100 великих научных открытий - Д Самин

Очевидно, одной неопределенной наследственной изменчивости недостаточно, чтобы объяснить процесс выведения новых форм одомашненных растений и животных. Силу, которая из незначительных различий отдельных животных и растений формирует устойчивые природные признаки, Дарвин нашел в практике селекционеров. Для дальнейшего разведения они отбирают только те организмы, которые обладают полезными для человека признаками. В результате отбора эти признаки от поколения к поколению становятся все более выраженными.

Занявшись поиском аналогичных процессов в природе, Дарвин собрал многочисленные факты, подтвердившие, что в природе существуют все формы изменчивости организмов, которые наблюдались в одомашненном состоянии. При этом ученый показал, что незначительные и неустойчивые индивидуальные различия между отдельными особями данного вида переходят в более устойчивые различия разновидностей (или подвидов), а затем в отчетливые наследственные различия между разными видами. Оставалось найти аналог искусственного отбора в природе — механизм, который складывает незначительные и неопределенные индивидуальные различия и формирует из них у организмов необходимые приспособления, а также межвидовые различия. Так Дарвин подошел к важнейшему открытию — естественному отбору, согласно которому выживают и оставляют потомство наиболее приспособленные к существующим условиям особи данного вида.

Естественный отбор в природе возникает в результате борьбы за существование, под которой Дарвин понимал совокупность взаимоотношений организмов данного вида друг с другом (внутривидовая конкуренция), с другими видами организмов (межвидовые отношения) и с неживыми факторами внешней среды. Естественный отбор, по Дарвину, — это неизбежный результат борьбы за существование и наследственной изменчивости организмов.

В процессе естественного отбора организмы адаптируются к условиям существования. В результате конкуренции разных видов, имеющих сходные жизненные потребности, хуже приспособленные виды вымирают. Совершенствование приспособлений у организмов приводит, по Дарвину, к тому, что постепенно усложняется уровень их организации — происходит эволюционный прогресс. Однако естественный отбор не несет в себе никаких предпосылок, которые направляли бы эволюцию обязательно по пути общего совершенствования организации: если для данного вида по каким-то причинам такое совершенствование невыгодно, отбор не будет ему способствовать. Дарвин полагал, что в простых жизненных условиях высокий уровень организации скорее вреден. Поэтому на Земле всегда одновременно существуют и сложные, высокоорганизованные виды, и формы, сохраняющие простое строение.

И сегодня, спустя сто пятьдесят лет, биологическая наука следует по направлению, намеченному Чарлзом Дарвином.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ БРОЖЕНИЙ

В 1680 году голландец Антони Ван-Левенгук впервые увидел пивные дрожжи в свой самодельный микроскоп. Он описал их в письме, адресованном в Королевское общество, и дал рисунок, на котором видны почкующиеся круглые клетки, образующие скопления. Так было начато изучение морфологии дрожжей. Эти наблюдения значительно опередили состояние науки того времени. Только в 1835 году появились сообщения Каньяр де Латура во Франции, Шванна и Кютцинга в Германии, в которых было доказано, что дрожжи относятся к низшим растительным организмам, имеющим ядро, размножающимся почкованием на питательных средах, содержащих сахар, и вызывающим брожение. Однако это биологическое направление в исследованиях, связанных с выяснением причин брожения, не получило в первой половине XIX века всеобщего признания.

В середине девятнадцатого века широкое распространение имела химическая теория брожения. Скажем, Сталь утверждал, что гниющие вещества могут передавать это состояние другому, не гниющему в данное время веществу. Гниение сопровождается движением, и способность вызывать гниение связана с передачей движения покоящемуся телу. Ферменты также находятся в движении, и их способность вызывать брожение связана с передачей движения.

Выдающиеся химики того времени Либих и Берцелиус развили эту точку зрения. Берцелиус не видел принципиальной разницы между различными видами брожений и гниением — все это различные стадии одного и того же процесса. Брожение возможно только при наличии двух условий: в среде должна находиться клейковина или другое азотистое органическое вещество и сбраживаемая жидкость, содержащая клейковину, должна быть подвержена действию кислорода воздуха. В этом случае на дне сосуда образуется нерастворимый осадок, способный вызывать новое брожение. Все процессы брожения Либих связывал с разложением и гниением органических веществ, последние, подвергаясь гниению, становятся ферментами и уже могут вызвать сбраживание и негниющих веществ, например сахара.

При соприкосновении гниющих веществ со сбраживаемым происходит распад последнего на частицы. Либих не отрицал, что для сбраживания сахара нужны дрожжи, но не обязательно живые, так как именно отмирающие и разлагающиеся дрожжи вызывают брожение как всякое гниющее вещество.

Таковы в самых общих чертах основы химической теории брожения, пока свои исследования по брожениям не начал французский ученый Пастер.

Луи Пастер (1822–1895) родился во французском местечке Доль. Луи вырос в большой дружной семье. Несмотря на слабое здоровье и недостаток средств, Пастер с успехом завершил обучение сначала в колледже в Арбуа, а затем в Безансоне. Окончив здесь курс со степенью бакалавра, он поступил в 1843 году в Высшую нормальную школу, готовящую учителей для средней школы.

Окончив школу в 1847 году, Пастер сдал экзамены на звание доцента физических наук. А спустя год защитил докторскую диссертацию. Тогда Пастеру еще не было и 26 лет, но он уже приобрел известность своими исследованиями в области строения кристаллов. Молодой ученый дал ответ на вопрос, который до него оставался нерешенным, несмотря на усилия многих крупнейших ученых. Он открыл причину неодинакового влияния луча поляризованного света на кристаллы органических веществ. Это выдающееся открытие привело в дальнейшем к возникновению стереохимии — науки о пространственном расположении атомов в молекулах.

В том же 1848 году Пастер стал адъюнкт-профессором физики в Дижоне. Через три месяца он занимает новую должность адъюнкт-профессора химии в Страсбурге. Пастер принимал активное участие в революции 1848 года и даже вступил в Национальную гвардию.

В 1854 году Пастер был назначен деканом только что организованного физико-математического факультета Лилльского университета. Этот район Франции славился своей сахарной и бродильной промышленностью. Владельцы местных заводов неоднократно обращались к Пастеру с просьбой помочь рационализировать производство, улучшить его, руководствуясь последними достижениями науки. Знакомясь с работой заводов, Пастер не мог не прийти к выводу, что современные научные знания в этой области были более чем скромны, и это побудило его начать изучение брожений.

Он приступил к изучению этого вопроса. Результатом его исследований стала монография. Первый опубликованный мемуар был посвящен молочнокислому брожению. Он произвел особенно большое впечатление в научном мире, так как это было новым брожением — все предшествующие исследования касались преимущественно спиртового брожения.

«Все свои исследования по брожениям Пастер проводил с целью выяснить, в какой мере его собственные экспериментальные данные могут подтвердить или опровергнуть химическую теорию брожений, — пишет в своем труде о ученом А.А. Имшенецкий. — Результаты его экспериментов могут быть резюмированы следующим образом.

1. Для возникновения брожения воздух, вопреки мнению сторонников химической теории брожения, не нужен. Молочнокислое брожение протекает без доступа воздуха так же, как и спиртовое. Это позволяет дать общую формулу „брожение — это жизнь без кислорода“. Для обоснования этого тезиса исключительное значение имело открытие Пастером маслянокислого брожения, вызываемого строго анаэробными бактериями, которые не только не нуждаются в кислороде, но последний действует на них как яд. До этого открытия считалось, что жизнь без кислорода невозможна, и не случайно Гей-Люссак связывал устойчивость продуктов в консервах Аппера к гниению с отсутствием в банках кислорода. Открытие анаэробиоза встретило резкие возражения со стороны Брефельда и других ученых, но оно оказалось настолько убедительным, что вскоре было всеми признано.

2. Каждое брожение вызывается особым возбудителем. Пастер впервые установил, что молочнокислое брожение связано с развитием микробов, отличающихся по своей морфологии от дрожжей. Масляная кислота образуется в результате жизнедеятельности особого вида микробов. Уксуснокислое и спиртовое брожения, так же как и брожение мочевины, имеют своих возбудителей. Нет ничего удивительного в том, что Пастер, исходя из современного ему состояния систематики низших растительных организмов, не всегда давал правильные названия описываемым им организмам. Так, маслянокислых бактерий он относил к представителям животного мира, уксуснокислых бактерий обозначал как Mycoderma и т. д. Все это не меняло основного вывода, — различные брожения вызываются различными микробами.