докторскую степень по ботанике в возрасте девятнадцати лет, и в 1849 году вернулся в университет Бреслау. В том же году отец купил ему самый дорогой и лучший из доступных в то время инструментов – микроскоп работы Симона Плёссля. Такой микроскоп наверняка вызвал бы у меня чувство зависти. Плёссль был австрийским инструментальным мастером, который нашел способ скорректировать большинство оптических аберраций, присущих микроскопам и телескопам с несколькими линзами. Изобретенная им конструкция объектива используется и по сей день.

Интерес Кона к микробам еще больше возрос благодаря его собственным наблюдениям, сделанным с помощью отцовского подарка. В Берлинском университете его побуждали к изучению одноклеточных водорослей двое выдающихся профессоров: Иоганн Мюллер и Христиан Эренберг. Последний был одним из известнейших немецких ученых того времени. Именно он определил диатомовые водоросли – один из типов одноклеточных водорослей – в частицах пыли, собранных Дарвином на Азорских островах во время путешествия на «Бигле»; таким образом, впервые было обнаружено, что микроорганизмы могут переноситься в атмосфере на далекие расстояния при помощи ветра. Также именно Эренберг показал, что мел состоит из останков микроскопических организмов, и это наблюдение впоследствии подтолкнуло ученых к поискам ископаемых микроорганизмов в горных породах.

По мере того как энтузиазм Кона возрастал, а оптика в микроскопах совершенствовалась, его все больше начинали интересовать одноклеточные водоросли и бактерии – или, во всяком случае, то, что он считал бактериями. Получив традиционное биологическое образование того времени, он принялся за классификацию бактерий в их связи с другими организмами. Классификация организмов по отношению к прочим организмам – безопасный и самоочевидный путь для биолога, и он остается таковым по сей день. Кон ничего не писал о происхождении жизни или эволюции микроорганизмов, но именно он дал определение бактериям как одноклеточным организмам, лишенным хлорофилла – зеленого пигмента, характерного для одноклеточных водорослей и высших растений. Хотя Кон прекрасно знал, что большинство бактерий не принимают участия в процессе фотосинтеза, он отнес их к одноклеточным водорослям, то есть к растениям. В традициях того времени Кон попытался разделить микроорганизмы на типы, основываясь в первую очередь на их форме, – простая система, изобретенная Левенгуком более столетия тому назад, которая и до сих пор бывает иногда полезна в качестве общего руководства (впрочем, в двадцатом столетии ее роль заняла технология секвенирования молекул).

Вероятно, наиболее важным вкладом Кона было то, что он вновь открыл микробиологию как науку. Как в свое время Левенгук, он показал, что микробы окружают нас повсюду: они находятся в воде, почве и воздухе, в нашей ротовой полости и кишечнике, на наших руках, одежде и в пище. Однако в отличие от большинства своих современников Кон не ограничивался рассмотрением микробов как возбудителей человеческих заболеваний. Действительно, он работал над бактериальными заболеваниями растений и животных и, хотя пользовался гораздо меньшей популярностью, чем Пастер, обладал гораздо большей широтой взглядов. Он увидел в бактериях организмы, способствовавшие формированию химического круговорота Земли – планетарного метаболизма. На ранних этапах моего научного пути Кон служил для меня источником вдохновения. Это был удивительный человек, первопроходец в области микробиологии окружающей среды.

Рис. 7. Изображение различных форм микроорганизмов, описанных Фердинандом Коном в его трактате Über Bakterien: Die Kleinsten Lebenden Wesen, вышедшем в свет в 1875 году. Он охарактеризовал эти организмы как связанные с одноклеточными водорослями и растениями и разделил их по форме на четыре категории: 1) сферобактерии (сферические бактерии); 2) микробактерии (короткие палочки); 3) десмобактерии (прямые нити); 4) спиробактерии (спиральные нити). Эта простая базовая система описательной классификации оказалась состоятельной и сохранилась до настоящего времени