Бесплатный фрагмент - Невидимые титаны

Мир духов и миазмов. В тени невидимых чудовищ

Представьте мир, в котором каждый вздох может быть отравлен, а каждый глоток воды — исполнен незримой угрозы. Мир, где болезнь обрушивается как кара небесная, поражая грешника и праведника без видимого порядка и причины. Мир, в котором невидимое было исключительно царством богов, духов и магии. Таким был наш мир на протяжении почти всей человеческой истории — вплоть до конца XVII века. История микробиологии начинается не в лаборатории, а в глубинах человеческого страха, невежества и пытливого ума, пытающегося нащупать закономерности в хаосе эпидемий.

Демоны, боги и «семена» болезней. Древние цивилизации, не имея инструментов для наблюдения, наделяли невидимые силы болезней личностью и волей. В Месопотамии считалось, что болезнь насылают демоны или духи умерших, которых можно было умилостивить жертвами или изгнать заклинаниями жреца-ашу. В Древней Греции чуму, обрушившуюся на ахейцев под стенами Трои, послал разгневанный бог Аполлон. Гиппократ, отец медицины, совершил первую революцию, отодвинув богов в сторону. Он и его последователи считали, что болезни возникают из-за дисбаланса четырёх телесных «соков» (крови, флегмы, чёрной и жёлтой желчи). Но и он говорил о влиянии «миазмов» — вредных испарений от болот, разлагающихся трупов и нечистот, которые отравляют воздух.

Ближе всего к истине подошёл, как это часто бывает, гений, чьи идеи опередили время на тысячелетия. Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар в своей поэме «О природе вещей» (I век до н. э.) высказал гениальную догадку. Он писал о существовании невидимых «семян» (лат. semina), которые порождают и болезни, и сами живые существа. «Есть и такие [семена], что, вторгшись в тела, расстраивают их, сея болезни и смерть», — писал Тит Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» (пер. Ф. А. Петровского). Это была первая концепция живой, материальной, хотя и невидимой причины заразы. Но в мире, где не было даже простейших линз, идея Лукреция осталась красивой философской метафорой, забытой на полторы тысячи лет.

Торжество миазмов. Средневековье и Ренессанс вернулись к более наглядной и пугающей теории — миазматической. Она казалась неоспоримой: в местах со зловонным, затхлым воздухом — в болотах, бедных кварталах, осаждённых городах, у скотобоен — болезни действительно свирепствовали чаще. Чума, холера, малярия, тиф — все они были детьми «дурного воздуха». Эта теория была удобна и для Церкви, объяснявшей эпидемии Божьим гневом за грехи, и для врачей, которые могли давать практические, хоть и неэффективные, советы: бежать из заражённых мест, носить ароматические мешочки с травами, жечь костры для очищения атмосферы.

Ирония судьбы заключается в том, что теория миазмов, будучи в корне неверной, иногда приводила к полезным последствиям. Страх перед «ядовитыми испарениями» заставлял городские власти эпохи Возрождения принимать указы о вывозе мусора, чистке улиц, организации стоков. Это улучшало санитарное состояние городов, косвенно снижая распространение настоящих, контактных и водных, инфекций. Лечение же оставалось ужасающим: кровопускания, прижигания, приём ртути и других ядов — всё это было попыткой восстановить «баланс соков» или выгнать болезнь силой страданий тела.

Первые взгляды в неизведанное. Чтобы разглядеть истину, человечеству понадобилось научиться видеть больше. Первый шаг был сделан не в медицине, а в оптике. Ещё в Древнем Риме знали, что стеклянный шар, наполненный водой, может увеличивать предметы. В средние века монахи использовали «камни для чтения» — отрезки стеклянных сфер, помогавшие разбирать мелкий почерк манускриптов. К XIII веку в Италии появились первые очки. А к концу XVI — началу XVII веков у голландских мастеров, шлифовавших линзы для очков, стало модным развлечение: рассматривать в свои лучшие, самые выпуклые линзы мелкие объекты — песчинки, крылья мух, чешуйки кожи. Эти примитивные микроскопы, часто состоящие всего из одной линзы в металлической оправе, назывались «блошиными стеклами» (flea glasses). Они открывали диковинный, уродливый и прекрасный мир, где обычная блоха превращалась в монструозного бронированного зверя.

Это был мир забавных диковинок, а не научных открытий. Никто не связывал увиденных «анималькулей» (маленьких животных) с болезнями или процессами гниения. Они были просто частью невидимого творения Божьего, любопытным курьёзом. Но почва была подготовлена. Инструмент создан. Не хватало лишь человека, который соединил бы в себе любопытство ремесленника, тщательность учёного и настойчивость первооткрывателя. Таким человеком стал не профессиональный врач или аристократ-натуралист, а скромный торговец сукном из Делфта.

Антони ван Левенгук: самоучка, изменивший мир. Антони ван Левенгук (1632—1723) был странным человеком для своей эпохи. Не получив университетского образования, он унаследовал лавку и с молодости увлёкся шлифовкой линз. Он не изобретал микроскоп, но довёл его конструкцию до совершенства. Его «микроскопы» были, по сути, мощнейшими лупами — крошечные линзы (иногда меньше булавочной головки), которые он шлифовал с невероятным терпением и мастерством, вставлял в медные или серебряные пластинки и закреплял на штативе. Некоторые из них давали увеличение в 200—300 раз — непревзойдённый результат на целое столетие вперёд.

Левенгук смотрел на всё. На кончик иглы, на хоботок пчелы, на песок, на кровь. И однажды, в 1670-х годах, он решил рассмотреть под своей линзой каплю дождевой воды, постоявшую несколько дней в бочке. То, что он увидел, потрясло его до глубины души. В мутной капле копошились, извивались и носились с невероятной скоростью десятки «зверушек» (beestjes) самых причудливых форм: шарики, палочки, спиральки. «Одни из них в длину в три-четыре раза больше, чем в ширину… Они извивались, как угорь, и проносились мимо друг друга, как рыба в воде», — писал он.

Он начал охоту на этих невидимых созданий. Он находил их везде: в настое перца, в зубном налёте («маленькие животные, более многочисленные, чем народ во всём Королевстве»), в экскрементах, в слюне. Он изучал их с педантичной тщательностью: измерял (сравнивая с диаметром песчинки или волоса), зарисовывал, описывал характер движения. Левенгук понимал, что совершил великое открытие — открыл целый новый мир, населённый мириадами живых существ. Но будучи человеком осторожным и не желавшим прослыть фантазёром, он искал способ засвидетельствовать своё открытие перед учёным миром.

Таким посредником стал нидерландский врач Регье де Грааф, который обратил внимание на невероятные линзы своего земляка. По его совету, в 1673 году Левенгук начал свою многолетнюю переписку с самым авторитетным научным учреждением Европы — Лондонским Королевским обществом. Его письма, написанные простым и безыскусным языком на голландском (всего более 300 писем за 50 лет), были переводимы и зачитывались на заседаниях. Учёные мужи поначалу отнеслись к сообщениям о «животных» в слюне скептически, почти как к бреду. Для проверки в Делфт было отправлено несколько уважаемых лиц, включая священников, которые лично убедились в правоте Левенгука.

Его слава росла. К нему приезжали коронованные особы, включая русского царя Петра I и английскую королеву. Но сам Левенгук оставался верен своему ремеслу. Он открыл инфузорий, бактерий, дрожжевые клетки, описал строение красных кровяных телец и сперматозоидов. Он даже поставил простейшие эксперименты: кипятил настой, наблюдая, что «зверушки» после этого гибнут, или остужал воду, отмечая замедление их движения. Он был первым и последним исследователем «микрокосма» в одиночку. Он не задавался большими теориями о происхождении жизни или природе болезней. Его миссией было наблюдение и фиксация. Он показал дорогу.

Тень, отбрасываемая в будущее. К концу жизни Левенгука его открытия уже вошли в научный обиход, но их значение ещё не было осмыслено. Большинство учёных считали «анималькулей» просто ещё одним классом мелких животных, любопытным, но не имеющим особого отношения к большим вопросам медицины или философии. Теория миазмов продолжала царствовать безраздельно. Чтобы связать мир Левенгука с миром болезней, потребовалось ещё почти два столетия и гении другого склада.

Но первый, самый трудный шаг был сделан. Невидимое перестало быть абстрактным понятием, царством духов и испарений. Оно стало материальным, осязаемым (пусть и через линзу), населённым конкретными существами. Человечество в лице упрямого делфтского торговца сукном впервые пристально, с изумлением и восхищением, взглянуло в лицо своим будущим повелителям, спасителям и палачам — в лицо микробам. Титан микробиологии ещё дремал в пелёнках случайных наблюдений, но его пробуждение было предопределено. Охота только начиналась.

Споры великих теорий. На интеллектуальных качелях между жизнью и не-жизнью

Открытие Левенгука породило не только изумление, но и колоссальный философский кризис. Если мир кишит невидимыми «анималькулями», появляющимися повсюду — в гниющем мясе, мутной воде, настойках трав, — то откуда они берутся? Этот вопрос всколыхнул научное сообщество XVII — XVIII веков, вылившись в один из самых длительных и принципиальных споров в истории биологии. В центре его лежала древняя, как само человечество, идея самозарождения (спонтанного поколения) жизни из неживой материи.

Наследие древности. Идея, что черви рождаются из грязи, мыши — из грязного белья и соломы, а мухи — из протухшего мяса, казалась очевидной и не требующей доказательств. Её придерживались Аристотель, чей авторитет в науке был непререкаем, и такие умы, как Парацельс, предлагавший рецепт создания мышей или скорпионов из определённых отбросов. Открытие микроскопических существ лишь расширило сферу применения этой теории: теперь из «бульонов» неживой материи якобы рождались невидимые «зверушки». Однако уже в XVII веке этот постулат начал шататься под натиском первых строгих экспериментов.

Франческо Реди и удар по макро-миру. Первый сокрушительный удар по догме самозарождения нанес итальянец Франческо Реди, придворный врач и энциклопедист. В 1668 году он провёл эксперимент, гениальный в своей простоте. Взял несколько одинаковых банок, положил в каждую кусок мяса (рыбы, угря, телятины) и по-разному их запечатал. Одни банки он оставил открытыми, другие накрыл кисеёй (лёгкой тканью), третьи — пергаментом. Результат был наглядным и неопровержимым: в открытых банках мясо кишело личинками мух; в банках, накрытых кисеёй, личинки появились только на ткани, куда мухи могли отложить яйца; в герметично закупоренных банках мясо лишь гнило, но личинок не было.

«Из моего опыта вытекает убеждение, что черви не зарождаются в мясе… все черви происходят из яичек, отложенных туда мухами,» — писал Реди.

Казалось бы, всё ясно. Но даже Реди, опровергнув самозарождение для видимых существ, сделал роковую оговорку. Он допускал, что для микроскопических созданий, открытых Левенгуком, законы могут быть иными. И эта лазейка стала ареной столетней войны.

Великий спор: Нидем vs. Спалланцани. К середине XVIII века спор перешёл в микромир и принял форму высоконаучной, но страстной дуэли между английским священником-натуралистом Джоном Нидемом и итальянским аббатом-физиологом Ладзаро Спалланцани.

Джон Нидем, талантливый микроскопист, провёл серию опытов, которые, по его мнению, неопровержимо доказывали самозарождение микробов. Он брал мясные бульоны или растительные настои, нагревал их (но не до кипения), запечатывал в колбы и через несколько дней обнаруживал под микроскопом кишащую жизнь. Его логика была железной: нагрев убил всё живое, герметизация не пустила ничего извне. Значит, «анималькули» зародились самопроизвольно из питательного раствора! Нидем, будучи сторонником витализма (учения о «жизненной силе»), считал, что в органических веществах заключена некая «производительная сила» (vis plastica), способная порождать жизнь. Его работы произвели фурор и были поддержаны многими авторитетами, включая французского натуралиста Жоржа-Луи Леклерка де Бюффона.

Однако у Нидема был грозный и методичный оппонент — Ладзаро Спалланцани. Этот учёный, позже прославившийся опытами по искусственному оплодотворению у лягушек, был скептиком и перфекционистом. Он заподозрил, что Нидем допустил две ключевые ошибки: недостаточный нагрев и негерметичную закупорку.

Спалланцани поставил беспрецедентно строгий эксперимент. Он взял десятки стеклянных колб с различными питательными средами (из семян, бобов, мяса). Одни колбы он просто запаял на огне после кипячения, другие — запаял, а затем долго кипятил, третьи оставил открытыми. Его техника была ювелирной: тонкое горло колбы раскалялось и вытягивалось в капилляр, который затем запаивался, обеспечивая абсолютную герметичность.

Результаты, опубликованные в 1765 году, были однозначны:

1. Колбы, запаянные после кипячения: оставались абсолютно стерильными месяцами. Ни одного микроба.

2. Колбы, запаянные и затем прокипяченные: также стерильны. Это был критический удар по Нидему — Спалланцани доказал, что даже воздух внутри колбы, который Нидем считал необходимым для «производительной силы», не содержит «семян жизни».

3. Открытые колбы или колбы, чьи запаянные кончики он потом отламывал: быстро мутнели и кишели микробами.

Казалось, Спалланцани нанёс сокрушительный контрудар. Но Нидем, человек упорный, нашёл, к чему придраться. Он заявил, что Спалланцани своим чересчур долгим кипячением «извратил жизненную силу» бульона и «испортил» упругую силу воздуха в колбе, сделав их неспособными к порождению жизни. Это была типичная уловка виталиста: сама теория была сформулирована так, что её нельзя было опровергнуть. Любое усилие по стерилизации можно было трактовать как уничтожение гипотетической «силы».

Технический тупик и торжество миазмов. Дискуссия зашла в тупик. Почему? Потому что наука уперлась в технологические ограничения:

1. Микроскопы того времени были слишком слабы, чтобы различать разные формы микробов и, главное, видеть их споры. Термоустойчивые споры бактерий выживали даже при кипячении, которое применял Спалланцани, и потом прорастали. Это создавало иллюзию самозарождения в якобы стерильных средах.

2. Никто не умел получать чистые культуры одного вида микробов. В любой среде был дикий «зоопарк», где разные виды сменяли друг друга в процессе гниения, что ещё больше запутывало картину.

3. Не было понимания роли воздуха. Учёные не знали, что в воздухе содержатся не абстрактные «семена», а конкретные микроорганизмы и их споры, оседающие на пылинках.

В этой атмосфере неуверенности и методологического кризиса теория миазмов пережила своё второе рождение и достигла апогея. Если микробы слишком сложны для изучения, а их происхождение — для понимания, то проще и логичнее вернуться к старой, наглядной концепции болезнетворных испарений. XIX век начался под её знаком. Она определяла градостроительную политику (осушение болот, прокладка широких бульваров в Париже бароном Османом для «проветривания»), военную стратегию (размещение лагерей на возвышенностях) и медицинскую практику. Хирургические операции по-прежнему проводились в обычных сюртуках, инструменты не стерилизовались, а о мытье рук заботились лишь самые педантичные.

Эпидемии холеры, выкашивавшие города, лишь укрепляли веру в миазмы: болезнь явно шла от вони бедных кварталов и помойных ям. Кампании по очистке городов, вдохновляемые этой теорией, приносили пользу, снижая не только запах, но и количество переносчиков инфекций (крыс, блох) и загрязнение воды. Это создавало порочный круг: положительный, но частичный эффект от действий, основанных на неверной теории, укреплял саму теорию.

Таким образом, к началу XIX века микробиология находилась в странном положении. Микробы были открыты, но оставались научным курьёзом. Величайший спор между биогенезом («живое от живого») и абиогенезом (самозарождением) застопорился на уровне методических тонкостей. Царство невидимого по-прежнему управлялось силами, скорее мифическими, чем научными. Для нового прорыва требовался не просто талантливый экспериментатор, а титан, способный соединить в себе проницательность химика, методичность физика и глобальное видение естествоиспытателя. Такой человек должен был не просто усовершенствовать эксперимент Спалланцани, а полностью перевернуть представления о связи невидимого мира с фундаментальными процессами природы — гниением, брожением и болезнью. Микробиология замерла в ожидании своего Ньютона. И он уже стоял на пороге лаборатории, держа в руках колбу с прокисшим виноградным соком. Его звали Луи Пастер.

Химик, перевернувший мир. Луи Пастер и смертельный удар самозарождению

В середине XIX века наука о жизни застыла на развилке. С одной стороны — неприступная крепость витализма и теории самозарождения, у которой, казалось, всегда найдется мистическое объяснение для любого опровергающего факта. С другой — набирающая силу механистическая картина мира, жаждущая объяснить жизнь химией и физикой. Между ними, как и сто лет назад, болталась неразрешенная загадка крошечных «анималькулей». Были ли они причиной или следствием? Порождением «жизненной силы» или обычными организмами, живущими по понятным законам? В эту интеллектуальную дуэль в 1850-х годах вмешался человек, чьё имя станет синонимом победы науки над слепотой природы. Но пришел он не как биолог. Он пришел как химик.

От кристаллов к бочкам: неожиданный поворот. Луи Пастер, молодой, честолюбивый и невероятно одаренный химик из Дижона, начинал свою карьеру с изучения кристаллов винной кислоты. Он разгадал загадку их оптической активности, открыв явление молекулярной хиральности (различия «правых» и «левых» молекул). Эта работа принесла ему славу. Но судьба, в лице французских промышленников, столкнувшихся с колоссальными убытками, направила его взгляд в микроскоп.

Проблема была проста и катастрофична: вино и пиво во Франции и Германии часто портились. Сбраживаемые жидкости вместо того, чтобы превратиться в благородный алкоголь, кисли, горчили, превращались в уксус или слизкую, непригодную массу. Это был бич экономики. Пастеру, уже доказавшему свою проницательность, предложили разобраться. Вооружившись хорошим микроскопом, он подошел к проблеме как химик-аналитик. Он сравнил образцы здорового и больного брожения.

Что он увидел? Под микроскопом в нормально сброженном вине копошились ровные, круглые дрожжевые клетки. В прокисшем же вине он обнаружил кроме них множество мелких палочек. А в прогоркшем пиве — другие микроорганизмы, похожие на тонкие нити. Пастер сделал гениальный и революционный вывод: разным видам брожения соответствуют разные микроорганизмы. Здоровое спиртовое брожение — работа дрожжей. Уксусное скисание — работа «палочек» (уксуснокислых бактерий). Маслянокислое и слизистое брожение — работа других специфичных микробов.

Это был переворот. До Пастера брожение считали чисто химическим процессом распада, который, возможно, сопровождается появлением микробов как следствия. Пастер заявил обратное: микробы — это причина брожения. Они живые агенты, каждый вид которых производит свои специфичные химические изменения. «Брожение — это жизнь без воздуха», — провозгласил он, открыв явление анаэробиоза (жизни в бескислородной среде).

Пастер vs. Пуше. Эти открытия напрямую вели к старому спору о самозарождении. Если микробы так специфичны и всегда присутствуют при брожении и гниении, откуда они берутся? Оппоненты, главным из которых был влиятельный натуралист Феликс-Архимед Пуше, стояли на старых позициях: микробы — продукт разложения.

Пуше провел эффектный опыт. Он стерилизовал питательный настой из сена кипячением, помещал его в колбу, а затем вводил туда… обычный воздух из подвала Парижского Пантеона, пропущенный через серную кислоту для очистки. В настое вырастала плесень. «Вот вам доказательство! — торжествовал Пуше. — Кислота убила все „зародыши“ в воздухе, но жизнь всё равно возникла из самого настоя!». Пастер, тщательно изучив методику, нашел фатальную ошибку. Сено. Споры многих микробов, особенно термоустойчивых бацилл сена, выдерживают кипячение. Жизнь в опытах Пуше не зарождалась — она выживала.

Но чтобы победить, Пастеру нужно было поставить безупречный, элегантный и наглядный эксперимент. Он должен был доказать две вещи: 1) в воздухе есть «зародыши», и 2) если не дать им попасть в стерильную среду, жизнь не возникнет.

Лебединая шея: гениальная простота. В 1859—1861 годах Пастер проводит серию опытов, которые войдут во все учебники. Он берет колбы с питательным бульоном, кипятит его, чтобы убить все, что внутри. Но горлышко колбы он не запаивает, как Спалланцани. Вместо этого он вытягивает его в длинную, тонкую, S-образную трубку — «лебединую шею». Воздух может свободно поступать в колбу, но все твердые частицы, все пылинки с прилипшими к ним микробами и спорами, оседают на влажных изгибах стекла. Бульон месяцами остается стерильным и прозрачным. Но стоит отломить это изогнутое горлышко, позволив пыли упасть прямо в жидкость, — и через день-два бульон мутнеет, киша микробами.

Это был смертельный удар. Пастер не «портил воздух» и не «уничтожал жизненную силу». Он лишь механически предотвращал попадание зародышей извне. Опыт был воспроизводим, нагляден и понятен даже неспециалисту. Он доказал: микробы не самозарождаются. Они переносятся по воздуху, и у каждого из них есть свой «родитель».

Но Пастер пошел дальше. Чтобы окончательно похоронить теорию, он решил доказать, что воздух в разных местах содержит разное количество «зародышей». Летом 1860 года он совершил почти театральный вояж, взяв с собой десятки предварительно простерилизованных и запаянных колб с бульоном. На городской улице, на склоне холма, в поле, а затем — на леднике ледника Мер-де-Глас в Альпах он вскрывал колбы, на мгновение впускал воздух и снова запаивал. Результат был блестящим и предсказуемым: в пыльном городском воздухе почти все колбы загнивали. В горном — меньше. А из двадцати колб, открытых среди кристально чистого льда высоко в горах, испортилась лишь одна. «Нет, нет, сегодня не существует ни одного известного факта, с помощью которого можно было бы утверждать, что микроскопические существа зарождаются без зародышей, без родителей, подобных себе», — резюмировал Пастер в своей знаменитой лекции в Сорбонне в 1864 году.