После открытия Левенгука описывалось множество новых микробов, но чем больше их накапливалось, тем труднее было в них разобраться. Ученые, описывая[2] новых микробов, не могли понять ни роли их в природе, ни значения для человека. Так было до Пастера. С появлением работ Пастера начинается новый этап в развитии микробиологии. Его работы дали возможность всесторонне изучать жизнедеятельность микробов, т. е..их физиологию. Поэтому новый этап развития микробиологии получил название физиологического. Это направление оказалось необычайно плодотворным для развития микробиологии. Новые сведения давали ответы на различные вопросы практики.
Девизами Луи Пастера на протяжении всей его научной деятельности были: поиски нового, наука — для жизни, практики. Ученый говорил: «Не существует такой категории наук, которые можно было бы назвать прикладными. Существует наука и ее применение к жизни, связанные между собой, как плод с тем деревом, на котором он созрел». И нет ничего удивительного в том, что, когда к нему пришли мастера, занимавшиеся виноделием и пивоварением, и попросили помощи, Пастер сочувственно отнесся к их просьбам. Французские вина славились своими замечательными марками далеко за пределами страны. Но лучшие вина иногда почему-то превращались в уксус, а пиво так горчило, что пить его было нельзя. В чем причина порчи пива и вина? Химический это процесс или биологический? Против химической причины противоречили факты. Пивовары и виноделы — опытные мастера своего дела, им хорошо известна технология производства. В чем же дело?
В Пастере прежде всего заговорил ученый-экспериментатор. Посетив ряд районов, он тщательно изучил причины порчи пива и вина. Ученый обратил внимание на поверхность скисшего вина. Почему-то на нем образуется пленка, и чем больше времени проходит, тем более плотной она становится. Одновременно увеличивается и содержание кислоты. Не взаимосвязано ли скисание с образованием пленки и что она собою представляет? Поместив кусочек пленки под микроскоп, ученый увидел микробов своеобразной формы. Пастер находил их во всех чанах, где происходило скисание вина. Но действительно ли они являются виновниками тех бед, от которых страдает виноделие? Надо поставить эксперимент. В безукоризненно прозрачное вино высокого качества он вносит кусочек пленки. Для контроля часть вина он сохранил в хорошо закрытой стерильной колбе, куда никакие микробы извне попасть не могли. Результат превзошел все ожидания: в опытной колбе вино скисло, образовался уксус, в контрольной вино прекрасно сохранилось.
Итак, причиной скисания вина оказались микробы. Этих живых существ он находил при различных процессах в пиве и вине. Теперь по одному виду микробов Пастер мог определить характер порчи пива и вина. Микробы (дрожжи) вызывали брожение углеводов и расщепляли их до кислоты.
На протяжении нескольких лет Пастер открыл основные типы брожения — уксуснокислое, спиртовое, молочнокислое и маслянокислое. Это было первое подлинно научное объяснение причины брожения. Эти открытия были дополнены исследованиями других ученых. Они доказали, что брожение вызывается особыми веществами, так называемыми ферментами, которые вырабатываются в микробной клетке.
Ферменты — это специфические белковые вещества, способствующие различным превращениям белков, жиров и углеводов — расщеплению или построению их.
Ферменты — биологические катализаторы, ускоряющие химические реакции.
Таким образом, сущностью процесса брожения является расщепление различных веществ, в частности углеводов, микробными ферментами. В зависимости от исходного продукта (сахара) и свойств микробов в результате брожения получают те или иные вещества (спирты, кислоты и т. д.).
Многочисленные и самые разнообразные отрасли промышленности в настоящее время пользуются результатами блестящих научных открытий Пастера и продолжателей его дела.
Итак, брожение вызывается микробами. Это было ново, и не все ученые были с этим согласны. Так, например, известный немецкий ученый Ю. Либих утверждал, что брожение является чисто химическим процессом и микробы к этому не имеют никакого отношения. Он считал, что распадающиеся белковые частички приходят в Колебательное состояние, которое передается сахару, в результате чего частички сахара (молекулы) расщепляются, превращаясь в спирт и углекислоту. Пастер возражал против этой точки зрения. Он доказывал, что если внести в вино пленку, состоящую из живых микробов, а затем вино прогреть, с тем чтобы убить микробов, то брожения не произойдет. И действительно, брожение не наступало. Почему же не происходит тот химический процесс, о котором говорил Либих? Да потому, что виновники брожения — микробы убиты нагреванием, и это оказалось истиной.
Доказывая микробную природу брожения, Пастер делает новое важное для практики открытие. Ученый не только опроверг все возражения и доводы своих противников, но указал метод борьбы с этими «болезнями» пива и вина, который широко применяется в настоящее время и известен под названием «пастеризация». Теперь пастеризуют также фруктовые соки, молоко и другие пищевые продукты. Сущность этого метода заключается в нагревании продукта до 65–80 °C. При такой температуре многие микробы, находящиеся в пищевых продуктах, гибнут, но питательные свойства продуктов не теряются. Благодаря этому продукты некоторое время не подвергаются порче, особенно на холоде.
Открыв микробную природу процессов брожения, Пастер делает новое открытие, доказав роль микробов в гниении. Оказалось, что среди микробов существует большое количество так называемых гнилостных. Бесчисленное множество их находится в земле, воде, воздухе, в организме человека, млекопитающих животных, птиц, насекомых и т. д. Чем же они замечательны и какова их роль?
Под влиянием гнилостных микробов происходят процессы глубокого расщепления сложных белковых веществ вплоть до образования простейших минеральных соединений, например аммонийных солей и других веществ, необходимых для жизни растений. Гнилостные процессы в почве превращают различные растения и отбросы животных в перегной, нужный для удобрения. Медицина широко использует при различных заболеваниях лечебные грязи, в образовании которых большую роль играют гнилостные бактерии.
Роль микробов в гнилостных процессах доказал Пастер, В своих исследованиях о гниении он писал: «Если бы микроскопические существа исчезли с поверхности, земли, то она быстро загромоздилась бы мертвыми органическими отбросами и всякого рода трупами животных и остатками растений… Без их участия жизнь вскоре прекратилась, так как работа смерти осталась бы незавершенной».
Слава Пастера гремела по всей Франции. Именно это и привело к нему представителей шелководческих районов Франции. От какой-то таинственной причины болели и гибли шелковичные черви. Надо сказать, что шелководческое дело также было основой экономики ряда провинций Франции. Ученый стал искать микробы, вызывающие болезнь шелковичных червей, и нашел. Было сделано открытие огромного научного значения. Снова найдены микробы, но уже возбудители подлинных болезней живых существ.
Биограф Пастера Валери-Радо так характеризует отношение великого ученого к запросам практики: «Как всегда, самым крупным научным проблемам он старался найти практическое применение».
Изучая маслянокислое брожение, Пастер делает важное открытие общебиологического значения — явление анаэробиоза. До Пастера незыблемым законом являлось положение, высказанное Лавуазье: жизнь без кислорода воздуха невозможна. Но вот Пастер открывает микробы, возбудители маслянокислого брожения, и они, оказывается, могут жить без кислорода. Теперь уже все микробы по типу дыхания разделили на две группы: аэробную и анаэробную. Аэробы — это микроорганизмы, способные жить и развиваться лишь в присутствии кислорода воздуха. Анаэробы живут в бескислородной среде. Больше того, кислород для них вреден. А микробы уксуснокислого брожения, которые Пастер открыл в пленке на поверхности вина, типичные аэробы, жадно стремящиеся к кислороду воздуха.
