Коллектив авторов - 100 великих научных открытий

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 °C, 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.

В 1680 г., впервые рассмотрев с помощью своего самодельного микроскопа пивные дрожжи, голландец Антони ван Левенгук описал их и зарисовал в виде почкующихся круглых клеток, образующих скопления. Эти наблюдения значительно опередили время: только в 1835 г. француз Ш. Каньяр де Ла‑Тур и немец Ф. Кютцинг доказали, что дрожжи относятся к низшим растительным организмам, которые имеют ядро, размножаются почкованием на питательных сахаросодержащих средах и вызывают брожение. Однако тогда данное открытие не получило всеобщего признания.

Дело в том, что в середине XIX в. была распространена химическая теория брожения. Скажем, Г. Э. Шталь утверждал, что гниение сопровождается движением, следовательно, процесс этот связан с передачей движения от гниющего тела к здоровому. Ю. Либих и Й. Берцелиус не видели разницы между гниением и брожением и полагали, будто сгнившие органические вещества превращаются в ферменты, ускоряющие химические реакции внутри организма. Ферменты также постоянно движутся и вызывают сбраживание негниющих веществ, например сахара, путем разложения последних на частицы. Чтобы это произошло, сбраживаемая среда должна содержать клейковину или другое органическое азотистое соединение и контактировать с воздухом — в итоге на дно сосуда выпадает нерастворимый осадок, способный запустить новое брожение. Либих не отрицал, что для ферментации сахара нужны дрожжи, но предлагал использовать неживой продукт: мол, брожение запускается именно отмирающими, гниющими грибками.

Вот так ученые представляли себе этот процесс, пока брожением не заинтересовался француз Луи Пастер (1822―1895). Ему не было и 26 лет, когда он выявил причину неодинакового влияния луча поляризованного света на кристаллы разных органических веществ и этим открытием положил начало стереохимии — науке о пространственном расположении атомов в молекулах. Через семь лет Пастер стал деканом физико‑математического факультета Лилльского университета и переехал в регион О‑де‑Франс, который издревле славился своей сахарной, пивоваренной и винодельной промышленностью. Владельцы местных заводов неоднократно обращались к нему с просьбой улучшить их производство, и, вникая в рабочий процесс, Луи постепенно убеждался, что явление брожения исследовано очень слабо. Дабы разобраться в вопросе, ученый стал проводить собственные эксперименты, сравнивая полученные результаты с химической теорией брожений, и в конце концов сделал революционные выводы. 1. Воздух брожению не нужен! И молочнокислое, и спиртовое брожение протекает без доступа воздуха, то есть «брожение — жизнь без кислорода». Доказательством этого тезиса стало открытие маслянокислого брожения, вызываемого анаэробными бактериями, которые не только не нуждаются в кислороде, но и воспринимают его как яд.