Анатолий Смородинцев
Мир микробов
Среди огромного разнообразия живых существ, окружающих человека, есть существа, которые он узнал сравнительно недавно — около 300 лет назад. Это микробы — мельчайшие организмы, не видимые невооружённым глазом. С незапамятных времён человек сталкивался с различными проявлениями их жизнедеятельности. Он страдал от огромных бедствий, причиняемых болезнетворными микробами, использовал работу некоторых полезных микробов, но совершенно не представлял себе, что, кроме растений и животных, в окружающем его мире находятся мириады мельчайших существ, неустанно ведущих разрушительную и созидательную работу.
Только за последние десятилетия стала вырисовываться общая картина грандиозной деятельности в природе этих простых форм существования живой материи, их роль в геологических изменениях нашей планеты, их значение для медицины, сельского хозяйства, пищевой промышленности и других отраслей народного хозяйства. Ведущее значение в познании микробов и их роли в природе сыграли работы отечественных учёных-микробиологов.
В этой книге мы познакомим читателя с тем, что представляют собой микробы, как они живут, как люди научились бороться с вредными микробами и заставили работать на себя полезных микробов и какова роль отечественной науки в разрешении всех этих важнейших для человеческой практики вопросов.
Мы не видим микробов невооружённым глазом. Это зависит от самого устройства человеческого глаза. Человеческий глаз не может различать предметы, размеры которых меньше одной десятой миллиметра. Все, что меньше этой величины, оказывается недоступным самому острому человеческому глазу. А величина огромного большинства микробов измеряется не десятыми, а сотыми, тысячными и даже десятитысячными долями миллиметра. Немудрено, что микробы оставались невидимыми до того периода развития производительных сил человеческого общества, пока люди не овладели техникой приготовления увеличительных стёкол. Только изобретение оптических микроскопов позволило человеку заглянуть в неведомый до того мир величин.
Первым человеком, достоверно увидевшим микробы и сообщившим людям об их существовании, был Антон Левенгук, голландец, живший в конце XVII — начале XVIII века. Он не был профессиональным учёным; торговец сукнами, потом сторож судебной палаты, он в свободное от работы время увлекался изготовлением увеличительных стёкол и достиг совершенства в этом искусстве. Его стёкла, размером с булавочную головку, увеличивали до 200 раз. Левенгук отличался любознательностью и чрезвычайным упорством в своих научных изысканиях. Он рассматривал в свои увеличительные стёкла самые разнообразные тела, описывал и зарисовывал результаты своих наблюдений. Исследуя в свои лупы капли дождевой воды из бочки, загнившую настойку сена, он наблюдал огромное количество каких-то мельчайших телец, оживленно двигавшихся в капле. «Я исследовал, — пишет Левенгук, — слизь, которая залегает между зубами человека, и увидел, к великому своему удивлению, что в слизи находились крошечные создания, отличавшиеся необычайной подвижностью». Главное же, что поразило его, — это несметное количество этих созданий. «Во всём Соединённом Королевстве (т. е. Голландии) не наберётся столько жителей, сколько находится живых зверьков в моём собственном рту», — писал Левенгук.
Все свои наблюдения Левенгук объединил в книге «Тайны природы, открытые при помощи микроскопа», которая была им опубликована на латинском языке в 1695 г. В сохранившихся до наших дней экземплярах этой книги имеются изображения и описания этих «зверюшек», в которых без труда можно узнать не только крупных, но и мельчайших из видимых в оптические микроскопы существ — бактерий.
Так впервые простым человеком, учёным-самоучкой были открыты микробы, оказавшиеся впоследствии представителями наиболее распространённых на нашей планете живых существ.
Открытия Левенгука заинтересовали не только учёных, но и многих любознательных людей того времени. Пётр I был первым русским человеком, лично познакомившимся с работами знаменитого голландца. По описаниям очевидцев, Пётр в бытность свою в Голландии весной 1698 г. пригласил Левенгука на свою яхту и провёл 2 часа в рассматривании в увеличительные стёкла микроскопических объектов.
Пётр прекрасно понял значение микроскопа и микроскопических исследований для познания природы, и по его почину в 1724 г. в Петербурге механиком-конструктором машин и станков Андреем Нартовым (1683–1756 гг.) был составлен проект организации мастерских при Академии Наук, которые должны были изготовлять и оптические инструменты.
В 1726 г. в мастерские был зачислен зеркальный мастер Иван Елисеевич Беляев, которому «жалованье определено по 4 рубли на месяц, да мундир на три года». Иван Беляев явился родоначальником знаменитой семьи замечательных русских мастеров-оптиков, изготовлявших в России прекрасные микроскопы, ни в чем не уступавшие лучшим заграничным моделям. Этими микроскопами (рис. 1) пользовались и первые русские академики и многие русские люди, интересовавшиеся наукой. С беляевскими микроскопами работал и первый президент Российской Академии Наук Лаврентий Блюментрост и известный общественный деятель архиепископ Новгородский Феофан Прокопович. С такими же микроскопами, изготовленными сыном Ивана Елисеевича — Иваном Ивановичем Беляевым, впоследствии работал и корифей русской науки Михаил Васильевич Ломоносов.
Русская наука, созданная М. В. Ломоносовым (рис. 2), обязана ему также и широким внедрением микроскопа, как орудия научного исследования. Ломоносов был первым русским учёным, систематически применявшим микроскоп в своих научных работах. Впервые во всём мире он использовал микроскоп и для химических исследований. В течение всей своей жизни Ломоносов широко популяризировал в России сведения о микроскопе и микроскопических открытиях, посвящая им не только свои лекции и научные работы, но даже и поэтические произведения. В своём стихотворении «Письмо о пользе стекла» Ломоносов писал следующее о микроскопе:
Прибавив рост вещей, оно, коль нам потребно,
Являет трав разбор и знание врачебно.
Коль много микроскоп нам тайности открыл,
Невидимых частиц и тонких в теле жил!
Даже самим термином «микроскоп» вместо старинных «микроскопиум» и «микроскопия» мы обязаны гениальному русскому учёному.
Замечательные русские мастера-оптики XVIII века внесли много усовершенствований в конструкции современных им микроскопов, часто создавая новые, совершенно оригинальные модели, превосходившие по своим качествам заграничные.
По чертежам академика Эйлера в оптических мастерских Российской Академии Наук была построена впервые опытная модель усовершенствованного «ахроматического микроскопа», линзы которого не давали расплывчатых изображений, характерных для микроскопов того времени. В ахроматических линзах была уничтожена так называемая хроматическая аберрация, т. е. искажения, получающиеся в изображении предмета из-за различия в преломлении линзами проходящих через них лучей разного цвета.
В постройке этого микроскопа, кроме И. И. Беляева, принимал участие и знаменитый русский изобретатель-механик Иван Петрович Кулибин, приглашённый в 1769 г. в Петербург на должность руководителя академических мастерских (рис. 3).
Замечательный механик-самоучка, часовщик из Нижнего Новгорода, без чьей-либо помощи и совета, самостоятельно сконструировавший в 1764–1766 гг. телескоп, микроскоп и электрическую машину, И. П. Кулибин поднял работу оптической мастерской на большую высоту. За время своей более чем тридцатилетней работы в мастерских (до 1801 г.) он совместно с И. И. Беляевым и старшим мастером Василием Воробьёвым построил много отличных по тому времени микроскопов и других оптических инструментов.
Таким образом, уже в то далёкое время русские люди имели в своих руках первоклассные инструменты для наблюдений микроскопического мира, рассматривали микроскопические объекты и изучали их.
Правда, учёным того времени трудно было выявить роль микробов в жизни человека. Микроскописты той эпохи и не предполагали, что микробы являются возбудителями заразных болезней. Мало можно было узнать об их организации, а тем более об их деятельности при разглядывании капель гниющих настоев в несовершенные микроскопы. Даже через сто лет после открытия микробов известный учёный XVIII века Карл Линней не мог оценить значение микробов и неправильно объединил всех микробов в один биологический род, названный им «хаос». Он писал, что это «Таинственные… живые молекулы… разобраться в которых надлежит потомкам».
А пока по-прежнему грозные эпидемии продолжали бушевать по всем странам. Моровая язва (как тогда называли чуму), оспа, холера уносили тысячи человеческих жизней.
Человечество страдало не только от вредных, болезнетворных микробов. На протяжении человеческой истории и безвредные микробы не раз служили источником народных волнений, вызванных невежеством и суеверием, которые поддерживались церковниками. Особенную роль в этом отношении сыграла в руках церковников совершенно безвредная бактерия, продукты обмена которой применяются сейчас даже для лечения некоторых заболеваний, — так называемая палочка чудесной крови. Эта палочка при своем развитии на средах, содержащих углеводы, выделяет красный пигмент, похожий на свежую кровь.
В старинных летописях можно найти указания на неожиданное появление кровавых пятен на хлебе, в особенности на церковном хлебе — гостиях, хранившихся в сырых церковных помещениях. Эти кровавые пятна и представляют собой культуру палочки чудесной крови, развившейся на поверхности влажного хлеба. Церковники объясняли это колдовством, злыми кознями ведьм. Тысячи невинных людей, заподозренных в волшебстве, сжигались на кострах. Так церковь использовала народные суеверия для расправы с неугодными ей людьми.
Такой же суеверный ужас возбуждала другая безобидная бактерия — так называемая светящаяся бактерия, обладавшая способностью выделять вещества, медленно разлагающиеся с выделением света. Рыбы, мясные туши, трупы и даже пот и моча живых людей, на которых развивалась эта безвредная бактерия, начинали излучать таинственный фосфорический свет, нагонявший страх на невежественных людей.
Одним из первых людей в мире, выдвинувших предположение о том, что микробы являются возбудителями заразных заболеваний, был талантливый русский врач-учёный, развернувший свою замечательную деятельность в конце XVIII века, Данило Самойлович (1744–1805 гг.) (рис. 4). Принимая деятельное участие в борьбе со страшной эпидемией чумы, поразившей Москву в конце 1770 г., когда погибло около четверти населения города, Самойлович не соглашался с мнением большинства тогдашних врачей о незаразительности чумы и был убеждён, что она вызывается живым, микроскопически малым возбудителем. Он даже пытался разглядеть его в микроскоп и в своей работе о микроскопическом исследовании «яду язвенного», вышедшей из печати в Петербурге в 1792 г., писал: «яд язвенный… состоит из некоего особливого и совсем отменного существа, о коем никто прежде не знал и которое ныне исследовано мною через самоточнейшие микроскопические и иные наблюдения».
Что это было за «отменное существо», нам трудно судить. Это не был, конечно, чумный микроб, которого Самойлович не мог видеть в свой несовершенный микроскоп, дававший увеличение в пределах 95–190 раз. Для истории науки важно, что именно русский врач одним из первых правильно подошёл к пониманию роли микробов в возникновении и передаче заразных болезней. В то время большинство западноевропейских учёных были еще очень далеки от подобных прогрессивных взглядов. Почти целое столетие прошло, пока гениальная догадка Данилы Самойловича превратилась в стройное учение о микробах, как возбудителях различных процессов, происходящих в природе.
С конца XVIII и в начале XIX веков стали развиваться биологические науки, улучшались конструкции микроскопов, описывались и систематизировались различные микробы. Но учёные были еще далеки от понимания роли этих мельчайших существ в природе. Это был период накопления знаний о строении микробов, о разнообразии их форм, об их распространении в природе, но не об их деятельности. Лишь в середине XIX века стало возможным разобраться в линнеевском «хаосе» и создать основы учения о микробах. Как и во всех других областях знания, видную роль здесь сыграли работы русских учёных Тереховского, Ловецкого, Горяинова, Ценковского и многих других. Особенно велико значение в развитии новой науки о микробах — микробиологии — русского учёного, приобрёвшего своими работами мировую известность, Л. С. Ценковского (1822–1887 гг.) (рис. 5). Его можно по праву назвать отцом и создателем русской научной микробиологии. Ценковский первый в России широко применил микроскопы не только в научной, но и в педагогической деятельности. Своими красочными и доходчивыми лекциями он привлекал молодежь к изучению этого нового, многообразного мира. Будучи убеждённым последователем дарвинизма, он впервые приложил к изучению микробов эволюционные взгляды и правильно установил место микробов среди остальных животных и растительных организмов.
Крупным вкладом в науку о микробах явились работы знаменитого учёного Луи Пастера (1822–1895) (рис. 6). В своих исследованиях Пастер первый указал на значение жизнедеятельности микробов в обмене веществ в природе. Им было доказано, что микробы — грибки, дрожжи и бактерии — являются возбудителями процессов гниения и брожения в природе. Кроме того, им было установлено, что разным микробам свойственны различные биохимические функции. Оказалось, что каждый вид брожения — спиртовое брожение виноградного сока, молочнокислое брожение молока, уксуснокислое брожение вина — вызывается особым микробом. Пастер показал также, что микробы не могут самозарождаться в гниющих жидкостях, как это думали учёные того времени, а происходят от других микробов.
То, что Пастеру удалось доказать в отношении специфичности бродильных микробов, было сделано рядом учёных-бактериологов в отношении микробов — возбудителей заразных болезней человека. Учёные установили, что каждое из изученных ими заразных заболеваний человека вызывается совершенно определённым микроорганизмом. Немецкий бактериолог Роберт Кох (1843–1910 гг.) доказал, что возбудителем сибирской язвы являются особые бациллы, которые были еще раньше находимы в крови павших от сибирской язвы животных. Кох открыл и описал туберкулёзную палочку — возбудителя туберкулёза — заболевания, которое многими в то время не признавалось заразной болезнью. Он доказал, что азиатская холера вызывается особым вибрионом. Учёные открыли возбудителей и других болезней.
Огромную роль в развитии труднейших вопросов микробиологии, касающихся природы защитных сил человека и животных, сыграл великий русский учёный Илья Ильич Мечников (1845–1916 гг.), создавший учение об иммунитете — невосприимчивости к заразным болезням.
В результате этих замечательных открытий микробиология стала подлинной наукой о строении и деятельности мельчайших живых существ, о природе невосприимчивости к заразным микробам и способах борьбы с ними.
В короткий срок (80–90-е годы прошлого столетия) было открыто много новых микробов — возбудителей заразных заболеваний и различных процессов превращения веществ в природе. Уже казалось, что при каждом заразном заболевании человека, животных и растений могут быть выделены видимые под микроскопом микроорганизмы — возбудители этих заболеваний. Но странно, при некоторых заразных заболеваниях возбудитель их не мог быть обнаружен. Самые тщательные поиски микробов, вызывающих такие заболевания, как оспа, бешенство, корь, грипп, долго не приводили к положительным результатам. Пересматривались под микроскопом тысячи препаратов из тканей, органов и выделений больных и умерших. В сильнейшие микроскопы, с увеличением до 2000 раз, нельзя было увидеть ничего похожего на микроба.
Казалось, как и сто лет назад, человечество снова стоит перед неразрешимой тайной происхождения некоторых заразных болезней. Раскрытию этой тайны наука целиком обязана русским учёным.
В 1886 г. молодой русский врач, впоследствии почётный академик Академии Наук Союза ССР Н. Ф. Гамалея (1859–1949 гг.) (рис. 7) занимался изучением чумы рогатого скота — заразного заболевания, при котором также не удавалось выделить микроба. Гамалея пропустил кровь больного телёнка через фильтр, поры которого были так малы, что задерживали самых мельчайших из известных в то время бактерий. Профильтрованную, освобождённую от бактерий кровь он ввёл в вену здоровому телёнку. Телёнок заболел чумой. Таким образом, Гамалея впервые в мире доказал, что в крови больного чумой животного содержится какое-то заразное начало, частицы которого настолько мелки, что невидимы в микроскоп и проходят через самые мельчайшие поры фильтров. К сожалению, Гамалея не продолжил этих исследований, и окончательное доказательство существования в природе мельчайших микробов, не видимых в оптические микроскопы и проходящих через фильтры, было сделано через шесть лет (в 1892 г.) другим русским учёным-ботаником Д. И. Ивановским (1864–1920 гг.) (рис. 8).
Открытие Д. И. Ивановского было сделано при следующих обстоятельствах. В те годы в Крыму табачные плантации сильно страдали от так называемой мозаичной болезни табака. Изучив на месте это заболевание и не найдя под микроскопом видимых возбудителей, Ивановский отжал сок больного растения, пропустил его через фильтр и заразил профильтрованным соком другое здоровое растение. На табачных листьях вскоре появились характерные для заболевания мозаичные пятна (рис. 9). Предположив вначале, что вместе с соком в здоровое растение попал не живой возбудитель, а только его яд, Ивановский профильтровал сок этого заболевшего растения и заразил им третье, от третьего — четвёртое и т. д. Ивановский рассчитывал, что при последовательном переносе сока произойдёт разбавление яда и в конце концов сок окажется незаразным. На деле же оказалось наоборот, при каждом разведении болезнетворные свойства сока не ослабевали, а усиливались. В последнем растении сок оказался более заразительным, чем в первом. Из этого опыта Ивановский сделал совершенно правильный вывод: в больном растении происходит сильное размножение невидимого мельчайшего микроба.
Так были открыты мельчайшие, не видимые в оптический микроскоп микробы, не растущие на искусственных питательных средах и проходящие через такие поры фильтров, которые не пропускают даже самых мелких бактерий.
Эти мельчайшие микробы были названы фильтрующимися вирусами или просто вирусами[1].
Русский ботаник Д. И. Ивановский и явился основоположником нового раздела науки о микробах — так называемой вирусологии. Через пять лет после открытия Ивановского учёные описали первый фильтрующийся вирус, вызывающий заразное заболевание животных, — ящур. Изучением вирусов теперь занялись учёные всего мира, и за сравнительно короткий промежуток времени были найдены десятки различных вирусов — возбудителей заразных заболеваний человека, животных, растений и даже бактерий. В дальнейшем было установлено, что к этой группе микробов принадлежат возбудители оспы, бешенства, энцефалита, гриппа, кори, желтой лихорадки и еще целого ряда заболеваний человека. Основная масса заразных заболеваний растений также вызывается вирусами. Свойствами вируса обладает и бактериофаг — невидимый микроб, растворяющий бактерий.
Открытие новой группы микробов — фильтрующихся вирусов — имело огромное практическое и научное значение. Хотя вирусы казались исследователям невидимыми почти до 1940 г. — до широкого использования так называемого электронного микроскопа, дававшего увеличение в десятки тысяч раз, — их свойства были хорошо изучены. Учёные доказали, что вирусы имеют белковый состав. Было доказано, что они размножаются, изменяются под влиянием изменений условий жизни и передают свои свойства по наследству. Точнейшие измерения величины вирусов показали, что некоторые из них так малы, что их размеры не превышают размеров белковых молекул. Таким образом, было доказано, что вирусы, обладая всеми свойствами жизни, не имеют клеточного строения, как остальные микробы и простейшие. Наиболее элементарной формой существования живой материи оказалась не клетка, а комочки живого белка.
С открытием вирусов значительно расширились наши представления о жизни. От вируса энцефалита — крошечной частицы, диаметром в стотысячные доли миллиметра, до тридцатиметрового кита — все это различные формы существования жизни на нашей земле.
Итак, микробами называются мельчайшие живые организмы, невидимые простым глазом. Как мы узнали из предыдущей главы, к микробам относятся разнообразные формы живой материи, имеющие как клеточную, так и неклеточную организацию.
Различают следующие основные группы микробов: простейшие, микроскопические грибки и дрожжи, актиномицеты, бактерии и спирохеты, риккетсии, фильтрующиеся вирусы.
Каждая группа обладает более или менее характерными для всех представителей группы свойствами, указывающими на общность их происхождения, и различной сложностью организации.
Наиболее высокую степень организации мы находим среди представителей группы простейших. Это одноклеточные организмы животного происхождения. Они обладают сравнительно крупной величиной — до 40–50 микрон (микрон равен одной тысячной доле миллиметра). Их-то в основном и наблюдали в свои лупы первые микроскописты XVII и XVIII веков. Клетка некоторых простейших чрезвычайно сложно устроена. Рассмотрим в качестве примера строение инфузории — одного из наиболее распространённых в природе представителей простейших животных, которого можно найти почти в любой луже (рис. 10). Здесь в одной и той же клетке мы находим и ядро с ядрышком, и многочисленные органы движения — реснички, окружающие толстую клеточную оболочку, и ротовое отверстие с глоткой, и выделительные органы — порошицу, и так называемые сократительные вакуоли, и сложную сеть мельчайших мышечных волоконец, позволяющих инфузории активно изгибаться.
Еще более сложно строение некоторых простейших — радиолярий (рис. 11). К этой же группе принадлежит и относительно просто устроенная амёба — голый комок протоплазмы с ядром (рис. 12). Все эти организмы обладают животным типом питания — многие из них типичные хищники и поедают более мелких микробов; многие, перейдя на паразитический образ жизни, питаются красными кровяными клетками (эритроцитами) человека и животных или продуктами их распада. Среди простейших имеются и возбудители сонной болезни, дизентерии и некоторых других болезней.
Более однотипно строение следующей группы микробов — грибков, принадлежащих вместе с актиномицетами и бактериями уже к растительным организмам. Это или одноклеточные или многоклеточные организмы. Клетка состоит из протоплазмы с ядром, окружённой более толстой оболочкой. Тело некоторых микроскопических грибков состоит из многих клеток, соединённых в переплетающиеся нити. Это так называемые плесневые грибки или плесени (рис. 13). Они могут питаться самыми разнообразными органическими веществами и при достаточном количестве влаги часто развиваются на хлебе, крупе, кожаных изделиях, чернилах и других объектах. Хотя плесени состоят из многих клеток, но каждая отдельная клетка способна прорастать в целый организм. Некоторые плесневые грибки имеют большое практическое значение: из них добывают замечательные лекарства, например пенициллин.
Другие виды микроскопических грибков существуют в виде отдельных овальных или округлых клеток. Это дрожжи. Некоторые виды дрожжей применяются в пищевой промышленности (рис. 14). Среди грибков встречаются и возбудители заразных болезней человека, животных и растений. Особенно часто грибки вызывают различные кожные заболевания: паршу, стригущий лишай, молочницу, эпидермофитию.
Актиномицеты — группа, промежуточная между грибками и бактериями. Они походят на грибки тем, что тело их также состоит из многих клеток и образует ветвящиеся, переплетающиеся нити, только нити эти гораздо тоньше, чем нити грибков, и приближаются по толщине к бактериям (рис. 15). Сближает их с бактериями также отсутствие обособленных ядер в клетках. Ядерное вещество у актиномицетов и бактерий распределено по всей протоплазме клетки. Эти бактериоподобные грибы чрезвычайно нетребовательны к выбору пищи и питаются такими веществами, которые негодны для питания большинства других организмов. Поэтому актиномицеты очень широко распространены в природе.
Еще проще строение бактерий (рис. 16). Большинство бактерий — одноклеточные организмы величиной от 1 до 5 микрон. По форме своего тела бактерии различаются мало. Известны только три основные формы: шарообразная, палочковидная и извитая. Бактерии, имеющие шарообразную форму, называются кокками, палочковидную — бактериями и бациллами, а извитую — вибрионами и спириллами. Некоторые виды бактерий имеют жгутики, с помощью которых они передвигаются (рис. 17).
При относительном однообразии своей формы бактерии чрезвычайно разнообразны по своим жизненным проявлениям. Многие из них являются возбудителями ряда заразных заболеваний человека — чумы, холеры, брюшного тифа, дизентерии и др. Многие вызывают заразные заболевания животных и растений. Размножаются бактерии поперечным делением на две части. Почти все известные бактерии можно выращивать на искусственных питательных средах.
Следующая группа — риккетсии — является как бы переходной между бактериями и вирусами. По некоторым своим свойствам риккетсии походят на бактерии, а по некоторым — на вирусы. Так же, как бактерии, они имеют клеточное строение, но размеры их клеток чрезвычайно малы — значительно меньше 1 микрона. Они едва видны при рассматривании в микроскоп с увеличением в 1500–2000 раз, но не проходят через фильтры, пропускающие вирусы, чем и отличаются от вирусов.
Главное отличие риккетсий от бактерий, сближающее риккетсии с вирусами, это то, что они не растут на искусственных питательных средах. Для своего развития они требуют живых или в крайнем случае так называемых переживающих тканей животного; они поддерживают свою жизнедеятельность, проникая внутрь клеток и размножаясь в них. Риккетсии являются, таким образом, абсолютными внутриклеточными паразитами и могут жить только используя живые клетки организма-хозяина. К риккетсиям относятся возбудители сыпного тифа и ряда других заболеваний, передающихся кровососущими насекомыми.
Внутриклеточный паразитизм — свойство, присущее также и вирусам. Так же, как и риккетсии, вирусы способны размножаться только в живых клетках. Но, как мы уже говорили, вирусы не имеют даже подобия клеточного строения. Все тело вирусов — это крошечный белковый комочек, в основном состоящий из сложного белка — нуклеопротеида (соединение белка с нуклеиновой кислотой). Некоторые вирусы, поражающие растения, способны даже к кристаллизации. По некоторым своим свойствам вирусы приближаются к неживой материи. Вирус, извлечённый из живой клетки, в которой он паразитирует, не проявляет свойств живой материи: в нём нельзя найти даже следов обмена веществ, многие вирусы в таком состоянии можно осаждать, растворять, кристаллизовать, т. е. обращаться с ними не как с живым существом, а как с химическим веществом. Но стоит вирусу после всех этих манипуляций попасть в восприимчивую к нему живую клетку, как он снова начинает интенсивно размножаться, образуя новые, подобные себе частицы. Следовательно, вирус обладает наследственностью. При изменении условий существования вирус изменяется и передает при размножении эти изменения своим потомкам. Следовательно, наследственность вируса может быть изменена под влиянием условий жизни. Некоторые вирусы обладают очень тонкими и целесообразными приспособлениями, обеспечивающими их распространение в природе. Ясно, что такие приспособления возникли в процессе долгой эволюции вирусов.
Все эти свойства — размножение, наследственность, изменчивость, способность к приспособлению и эволюции — присущи только живой материи. Поэтому мы и считаем вирусы живыми.
Итак, мы кратко познакомились со строением основных групп микробов. Оказалось, что в этом мире мельчайших живых тел наблюдается не меньшее разнообразие строения, чем среди видимых невооружённым глазом многоклеточных животных и растений — от нескольких молекул вирусного белка, стоящего на грани неживой материи, но все же обладающего всеми важнейшими свойствами живого, до сложнейшей клетки инфузории.
В одной из следующих глав мы узнаем, как произошли современные микробы. Мы узнаем, что жизнь, эта высшая форма существования материи, возникла не сразу в виде готовой клетки, а через ряд все более и более сложных неклеточных ступеней развития белка. «Прошли, вероятно, тысячелетия, — писал Энгельс, — пока создались условия, при которых стал возможен следующий шаг вперед и из этого бесформенного белка возникла благодаря образованию ядра и оболочки первая клетка» (
Различные микробы обладают различными размерами. В этом мире невидимых есть и великаны и карлики. По сравнению с частицей вируса полиомиелита (возбудителя, поражающего нервную систему человека) диаметром в 10 тысячных микрона дрожжевая клетка, имеющая в поперечнике 10 микрон, является гигантом, превышающим по своей величине вирус в 1000 раз. А дрожжевая клетка еще не самый крупный микроб. Есть и бактерии-гиганты, например, серная бактерия, так называемая беггиатоа, диаметр ее клетки равен 40 микронам. Но при сравнении величин микробов следует учитывать не только диаметр, а их объёмные размеры. Мелкая бактерия шарообразной формы, называемая стафилококком и вызывающая гноеродные заболевания человека, имеет диаметр, равный 1 микрону. Диаметр шарообразного вируса гриппа равен 1/10 микрона. Как будто бы разница не так велика, всего в 10 раз. Но подсчитайте, сколько шариков с диаметром в 1/10 микрона можно уложить в шарик диаметром в 1 микрон!
Невольно возникает вопрос: неужели при столь ничтожных величинах микробы могут играть большую роль в природе? Что может сделать тельце, имеющее размеры в тысячи и десятки тысяч раз меньшие, чем песчинка?
Действительно, одна микробная особь слишком мала, чтобы проявить ощутимое действие, но вследствие способности к чрезвычайно быстрому размножению микробы всегда производят работу большими скоплениями, насчитывающими миллиарды отдельных особей.
Средняя скорость деления бактерии, помещённой в искусственную питательную среду, равна 20 минутам. Поэтому одна бактерия уже через 10 часов может дать потомство, насчитывающее до миллиарда и более особей. Правда, по мере размножения в одном и том же объёме питательной среды в ней накапливаются вредные продукты обмена веществ, истощаются и пищевые ресурсы. Поэтому скорость размножения несколько замедляется, а через сутки и почти совсем приостанавливается. Но все же в суточной культуре количество бактерий может дойти до одного-полутора миллиардов в 1 миллилитре питательного мясного бульона. При такой густоте культуры составляющая её масса бактерий становится видимой уже невооружённым глазом: прозрачный при засеве бульон становится мутным.
В естественных условиях существования микробы размножаются также чрезвычайно быстро и образуют большие массы особей в малых объемах. В одной капельке гноя из нарыва можно найти миллионы гноеродных бактерий.
На старых сахарных заводах, где производство не было механизировано, нередко сладкий свекловичный сок, находившийся (в огромных чанах, за 10–12 часов превращался в вязкую слизистую массу, почти целиком состоящую из бактерий, которые превращают свекловичный сахар в вискозу, уже непригодную для сахарного производства. Бактерии эти, называемые лейконостоками, попадают в чан вместе с землёй, пристающей к поверхности свёклы. В почве же число микробов нередко исчисляется десятками миллионов в 1 грамме.
Ещё более удивительна быстрота размножения и накопления живой массы у многих вирусов: одна частица бактериофага — вируса бактерий, паразитирующего внутри бактериальной клетки, — уже через 13–15 минут после проникновения в живую клетку вызывает её распад, причём образуется больше сотни новых частиц бактериофага. Таким образом, в одной пробирке, содержащей 5 миллилитров бульона, после распада бактерий, первоначально заражённых одной частицей бактериофага, может накопиться до 500 миллиардов особей его.
Другим свойством микробов, способствующим сохранению и выживанию их в природе, является исключительная стойкость к вредным воздействиям окружающей среды — температурному воздействию, высушиванию, атмосферному давлению, ядовитым веществам. По своей выносливости многие микробы превосходят в этом отношении все известные нам живые существа. Можно ли себе представить организм, выдерживающий многочасовое пребывание в кипящей воде?
Оказывается, что некоторые бактерии, способные образовывать так называемые споры — тельца с толстой оболочкой и сгущённой, обезвоженной протоплазмой (рис. 18), — в этом состоянии сохраняют жизнеспособность даже после нескольких часов кипячения. Убить такие споры бактерий можно только после прогрева их при температуре 115–125°[2]. Для этого используют специальные приборы, так называемые автоклавы (рис. 19). Эти автоклавы и применяются в лабораториях, хирургических отделениях больниц, на фабриках перевязочных материалов, на консервных заводах — везде, где требуется уничтожить всех (в том числе и наиболее стойких — спорообразующих) бактерий. Процесс этот называется обеспложиванием, или стерилизацией.
А многие микробы не только переносят, но даже предпочитают высокие температуры. Эти теплолюбивые бактерии прекрасно развиваются и размножаются при температуре 60–70°, т. е. при той температуре, при которой свёртываются и разрушаются белки других организмов. Такие бактерии живут обычно в горячих источниках, в прогреваемых солнцем поверхностных слоях почвы, в гниющем навозе и т. д.
Еще менее чувствительны бактерии к низким температурам, при которых они впадают в состояние оцепенения, но не погибают. Бактерии выдерживают многочасовое пребывание при температуре жидкого водорода –253°. Зимние морозы легко переносят даже такие нежные, не имеющие спор бактерии, как холерный вибрион. Советский микробиолог проф. В. О. Таусон находил в вечно мёрзлой почве Памира на высоте 4000 метров над уровнем моря вполне жизнеспособных бактерий, которые развивались при 0°. А некоторые холодолюбивые микробы развиваются и при температуре –2° — –4°. Они, между прочим, часто являются причиной порчи продуктов в холодильниках. При 40° мороза вирусы сохраняются годами, не теряя заразительности для человека или животных. Некоторые микробы хорошо переносят и высушивание.
Споры бактерий сохраняют жизнеспособность в высушенном состоянии в комках земли десятки лет. В высохшей мокроте больного туберкулёзная палочка сохраняется до 10 месяцев.
Эти два свойства микробов — способность к очень быстрому размножению и устойчивость к вредному действию температуры и высушиванию — дают им возможность выживать в разнообразных условиях существования и, несмотря на свою ничтожную величину, играть большую роль в общем круговороте веществ в природе.
Каким же образом участвуют микробы в круговороте веществ?
Нет места на поверхности нашей планеты, где бы не было микробов. И на Крайнем Севере, и в знойной пустыне, в луже воды и на дне морей и океанов, в стратосфере и на глубине сотен метров под землей — везде можно найти микробов. Множество микробов обитает в почве, на поверхности тела здоровых животных и человека, в его кишечнике и полости рта, в пищевых продуктах. Поверхность тела и кишечник новорожденного уже через несколько часов после рождения заселяются микробами. Можно сказать, что вся жизнь человека, животных и растений проходит в постоянном общении с микробами.
Если мы простерилизуем, т. е. освободим от микробов путём нагревания при 120° какой-нибудь предмет, например кусок бинта, и положим его на стол в комнате, то уже через несколько минут на поверхности бинта окажутся десятки и даже сотни этих невидимых существ, осевших на бинт из воздуха. Бинт станет нестерильным и негодным для перевязки раны. Откуда в воздухе появились микробы? Оказывается, микробы вследствие своего чрезвычайно малого веса могут очень долгое время находиться во взвешенном состоянии в воздухе. А вес микробов так мал, что на 1 грамм приходится 100 миллиардов бактерий! При самых мелких, незаметных для нас движениях воздуха высохшие микробы поднимаются с почвы, с подсохших пищевых продуктов и других мест их обитания и часами плавают в воздухе. Эта способность находиться длительное время во взвешенном состоянии позволяет микробам передвигаться вместе с токами воздуха на громадные расстояния и широко расселяться во внешней среде.
Если микробная клетка в конце концов осядет на благоприятную для ее развития среду, то она выходит из оцепенения и начинает быстро размножаться.
Какие же условия являются благоприятными для жизни микробов? «Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является
Для того, чтобы жить, развиваться, размножаться, микроб должен питаться — он должен перерабатывать вещества внешней среды в вещества собственного тела, т. е. усваивать различные химические соединения.
При росте и развитии микробной клетки совершается большая работа. Энергия для этой работы образуется при разложении химических соединений. Это разложение и сопровождается выделением свободной энергии. Обычно свободная энергия выделяется при окислении (соединении с кислородом) различных веществ. Вещества при окислении сгорают. Этот процесс лежит в основе акта дыхания.
Таким образом, микробы, как и все другие живые существа, должны питаться и дышать.
Кроме питания — ассимиляции, в живой клетке идут и процессы обратного порядка — частицы живого тела распадаются и заменяются новыми. В ещё большем количестве распадаются в микробной клетке те химические соединения, которые освобождают необходимую для работы энергию или служат для построения других веществ клеточного тела. Эти два взаимосвязанных процесса — процесс построения вещества своего тела (ассимиляция) и процесс распада (диссимиляция) — и составляют основу обмена веществ, основу жизнедеятельности всего живого.
Возвращаясь к ранее поставленному вопросу о том, какие же условия являются благоприятными для жизнедеятельности микроба, мы можем ответить теперь, что эти условия должны прежде всего предоставлять микробу возможность питаться и получать энергию для работы.
Мы знаем, что для человека и животных эти условия относительно ограничены: для дыхания человеку и животным необходим свободный кислород воздуха, а для питания — сложные готовые органические вещества, обязательно содержащие белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные соли и воду. Для животных и человека важно еще, чтобы эти вещества были в усвояемой форме, так как не каждый белок, углевод или жир может быть ассимилирован и превращён в вещества, из которых состоит их собственное тело.
Многие микробы в этом отношении значительно менее притязательны. Любое живое тело состоит из кислорода, водорода, азота, углерода и некоторых простейших минеральных солей. Свою потребность в кислороде и водороде, которые идут на построение их тела, микробы покрывают за счёт воды. В воде всегда находятся и необходимые им минеральные соли, содержащие фосфор, серу, железо и некоторые другие элементы. Потребление же остальных, особенно важных для построения тела элементов — углерода и азота — многие микробы осуществляют не только за счёт белков, жиров и углеводов, но и за счёт почти всех химических соединений, содержащих эти два элемента. Даже свободный азот атмосферы усваивается некоторыми микробами и переводится ими в содержащие азот белковые соединения их тела.
Не следует думать, что все микробы в одинаковой степени способны к утилизации любых соединений, содержащих азот и углерод. Наоборот, в этом отношении у разных групп микробов наблюдаются поразительное разнообразие и специализация. Некоторые микробы усваивают эти соединения из простейших неорганических соединений, например, азот из аммиака, а углерод из углекислого газа. Другие микробы потребляют углерод и азот только из сложных органических веществ, например, углерод из сахара, крахмала, клетчатки, а азот из белковых соединений погибших клеток животных и растений. Наконец, есть микробы, а к ним принадлежат почти все болезнетворные возбудители, которые используют соединения, входящие в состав тела живых растений, животных и человека. Это микробы-паразиты.
Что же касается выработки энергии, то здесь микробы отличаются еще большим разнообразием. Процесс дыхания человека, животных и растений сводится к окислению — сжиганию свободным кислородом воздуха углеводов (сахара и др.), в результате чего углевод распадается на углекислоту и воду, с выделением значительной тепловой энергии. Микробы могут окислять не только сахара, но и различные другие органические (спирты, аминокислоты) и даже минеральные соединения, например, сероводород, аммиак, соли железа, а также нефть, парафин, воск. Все эти микробы называются аэробами (от греческого слова «аэр» — воздух).
Особенно удивительно, что некоторые микробы могут получать нужную им энергию не только путём окисления питательных веществ свободным кислородом воздуха, но и путём бескислородного распада сложных соединений. При этом окисление (а следовательно, и выделение энергии) происходит за счёт кислорода, который уже находился в связанном состоянии в молекуле расщепляемого сложного соединения. Такие микробы называются анаэробами, они не нуждаются в свободном кислороде воздуха, наоборот, для многих анаэробов кислород является ядовитым веществом. Анаэробный распад безазотистых соединений называется брожением. Брожение виноградного сока при его превращении в вино, скисание молока в простоквашу — все это примеры анаэробного безазотистого распада, производимого микробами.
Ясно, что при таком чрезвычайном разнообразии способов питания и дыхания условия, благоприятствующие жизнедеятельности микробов, оказываются значительно более широкими, чем для человека, животных и высших растений. Становится понятным широчайшее распространение микробов на поверхности нашей земли.
Попав в пищевые продукты, столь богатые высокопитательными соединениями, микробы очень быстро здесь размножаются. На поверхности человеческого тела микробы питаются пóтом, клетками эпителия и выделениями сальных желез. В ротовой полости, кишечнике микробы находят просто роскошные условия жизни — тепло, влагу, остатки пищи — и размножаются здесь не хуже, чем в лабораторном бульоне. Некоторым микробам удаётся пробраться и в кровь человека и во внутренние органы его. Преодолевая защитные силы организма, такие болезнетворные микробы быстро здесь размножаются, вызывая в таких случаях заболевания человека.
В почве, воде, на поверхности скал и в глубинах морей и океанов микробы также находят для себя необходимое количество пищи. Некоторые виды микробов способны довольствоваться самыми простейшими соединениями, содержащими углерод и азот, или усваивать такие несъедобные вещества, как каменный уголь, нефть, керосин, нафталин, бензол и даже ядовитую карболовую кислоту, если она даётся в небольших концентрациях (0,05 процента). Ясно поэтому, что развитие микробов нередко совершается в самых трудных для жизни условиях.
Вот эта-то исключительная способность микробов использовать самые различные соединения и определяет их огромную роль в общем круговороте веществ в природе.
Несложно было устройство лаборатории первых микробиологов. Основное «орудие производства» — лупа или примитивный микроскоп. Стеклянные или слюдяные пластинки, на которые при помощи тонкой стеклянной трубочки помещалась капелька мутного зловонного настоя травы или сена, цветов или мяса и прочих попавших под руку животных и растительных остатков. Вот и все оборудование лаборатории ученого XVIII и первой половины XIX веков.
В капле гниющей жидкости перед взором любознательных микроскопистов открывался неведомый мир разнообразных мельчайших существ. В одном и том же поле зрения микроскопа виднелись и быстро пробегающие клетки простейших животных, и одноклеточные растения с длинными жгутиками, и медленно двигающиеся, постоянно изменяющие форму своего тела амёбы, и более мелкие, извитые наподобие штопора нити, и мельчайшие шарики и палочки, форму и строение которых уже почти не удавалось рассмотреть.
Трудно было разобраться во всем этом многообразии форм, и совсем немыслимо было изучать в этой смеси биологию каждого отдельного представителя микробного мира.
Для того, чтобы подробно изучить жизнедеятельность отдельного микробного вида, его цикл развития, его физиологические функции, необходимо было изолировать его из всей массы различных организмов и пересадить в свежую питательную среду, в которой он мог бы размножаться, как теперь говорят, в чистой культуре, т. е. без примеси других организмов.
Для этого нужно было так приготовить питательную среду, чтобы она не содержала других посторонних зародышей. Среда должна была быть обеспложена, простерилизована[3].
Микробиологи той эпохи еще не были знакомы ни с методами изолирования микробов в чистые культуры, ни с методами приготовления обеспложенных — стерильных питательных сред.
Пастер первый научил нас приготовлять вполне обеспложенные питательные среды; колбы и пробирки он закрывал ватными пробками и стерилизовал сухим жаром при 150°—170° (рис. 20). После стерилизации сосуды наполнялись питательным мясным бульоном и кипятились. После кипячения бульон оставался стерильным, так как зародыши убивались нагреванием, а ватная пробка, хорошо пропускающая воздух, являлась вместе с тем надёжным препятствием для микробов, оседавших в её толще.
Правда, некоторые бактерии, обладающие спорами, выдерживают кипячение в течение нескольких часов. Чтобы убить споры, приходится нагревать питательные среды при более высокой температуре — 125°, которая создаётся добавочным давлением в автоклаве. Аппарат, стерилизующий под давлением, — автоклав, — который теперь применяется для обеспложивания во всех микробиологических лабораториях, был внедрён в конце прошлого столетия в бактериологическую практику русским врачом Гейденрейхом.
Существуют питательные среды, которые изменяют свой химический состав при нагревании в автоклаве. Для таких сред был разработан метод так называемой дробной стерилизации, позволяющий добиться полного обеспложивания путём трёхкратного кипячения при температуре 100° с промежутком в одни сутки. Этот метод основан на том, что споры, не убитые при первом кипячении, прорастают, теряя тем самым стойкость к нагреванию, и убиваются при повторных прогревах.
Те же жидкости, которые совершенно не выдерживают нагревания, стали обеспложивать процеживанием через мелкопористые фильтры, сделанные из угля, асбеста и каолина, инфузорной земли. Если пропустить жидкость, содержащую микробы, через такой фильтр, то даже самые мелкие бактерии прилипнут к порам фильтра и застрянут в них. Жидкость окажется обеспложенной. Только самые мельчайшие микробы — фильтрующиеся вирусы — пройдут через такой фильтр. Пройдут через фильтр также и жизнеспособные частицы бактериальной клетки, так называемые фильтрующиеся формы бактерий.
Таким образом, сейчас в распоряжении микробиолога имеется целый ряд способов получения обеспложенных стерильных питательных сред.
Как же вырастить в такой среде чистую культуру микроба, т. е. культуру, происходящую из одной единственной клетки интересующего нас вида? Как выделить нужную нам клеточку диаметром в несколько тысячных долей миллиметра из смеси миллиардов особей, населяющих разводку микробов в жидкой среде?
Было предложено разводить такую среду какой-нибудь простерилизованной жидкостью (водой, солевым раствором) до тех пор, пока в одной её капле не будет содержаться только одна клетка микроба. Такой каплей заражали стерильную питательную среду.
Но этот сложный и трудоёмкий метод не давал всё же абсолютной гарантии чистоты культуры: можно ли быть уверенным, что в капельке действительно находится только одна микробная клетка? Удостовериться в этом можно было только при помощи микроскопа. Выделение чистых культур из одной клетки производится под микроскопическим контролем: на поверхность тоненького стерильного стёклышка (так называемого покровного стекла) стерильным чертёжным пёрышком наносят ряд крошечных капелек из разведённой питательной жидкости, содержащей микробов. Покровное стекло с каплями накладывается на предметное стекло с углублением, края обмазываются вазелином, и получается невысыхающая влажная камера. Микробиолог тщательно просматривает под микроскопом содержимое капелек и отмечает те капли, где находится только по одной клетке. Затем микроскоп вместе с препаратом ставится в особый шкаф — термостат — прибор, сохраняющий постоянную температуру, в котором культивируются разводки микробов. При благоприятной температуре микробная клетка начинает делиться, и скоро в капельке разрастается целое скопление микробов — потомков одной клетки. При помощи простерилизованной над пламенем горелки платиновой иголочки или петельки, вставленной в петледержатель, такой капелькой можно заразить колбу или пробирку с питательной средой и получить в нужном количестве чистую культуру из одной клетки. В последние годы сконструированы особые приборы, так называемые микроманипуляторы, которые дают возможность под контролем микроскопа подхватить тончайшей стеклянной петелькой или пипеткой одну микробную клетку и перенести её в свежую питательную среду. Советский ученый проф. Б. В. Перфильев недавно разработал способ изготовления тончайших стеклянных капилляров. Его прибор, так называемый микроселектор, позволяет под контролем глаза выловить и затянуть в капилляр одну клеточку мельчайшей бактерии, затем автоматически стерильно отломить содержащий эту клетку кусочек капилляра и заразить им свежую питательную среду.
Но обычно в своей текущей работе микробиолог применяет более простой способ получения чистых культур — выделение их на плотных питательных средах. Оставьте в комнате на 10–15 минут тоненький ломтик картофеля и потом, предохранив его от высыхания, поместите на сутки в термостат. Вы увидите, что на поверхности ломтя появились мелкие округлые образования грязно-белого, жёлтого и красноватого цвета. Это так называемые колонии микробов, осевших из воздуха на поверхность картофеля и размножившихся там до видимых невооружённым глазом скоплений (колоний). Каждая колония — это миллиардное потомство одной особи, приставшей к влажной поверхности картофеля. Р. Кох первый обратил внимание на то, что таким путём можно легко выделить чистую культуру микроба, и предложил свой метод «пластинчатых разводок», в которых развивались отдельные колонии, происходящие из одиночных клеток. Кроме ломтей картофеля и моркови, Кох предложил применять в качестве плотной питательной среды питательный мясной бульон, к которому прибавлено 10 процентов желатины. Получается плотный студень, на котором прекрасно развиваются отдельные колонии (рис. 21). Но так как желатина разжижается при 22–26° и не может выдержать температуры термостата, при которой обычно выращивают болезнетворных микробов, то она была заменена агар-агаром, который также придает плотность питательной среде, но плавится только при 100°, а застывает при 40–45°.
Кох разливал свои желатиновые питательные среды на стеклянных пластинках, которые покрывал затем стеклянными крышками. Но этот способ оказался непрактичным. Пластинки Коха легко зарастали посторонними микробами, попадавшими из воздуха. В 1885 г. уже упомянутый нами доктор Гейденрейх, которому русская микробиология обязана тщательной разработкой и усовершенствованием методов исследования микробов, предложил вместо коховских пластинок специальные двойные стеклянные чашечки с крышками, хорошо предохранявшие культуры от загрязнения. Позднее такие же чашечки были описаны в германском микробиологическом журнале зарубежным микробиологом Петри и незаслуженно получили в литературе его имя.
Теперь методика выделения чистых культур стала довольно несложным делом (рис. 22). Разливают в чашки Гейденрейха-Петри расплавленную агаровую питательную среду, которая уже через несколько минут превращается в плотную пластинку. Потом размазывают по поверхности пластинки при помощи простерилизованной платиновой петли или стеклянного шпателя материал, содержащий микробные клетки, и ставят чашку в термостат. Через сутки на поверхности агаровой пластинки вырастают отдельные колонии микробов. Из этих-то колоний с помощью стерильной петли и производится отсев чистых культур в колбы или пробирки (рис. 23), содержащие стерильную питательную среду.
После введения методов чистых культур в практику лабораторных исследований микробиология стала развиваться бурным темпом. Кроме питательных сред, приготовленных из мяса, картофеля, хлеба, солода, стали применять свёрнутый яичный белок, кровяную сыворотку, цельную кровь. На этих средах прекрасно росли многие болезнетворные и гнилостные микробы.
Однако вскоре оказалось, что применявшиеся среды пригодны для выращивания далеко не всех микробов. На них хорошо росли только микробы, привыкшие и в природных условиях усваивать сложные органические соединения. Когда учёные попытались исследовать различные биохимические процессы, происходившие в почве, и выделить чистые культуры почвенных микробов, то выяснилось, что на обычных средах вырастают только гнилостные микробы. Ни за что не удавалось выделить в чистой культуре и уже известных в то время микробов, так называемых нитрификаторов, окисляющих конечный продукт гниения белков — аммиак в соли азотной кислоты. А не располагая чистыми культурами микробов, учёные не могли разобраться в физиологии этих организмов. Не удавалось выделить и другую чрезвычайно важную группу почвенных микробов — азотфиксирующих бактерий.
Открытием методов культивирования этих микробов мы обязаны «отцу почвенной микробиологии», знаменитому русскому микробиологу С. Н. Виноградскому. Микробы-нитрификаторы не растут на плотных мясных средах потому, что они не могут использовать сложные органические соединения — решил Виноградский. Чтобы их вырастить, нужно приготовить раствор из простейших минеральных солей, содержащих аммиак в качестве единственного источника азота. В такой жидкости не будут расти обычные гнилостные микробы, неспособные довольствоваться столь простыми соединениями. Опыты блестяще подтвердили предположение Виноградского: процесс нитрификации исправно шёл в этой простейшей питательной среде. Но как выделить чистую культуру этих бактерий, не растущих на плотной питательной среде? И тут Виноградский применил следующий чрезвычайно оригинальный метод: он делал высевы не из выросших колоний, а из пустых мест чашки с плотной питательной средой, на которой была засеяна смесь, содержавшая нитрифицирующие бактерии. Он совершенно правильно предположил, что там оставались неразвившиеся нитрифицирующие бактерии. Прикасаясь к пустым местам платиновой петлёй и перенося материал в минеральный раствор, он постепенно получил в этой накопительной среде чистую культуру нитрифицирующих бактерий.
Метод избирательных сред, впервые предложенный Виноградским, сейчас прочно вошёл в практику выделения чистых культур разнообразных микробов. В связи с этим чрезвычайно усложнилась микробиологическая «кухня», в которой сейчас изготовляют сотни различных по своему составу сред, каждая из которых составлена соответственно узко специализированным природным потребностям микроба. Есть микробы, для которых мы до сих пор не умеем приготовить искусственные питательные среды, — это вирусы и риккетсии. О них мы узнаем в отдельной главе.
Но мало научиться разводить микробов. Чтобы проникнуть в тайну строения этих мельчайших существ, нужно их рассмотреть, изучить их форму и внутреннее строение. Нужно понаблюдать, как ведёт себя микроб в организме человека, животного и растения.
Что мог увидеть микроскопист начала прошлого века, изучавший капельку загнившей воды под своим примитивным микроскопом? В лучшем случае только форму наиболее крупных микробов. Он не мог разглядеть деталей внутреннего строения бактерий и уж, конечно, не видел ни одного, даже самого крупного вируса.
Первое усовершенствование было внесено во второй половине XIX века и заключалось в применении методов окраски микробов. Дело в том, что тело микробов жадно воспринимает некоторые краски. Поэтому микробы становятся хорошо видимыми на бесцветном фоне препарата. Введение методов окраски микробов позволило вскрыть многие подробности и показало, что простейшие существа часто имеют сложное внутреннее строение.
Но для того, чтобы хорошо окрасить клетку, её нужно предварительно убить. Таким образом, мы рассматриваем вместо живой клетки ее труп.
Как же разглядеть внутреннее строение живой клетки? До последних лет у нас не было хороших способов для исследования внутренней структуры таких мелких живых объектов, как бактерии.
Совсем недавно на помощь микробиологу пришли физики-оптики, сконструировавшие так называемые фазоконтрастные объективы, которые создают такой резкий световой контраст между различными составными частями клетки и самой клеткой и окружающей средой, что удаётся хорошо рассматривать живых микробов без всякой окраски. Фазоконтрастные объективы еще только входят в практику и, несомненно, раскроют нам новые, ранее неизвестные подробности строения этих существ. А главное — при помощи этих объективов можно очень чётко запечатлеть на фотопластинке неокрашенные микробы. Если же вместо фотокамеры присоединить к окуляру киносъемочный аппарат, а под объективом микроскопа поместить в маленькой влажной стеклянной камере тонкий слой питательной среды с развивающимися на ней микробами, то можно изучать жизнь микроба.
Советский микробиолог проф. В. Л. Троицкий недавно заснял этим методом замечательную кинокартину из жизни бактерий и открыл при помощи киноаппарата новые факты.
Он применил способ прерывистой съёмки, снимая не 16–18 кадров в секунду, как это делается при обычных немых киносъёмках, а только несколько кадров в минуту. Отпечатанная лента демонстрировалась на экране с обычной скоростью. Таким образом, перед зрителем предстали бактерии, развитие которых оказалось ускоренным в десятки раз. На глазах у зрителей бактерии очень быстро делились и образовывали колонию. Когда в питательную среду вводился вредно действующий на бактерии антибиотик — пенициллин, то было видно, как бактерии прекращали размножаться, вырастая в огромные, занимающие весь экран, толстые нити и шары, и, наконец, лопались и погибали. Этим методом проф. Троицкий вскрыл и причину приобретения микробами нечувствительности к пенициллину, что иногда снижает эффективность его лечебного действия. Оказалось, что у некоторых разбухающих и гибнущих под влиянием пенициллина бактерий остаётся небольшая часть клетки, приобретшая стойкость к антибиотику. Эта часть способна размножаться в среде, к которой добавлен пенициллин, и передаёт по наследству потомству свои вновь приобретённые свойства. Этим интересным опытом была наглядно доказана приложимость к бактериям общебиологического закона мичуринского учения о наследовании благоприобретённых признаков. Было опровергнуто мнение американских микробиологов — вейсманистов, считавших, что нечувствительность к антибиотику зависит от выживания единичных предсуществовавших в культуре стойких микробов.
На этом примере мы видим, какую помощь в научно-исследовательской работе микробиолога может оказать микрокиносъёмка. С каждым годом в Советском Союзе этот метод находит все большее и большее применение. Во многих институтах организованы специальные отделы и лаборатории по киносъёмке микроскопических объектов.
Известно, что в микроскоп обычно рассматривают более или менее прозрачные объекты в проходящем свете. Направляемый зеркальцем микроскопа пучок света проходит через конденсор — собирательную линзу, затем через изучаемый объект и оптическую систему микроскопа и попадает в глаз наблюдателя (рис. 24 и 25).
Но как рассмотреть непрозрачный объект? Как исследовать, например, живых микробов, плавающих в крови сосуда животного?
Оказывается, и эта задача была разрешена физиками, изобретшими так называемый опак-иллюминатор, или «вертикальный иллюминатор», где объект рассматривается уже не в проходящем свете, а в ярком пучке света, падающего на непрозрачную поверхность исследуемого объекта. Положив на предметный столик такого микроскопа лапки живой крысы, можно наблюдать за оживлённым движением мельчайших паразитов — микробов-трипанозом, плавающих в её крови. Сделав отверстие в скорлупе заражённого вирусом куриного яйца и удалив из него оболочки зародыша, можно изучать поражения, возникающие под влиянием развивающегося в них вируса.
Много различных усовершенствований микроскопа получила к настоящему времени наука. Тут и исследование в «тёмном поле», где только боковые лучи освещают мельчайшие частицы, взвешенные в капле жидкости (рис. 26), тут и микроскопия в невидимом ультрафиолетовом свете, вдвое увеличивающем разрешающую способность объектива, и флюоресцентная микроскопия, основанная на превращении падающих на объект ультрафиолетовых лучей в видимый свет, который излучается флюоресцирующим объектом.
Все эти методы широко раздвинули границы оптической микроскопии, но ни один из них не дал возможности увидеть объекты, размеры которых меньше, чем две десятых микрона (0,2 микрона). Наиболее крупный вирус — вирус оспы — не превышает 0,175 микрона. Следовательно, все вирусы оставались за пределами видимости в световые микроскопы.
Правда, действительному члену Академии медицинских наук СССР проф. М. А. Морозову удалось разглядеть в обычный микроскоп при помощи изобретённого им метода серебрения элементарные тельца вируса оспы и ряд других вирусов. Его метод вошёл в мировую практику, но этим дело и ограничилось. До начала 50-х годов двадцатого столетия вирусы оставались невидимыми, несмотря на все ухищрения учёных. О размерах вирусов приходилось судить только косвенным образом, применяя для этого мощнейшие центрифуги, делавшие десятки тысяч оборотов в минуту, в которых по скорости оседания вирусных частиц можно было вычислить их размер, или путем фильтрования через ультрафильтры-сита с порами строго определённой величины. Отчего же нельзя было увидеть в обычный световой микроскоп вирусные частицы? Оттого, что длина волн видимого света больше вирусной частицы. Встречая на своём пути столь мелкое препятствие, световая волна не отражается, а огибает эту частицу. Световые волны проходят мимо вирусов, как бы не замечая их. А если объект не мешает распространению волн, то и сам он остаётся невидимым.
Мельчайшие вирусные частицы могут служить препятствием только для очень коротких волн — в сотни раз более коротких, чем световые. Такой короткой длиной волны обладают электронные лучи, представляющие собой потоки электронов, несущихся с огромной скоростью.
Изобретение электронного микроскопа, в котором через объект проходят электронные лучи, позволило, наконец, увидеть вирусы.
Устройство электронного микроскопа в принципе аналогично устройству светового микроскопа (рис. 27): вместо электрического осветителя или дневного солнечного света в электронном микроскопе имеется так называемая электронная «пушка», из раскаленной нити которой в безвоздушном пространстве вылетают потоки электронов — мельчайших частиц материи, несущих отрицательный заряд электричества; вместо стеклянных линз — конденсора, объектива и окуляра — ряд электромагнитов, концентрирующих, собирающих и раздвигающих поток электронов. Когда собранный первой магнитной линзой (называемой конденсорной) пучок электронов достигает объекта, например, вирусной частицы, то часть электронов, сталкиваясь с атомами вещества объекта, рассеивается в стороны. Чем плотнее или толще отдельные части объекта, тем сильнее рассеяние электронов. Пройдя через исследуемую частицу, электронный поток попадает в объективную магнитную линзу. Увеличенное объективной линзой изображение предмета ещё больше увеличивается третьей линзой — проекционной, которая и отбрасывает поток электронов на светящийся под ударами этих электронов экран или на фотографическую пластинку. Те места экрана, на которые попало больше всего электронов, будут светиться ярче всего. Рассеянные вирусом электроны частично не дойдут до экрана, причём в зависимости от различий в плотности отдельных мест объекта на экран попадает различное количество электронов. Таким образом, на экране возникает контрастное, сильно увеличенное изображение вирусной частицы. При помощи электронного микроскопа можно увеличить изображение предмета в десятки и даже в сотни тысяч раз. Таким образом, можно получить увеличение в сто раз большее, чем в обычном световом микроскопе.
Конструирование советского электронного микроскопа начато в 1940 г. группой учёных под руководством академика А. А. Лебедева. За это время было изготовлено несколько моделей микроскопов, которые дают увеличение в десятки тысяч раз. Советский электронный микроскоп по праву считается лучшим в мире и значительно превосходит американские микроскопы и по качеству изображения и по совершенству конструкции (рис. 28).
В электронный микроскоп учёные, наконец, увидели мельчайшие вирусы и разобрались в их форме и строении. Оказалось, что вирусы имеют разную форму. Вирус оспы, выглядевший в световом микроскопе в виде крошечных шариков, в электронном микроскопе имел слегка вытянутую в длину форму многоугольника. Вирус гриппа оказался шаровидным, а вирус табачной мозаики палочковидным. Сложно устроенным оказался бактериофаг, бактериальный вирус; в тельце бактериофага можно было различить головку размером в несколько миллионных долей миллиметра и более длинный хвостик, посредством которого он, согласно новейшим исследованиям советских ученых, прикрепляется к поверхности бактериальной клетки.
Электронный микроскоп дал возможность изучить внутреннее строение бактерий и грибов.
Правда, у электронного микроскопа имеется тот существенный недостаток, что прямолинейность потока электронов, необходимая для четкости изображения, может быть достигнута только при помощи полного вакуума — электроны должны лететь в безвоздушном пространстве. Таким образом, в электронном микроскопе можно рассматривать только полностью высушенные объекты, находящиеся в вакууме и подвергающиеся интенсивному обстрелу электронами. Конечно, при этом несколько изменяется естественное строение вируса и клетки. Кроме того, мы лишены возможности наблюдать объект в его жизнедеятельности и по существу рассматриваем только трупы микробов.
Нужно надеяться, что крупные дефекты современных электронных микроскопов будут в скором времени устранены и мы получим возможность изучать ещё более детально и притом в живом состоянии строение и жизнь бактерий и вирусов.
Заразные (инфекционные) болезни были известны еще в древности. Наиболее тяжёлые из них (чума, холера, оспа) часто принимали массовое распространение, вызывали повальный мор, вследствие чего цветущие города превращались в обширные кладбища.
Чума в VI веке унесла половину населения Римской империи (Юстинианова чума). В середине XIV века значительная часть населения Европы погибла от чумы. И в настоящее время в зависимых от Америки и Англии странах от чумы, холеры и оспы ежегодно гибнут сотни тысяч людей.
Кроме этих особо опасных инфекций, известно еще очень много других заразных болезней, которые могут вызывать эпидемии, — это дизентерия, брюшной тиф и паратифы, сыпной и возвратный тифы, бруцеллёз, малярия и др.
Болезни человека — это такое состояние организма, когда нарушается обычная жизнь и здоровье. Карл Маркс писал: «Что такое болезнь, как не стеснённая в своей свободе жизнь?»[4].
Заразная болезнь возникает и развивается потому, что в организм проникают микробы и в нём размножаются. Это вызывает изменение обычной жизни организма, его перестройку. Микробы и организм вступают во взаимоотношения, влияя друг на друга. Микробы вызывают в организме болезненные состояния, при которых может наступить выздоровление, возврат к обычному состоянию здоровья или смерть. Организм оказывает влияние на микробы, которые угнетаются в своей жизнедеятельности и могут погибнуть или, приспособившись к новым условиям, размножиться еще больше. Взаимоотношения болезнетворных микробов и организма складывались исторически и представляют для микроба способ сохранения вида.
В нашей стране, стране победившего социализма, ликвидированы особо опасные инфекции, значительно уменьшены эпидемические заболевания, ставится вопрос о полном изжитии таких болезней, как сыпной тиф, бруцеллёз, малярия. В странах же капитала эпидемическая заболеваемость велика, а «учёные» ставят вопрос не о ликвидации эпидемий, а об использовании болезнетворных микробов для развития эпидемий. И не только ставят вопрос, а США практически применили бактериологические средства в Корее и Китае.
Какими же особыми свойствами обладают эти микробы, вызывающие многочисленные болезни людей и животных?
Возбудители заразных болезней наделены целым рядом вредных для нашего организма свойств. Все заразные микробы вырабатывают ядовитые вещества (токсины), действующие на весь поражённый организм, его нервную систему, сердце, сосуды, внутренние органы и кровь восприимчивого организма. Если культуру заразного микроба снять с питательной среды и убить нагреванием, а потом впрыснуть в большой дозе под кожу или в кровь восприимчивого животного, у него разовьются некоторые болезненные явления: озноб, повышение температуры, нарушение деятельности нервной системы, общее угнетение, напоминающие заразную болезнь. Эти явления обязаны действию ядов, освободившихся из микробных клеток, разрушенных в организме. Такие яды называют эндотоксинами (внутренний, связанный яд микроба). Эндотоксины очень устойчивы к нагреванию и вызывают болезненные явления, сходные для эндотоксинов различных микробов.
Другой тип микробного яда — экзотоксин (внешний токсин) — является растворимым продуктом жизнедеятельности микробов и непрерывно выделяется жизнеспособной микробной клеткой в окружающую микроб среду. Экзотоксины нередко обладают исключительно высоким вредоносным действием. Уже в ничтожных дозах эти яды могут убить чувствительных животных. Такие яды легко получить из старой бульонной разводки микробов дифтерии, столбняка, газовой гангрены. Если пропустить такой материал через тугой асбестовый или фарфоровый фильтр и задержать на его поверхности микробные клетки, то в прозрачном фильтрате окажется выработанное микробами растворимое ядовитое вещество.
Активность и характер действия токсинов испытываются на восприимчивом животном. Если ввести, например, столбнячный токсин в организм белой мыши, то у животного появятся длительные общие судороги, стягивающие разгибательные мышцы спины и нижних конечностей. Во время приступа таких судорог туловище животных выгибается наподобие согнутого лука. Приступы судорог следуют друг за другом, и животные быстро погибают. Столбнячный токсин, накопившийся в бульонной разводке, обладает огромной силой. Можно развести этот яд в несколько тысяч раз и всё же у заражённых мышей развивается картина столбняка. Подсчитано, что одна капля ядовитого фильтрата бульонной разводки столбнячного микроба может убить тысячи белых мышей.
Столь высокие разрушительные свойства микробных токсинов привлекли к себе пристальное внимание американских бактериологов и политиков. Разрабатывая преступные планы массового истребления мирного населения больших городов методами бактериологической войны, американские учёные-людоеды рекомендуют широко применять для этой цели и высококонцентрированные микробные яды путём их распыления с самолётов. В качестве нового орудия войны микробные яды расцениваются этими варварами от науки очень высоко.
Помимо ядов, заразный микроб выделяет в окружающую среду и некоторые другие вещества, облегчающие его развитие в организме человека и животных. Таковы, например, растворимые углеводы микробной клетки, подавляющие активность обороняющих наше благополучие клеток крови (лейкоциты, фагоциты). Некоторые ферменты болезнетворных микробов разрушают соединительную ткань подкожной клетчатки, препятствующую продвижению микробов внутрь тела. При этом открывается путь для более широкого распространения микробов по организму.
В этом же направлении действуют микробные яды на кровеносные сосуды. Они повреждают стенку сосуда, нарушают её проницаемость, чем способствуют проникновению в кровь клеток возбудителя. Проникшие в кровь микробы разносятся по всему организму и образуют очаги заразы в целом ряде дополнительных участков.
Большую защиту микробной клетке в её борьбе с организмом оказывает капсула — сильно разбухшая и ослизнённая оболочка (рис. 29). У некоторых бактерий защитная капсула быстро образуется, как только микроб проникнет в чувствительный организм и начнёт размножаться в нём. Капсула одевает заразный микроб прочным панцирем и хорошо предохраняет его от воздействия наиболее опасного врага — фагоцитов организма.
Мы познакомились уже с основными особенностями болезнетворных микробов, облегчающими им возможность паразитировать в теле человека или животных. Мы знаем, что возбудители заразных болезней отличаются от безвредных микробов, обитающих в окружающей нас природе (в почве, воде, воздухе), способностью вырабатывать вредные для организма ядовитые вещества (токсины) и размножаться в теле людей и животных.
Разберём теперь важнейшие условия, при которых заразный микроб получает доступ к восприимчивому организму — заражает его.
Различным заразным микробам свойственны вполне определённые пути проникновения в организм восприимчивых животных. В этом отношении наблюдается большое разнообразие путей проникновения микробов в поражаемый организм. Приведём примеры наиболее распространённых путей заражения здоровых людей.
Многие заразные болезни переходят на здоровых людей после тесного и непосредственного соприкосновения с заражёнными участками кожи или слизистых оболочек больных. Таковы венерические и некоторые кожные болезни.
Возбудитель сифилиса легко проникает в организм человека при половом сношении с больным-сифилитиком. При этом возбудитель сифилиса (бледная спирохета) попадает в мельчайшие трещинки на слизистых оболочках или на коже половых органов.
Возбудитель гонорреи заносится тем же способом на поверхность здоровых слизистых оболочек мочеиспускательного канала или шейки матки и быстро размножается в этих участках тела. Многие заразные заболевания кожи возникают в результате переноса возбудителей с кожи больных на кожу здоровых людей. Таковы, например, многочисленные грибковые поражения кожи.
Другим способом заражения является перенос возбудителя в дыхательные пути через окружающий нас воздух. Возбудители многих заразных болезней выделяются больным организмом из поражённых дыхательных путей (нос, глотка, бронхи, лёгкие). Когда больной человек говорит, кашляет, чихает, он выбрасывает в окружающий воздух мельчайшие брызги — капельки заражённой мокроты или носовой слизи (рис. 30). Таким путём микробы-возбудители легко проникают вместе с заражённым воздухом в нос, глотку, в лёгкие здоровых людей, где и происходит дальнейшее развитие болезни. Такой «воздушный» или «капельный» путь движения заразных микробов наблюдается при заражении здоровых людей гриппом, скарлатиной, корью, дифтерией, коклюшем, оспой, свинкой.
Через капельки мокроты люди заражаются и туберкулёзом, при котором возможны, однако, и другие способы заражения (через кожу, через кишечный канал).
Известна обширная группа так называемых кишечных инфекций, при которых главным местом размножения заразных микробов оказывается кишечный канал. Таковы холера, дизентерия, брюшной тиф, паратиф. Возбудители этих инфекций хорошо размножаются в толстых или тонких кишках, откуда выделяются в огромных количествах вместе с испражнениями больного во внешнюю среду.
Заражение здоровых людей связано здесь с попаданием выброшенных из кишечника микробов в пищу или воду, с которыми возбудители проходят в желудок, а отсюда — в кишечный канал.
Большую роль в заражении кишечными инфекциями играют наши руки, если они не моются тщательно перед едой. В течение дня человек соприкасается своими руками с многочисленными разнообразными предметами, на которых могут находиться содержащие болезнетворных микробов мельчайшие частицы кала больных людей или здоровых носителей заразы. Особенно легко загрязнить руки при посещении общей уборной. С загрязнённых рук микробы — возбудители дизентерии, брюшного тифа могут попасть на кусок хлеба, на фрукты и во время еды легко пройдут в желудок, а потом и в кишечник здорового человека. Частички кала от больных людей нередко попадают в питьевую воду или в молоко. Поэтому при всех условиях, когда приходится пользоваться случайными источниками колодезной или речной воды, необходимо обезвреживать воду кипячением или хлором.
На поверхности свежих овощей или фруктов, побывавших до этого в руках многих людей, могут находиться и возбудители кишечных инфекций. Важно сперва тщательно вымыть эти продукты доброкачественной водой. Немалый вред приносят нам мухи, которые залетают в открытые уборные и пачкают свои лапки и крылья в извержениях больных людей. Таким путём мухи разносят на большие расстояния микробов дизентерии и брюшного тифа, оставляя их на хлебе, овощах, молоке, куда они залетают в поисках пищи.
Многие заразные микробы проникают в наш организм при помощи кровососущих паразитов (комары, вши, блохи, клещи, москиты) (рис. 31). Эти кровососы нередко являются хозяевами для паразитирующих в их теле возбудителей малярии, сыпного тифа, чумы, москитной лихорадки. Кусая человека, кровососущие членистоногие вводят ему вместе со своей слюной возбудителей различных болезней. При этом заразные микробы попадают в ток крови, которым и разносятся по всему организму. Заражение сыпным тифом происходит через расчёсы, вызванные сильным зудом после укусов вшей. В кишечнике вшей размножается возбудитель сыпного тифа. Отсюда он выбрасывается вместе с калом на поверхность кожи человека. Покусанный человек втирает возбудителей сыпного тифа в расчёсы на коже и заражается сыпным тифом.
Возбудители некоторых заразных болезней обладают способностью заражать людей или животных не одним, а разнообразными путями.
Так, возбудитель чумы может проникнуть в организм человека после укуса заражённой блохи и вызвать образование воспалительного очага в ближайшей лимфатической железе (бубонная форма чумы). В более тяжёлых случаях возбудитель чумы вызывает лёгочную форму чумы и передаётся от больного человека к здоровому через воздух (лёгочная форма чумы).
Широко распространённые среди людей заболевания туляремией могут возникать после проникновения возбудителя от заражённых грызунов или кровососов через заражённую ими воду в кожу, в кровь, в кишечник или с пылью, загрязнённой испражнениями больных грызунов, в лёгкие здоровых людей.
Еще наблюдательным людям древности было известно, что переболевшие оспой или чумой не подвергались угрозе нового заболевания, даже в условиях самого тесного общения с больными. Поэтому по средневековым законам некоторых европейских стран к уходу за чумными больными и к захоронению трупов привлекались люди, перенесшие эту тяжёлую болезнь.
Современной науке стали известны многие важные сведения о причинах невосприимчивости к заразе человека, перенесшего определённую инфекционную болезнь. Удалось понять также, почему и не болевшие ранее люди могут сохранить полное здоровье при самом близком соприкосновении с больными. Установлено, например, что многие дети не заболевают скарлатиной, дифтерией, коклюшем, несмотря на тесное общение со своими сверстниками, оказавшимися жертвой этих болезней. Хотя микробы-возбудители и проникли в организм здорового ребёнка, но заболевание не развивается. Возникает вопрос: в чём же причина устойчивости людей к вредному действию заразных микробов?
Выяснением этих загадок занимается тот раздел микробиологии, который называется учением о невосприимчивости. Невосприимчивостью, или иммунитетом, называют совокупность защитных сил организма, которые оберегают нас от заболевания, хотя бы заразные микробы проникли в наше тело.
Главным отличием иммунитета от многих других защитных приспособлений организма является его высокая избирательность (специфичность). Ребёнок, переболевший корью, сохранит на всю жизнь полную устойчивость к коревой инфекции, но может заболеть любой другой заразной болезнью. Иммунитет избирательно приобретается человеком лишь к той болезни, с которой он приходил в соприкосновение.
Иммунитет к отдельным заразным болезням нередко существует с самого рождения. Этот врождённый, или естественный, иммунитет обычно распространяется на все организмы данного вида (человек, обезьяна, собака, кролик) и потому называется еще видовым иммунитетом. Так, рогатый скот обладает видовым иммунитетом ко многим болезням, опасным для лошадей (сап, инфекционная анемия), собаки не болеют чумой свиней, сибирской язвой. Люди абсолютно устойчивы к многим болезням, опасным для окружающих нас домашних животных (чума собак, свиней, рогатого скота).
Во время самых тяжёлых эпидемий не происходит поголовного заболевания всех людей — известная часть заразившихся не заболевает, хотя эти люди никогда не сталкивались раньше с данной инфекцией. И здесь дело идёт о врождённом иммунитете, который распространяется лишь на отдельных людей и называется поэтому индивидуальным иммунитетом.
На примерах врождённого (видового и индивидуального) иммунитета ярко проявляется активная роль нашего организма в борьбе с микробом-возбудителем. Развитие заразной болезни нельзя понимать как простое внедрение заразных бактерий, за которым всегда следует их размножение в организме человека или животных. Инфекционный процесс развивается в результате сложного взаимодействия между микробом и организмом человека, на исход которого решающее влияние оказывают и социальные условия, в которых живёт человек.
Очень интересны факты, отмеченные у людей, переболевших различными инфекциями. Всем хорошо известно, что такие люди нередко приобретают на всю свою жизнь полную устойчивость к той болезни, которую они перенесли в детстве (корь, свинка, ветреная оспа, натуральная оспа) или в зрелые годы (сыпной тиф, брюшной тиф).
Иммунитет, возникающий в период жизни данного организма, называется приобретённым. Когда такой иммунитет создаётся естественным путём, после перенесённой болезни, он именуется естественным приобретённым иммунитетом. Когда такой же иммунитет вызывается при помощи прививок убитых или ослабленных микробов (вакцинация), он называется искусственным приобретённым иммунитетом.
Возникает важный вопрос: какие оборонительные силы нашего организма обеспечивают возможность сохранения здоровья, если человек перенёс в прошлом данную инфекцию или, что особенно интересно, никогда не сталкивался с нею в прошлом?
В течение последних десятилетий наши знания о сущности иммунитета обогатились большим числом важных фактов. Они получены в результате упорной работы многих учёных, с трудом вырывавших у природы объяснения загадочных явлений иммунитета. Великий русский учёный Илья Ильич Мечников, сделавший особенно много в этой области, говорил, что тайна иммунитета скрыта за семью замками. Один из таких замков, и притом наиболее крепкий, был открыт гением Мечникова. Он показал, что невосприимчивость организма связана с деятельностью специальных клеток, которые захватывают и уничтожают заразных микробов. Такие клетки Мечников назвал фагоцитами, а самый процесс захватывания и переваривания микробов — фагоцитозом.
У низших одноклеточных животных, например, у амёб и инфузорий, фагоцитоз связан с процессом питания. Амёбы активно захватывают разнообразные мельчайшие частички внутрь своей протоплазмы. Если захваченные частицы доступны действию пищеварительных ферментов амёбы, они перевариваются в протоплазме (внутриклеточное пищеварение). Такая судьба постигает и микробов. Если захваченные частички несъедобны и устойчивы к действию ферментов, они выводятся прочь. Здесь, на низшей ступени развития животного мира, явления заражения микробами и борьба с ними оказались неотделимыми от питания клетки, от её пищеварения.
У более сложно организованных многоклеточных животных, например, у совершенно прозрачной и хорошо доступной для наблюдений под микроскопом личинки морской звезды, фагоцитоз осуществляется подвижными клетками. Мечников вкалывал в прозрачное тело личинки морской звезды деревянную или стеклянную занозу и наблюдал под микроскопом, как к инородному телу начинают приближаться похожие на амёб клетки — лейкоциты. Они окружают занозу и образуют вокруг неё защитный вал, составленный из большой массы подвижных лейкоцитов. Если в тело той же личинки ввести живых микробов, то лейкоциты приближаются к микробам, захватывают и переваривают их при помощи своих ферментов.
Изучая высшие организмы, например, теплокровных животных, Мечников обнаружил и здесь многочисленные группы клеток, способных к фагоцитозу микробов. У теплокровных животных и человека эти клетки сосредоточены в крови (подвижные белые кровяные тельца различной формы), а также в различных органах — в печени, селезёнке, костном мозгу, на внутренней стенке сосудов и т. д. Последние, неподвижные фагоциты входят в состав так называемой ретикуло-эндотелиальной системы, которая играет важную роль в борьбе организма с болезнетворными микробами.
Фагоцитарные клетки помогают организму человека не только разрушением микробов. Ретикуло-эндотелиальная система является главным источником обогащения жидкостей нашего организма так называемыми антителами. Антитела накопляются в жидкостях нашего организма (в крови и лимфе) в ответ на внедрение микробов или ядовитых продуктов их жизнедеятельности (токсинов). Образование антител могут вызвать и любые другие белковые вещества (антигены), чужеродные организму, в который они вводятся. Таковы, например, ткани различных органов, сыворотки животных, кровяные тельца и т. д., если эти антигены вводятся не через кишечник, а под кожу, в кровь, в брюшину.
Поскольку антитела образуются против любых чужеродных для данного организма белков (антигенов), они формируются и против бактерий или вирусов. Антитела могут возникать или естественным путём, в процессе развития инфекционного заболевания, или искусственным путём, после повторного впрыскивания человеку ослабленных микробов или их ядов. Больше всего обнаруживается антител в сыворотке крови, отделяющейся от сгустка свернувшейся крови.
Полезная роль антител при заразных болезнях объясняется их способностью обезвреживать действие микробных ядов, убивать микробов-возбудителей, а также резко усиливать захватывание и разрушение болезнетворных микробов фагоцитами. В связи с этим сыворотки людей и животных, содержащие большие количества антител, успешно применяют для предупреждения и лечения некоторых инфекционных болезней. Если взять, например, сыворотку от взрослых людей, переболевших корью, и впрыснуть её заразившимся корью детям, то последние либо не заболеют корью либо же перенесут болезнь в лёгкой форме. Полезное защитное действие введённой детям противокоревой сыворотки обязано присутствию в ней антител против возбудителя кори.
Если долгое время впрыскивать лошади возрастающие дозы ядовитых веществ (токсинов) дифтерийного микроба, то животное превратится как бы в живую фабрику, производящую огромную массу антител, обезвреживающих токсины дифтерийного микроба. Эти антитоксины концентрируются в сыворотке иммунизированных лошадей. Такая сыворотка с большим успехом используется для лечения дифтерии.
Великий русский физиолог И. П. Павлов и его ученики показали, что кора головного мозга и другие отделы нервной системы управляют работой всех тканей и клеток нашего организма. Поэтому явления фагоцитоза и образования защитных антител полностью подчинены нервной системе. Всякие воздействия, угнетающие работу нервной системы, понижают защитные силы организма, тогда как воздействия, усиливающие полезную для организма деятельность нервной системы, укрепляют иммунитет к заразным болезням.
Какими способами предупреждается распространение заразных болезней в коллективе или населённом пункте? Чтобы предупредить возникновение инфекционных заболеваний в очаге, необходимо, прежде всего, устранить источник заразы и закрыть все пути передачи микробов от источника заразы к здоровым людям. Распространению заразы препятствует также иммунитет населения к заразным микробам.
Наиболее действенными оказываются мероприятия, направленные на устранение и ликвидацию источников (резервуаров) заразных микробов, а также возможности передачи этих микробов из источника инфекции к восприимчивому человеку. При любой массовой заразной болезни заражение здорового населения происходит в результате соприкосновения с одним из следующих источников заразы:
1) Больные люди или люди, перенесшие болезнь, но продолжающие выделять заразных микробов во внешнюю среду (бацилловыделители). Это наиболее частый источник заражения здорового человека. При некоторых болезнях наблюдаются и здоровые носители возбудителей заразных болезней (бациллоносители).
2) Больные животные, если возбудитель их болезни опасен и для людей (собаки при бешенстве, домашний скот при бруцеллёзе и сибирской язве, грызуны при чуме).
3) Кровососущие переносчики (комары, вши, блохи, клещи, москиты), заражённые микробами — возбудителями малярии, возвратного тифа, клещевого энцефалита, москитной лихорадки и т. д., которых они вводят в организм здоровых людей при укусе.
Истребляя или изолируя больных животных, а также предохраняя их от заболеваний, угрожающих благополучию человека, наука добилась решающих успехов в борьбе с чумой, бешенством, сибирской язвой, бруцеллёзом, туляремией.
Истребление комаров, клещей, платяных вшей, блох устраняет угрозу заражения людей многими болезнями, передаваемыми укусом заражённых кровососов.
Чтобы защитить здоровых людей от заразных микробов, выделяемых больным человеком или бациллоносителем, важно быстро распознать заболевание и прекратить общение больного со здоровыми людьми. Больных срочно помещают в госпиталь, в войсковой лазарет или же, если позволяют условия, выдерживают в постели в собственной квартире. Одновременно необходимо отрезать все пути проникновения болезнетворных микробов от больного человека к здоровым людям.
Если возбудители проникают в наш организм через кишечный канал (холера, дизентерия, брюшной тиф, эпидемическая желтуха), сравнительно легко задержать движение заразы к здоровым людям путём образцового содержания уборных, расширения канализации жилых домов, борьбы с мухами, строгого санитарного режима в пищеблоках, снабжения людей безупречной питьевой водой, соблюдения правил личной гигиены (например, мытья рук перед едой). В этих условиях возбудители кишечных инфекций, выбрасываемые с калом из организма больных людей, не смогут попасть в желудочно-кишечный канал здорового человека.
Труднее бороться теми же приемами с опасностью заражения при инфекциях, поражающих в первую очередь дыхательные пути (корь, скарлатина, дифтерия, грипп). Здесь возбудители проникают в организм здоровых людей вместе с воздухом, который заражается большими массами мельчайших капелек носовой слизи и мокроты, выбрасываемых больными при кашле, разговоре, чихании.
В этих условиях особенно важно быстро ликвидировать опасность заражения, исходящую от больного человека. Для этого изолируют больного от здоровых людей. Заражённый микробами воздух оздоровляют проветриванием (вентиляцией) помещений, мытьём полов и мебели слабым раствором хлорной извести. При этом в воздух поступают небольшие концентрации хлорного газа, которые безвредны для человека, но быстро убивают плавающих в воздухе микробов.
Таковы мероприятия против важнейшего условия возникновения инфекционного процесса — источника заразных микробов.
Против многих заразных болезней найдены дополнительные способы защиты, направленные на ослабление восприимчивости человеческого организма. Медицинская наука располагает методами искусственного повышения устойчивости людей к целому ряду опасных болезней.
Уже указывалось, что у людей, перенесших определённую заразную болезнь, часто развивается прочная невосприимчивость (иммунитет) и болезнь не повторяется в течение ряда лет или всей жизни. Таковы натуральная оспа, корь, свинка и многие другие болезни. Возникает вопрос: нельзя ли создать такой же иммунитет менее опасным путём, не подвергая людей заболеваниям, нередко угрожающим их жизни? Оказалось, что иммунитет к заразным болезням можно вызвать искусственным путём, впрыскивая людям ослабленных и ставших не опасными для нас микробов-возбудителей или их яды.
Человечество за много веков до новой эры опытным путём изыскивало способы создать невосприимчивость к заразным болезням. Китайцы, индусы и другие народы Востока для прививок против оспы использовали гной из оспин, высушивали его, долгое время хранили, а потом вдували в нос, вводили иглой в кожу и т. д.
У далёких предков наших народов, живших в Средней Азии, на Кавказе, Украине, на Волге, также применяли прививки высушенными оспенными корочками. Эти способы стали известны в Западной Европе в XVIII веке под названием инокуляции или вариоляции (первое слово означает введение, внедрение; второе — привитие оспы).
В России к 1788 г. были открыты оспенные дома в Киеве, Иркутске и других городах. Но инокуляция имела ту отрицательную сторону, что при вариоляции прививаемые через кожу нередко заражались гноеродными и другими болезнетворными микробами (например сифилисом). В конце XVIII века (с 1796 г.) врач Дженнер предложил предохранять людей от заболевания натуральной оспой прививкой безвредного для нас материала из оспин коров, болеющих коровьей оспой. Втирание в надрезанную кожу детей содержимого оспин коров вызывает развитие лёгкого местного процесса на коже, что завершается, однако, образованием прочного иммунитета против грозной для человека натуральной оспы.
Предполагается, что коровья оспа возникла в результате естественного заражения этих животных натуральной оспой людей. Действительно, вирус человеческой оспы, развиваясь в чуждой для него среде организма коровы или телёнка и вызывая у них лёгкое местное заболевание кожи, глубоко изменяет свои свойства и превращается в новый вид — в возбудителя безвредной для человека разновидности оспы. Последняя неспособна вызвать у людей злокачественную форму оспы, а ведёт к развитию лёгкого, доброкачественного процесса на месте прививки, напоминающего оспу коров. Тем не менее эта безвредная прививка человеку коровьей оспы сопровождается развитием длительного иммунитета к возбудителю натуральной оспы.
Усилиями Пастера, Ценковского, Мечникова, Гамалеи, Габричевского, Тарасевича еще в конце XIX века были разработаны предохранительные прививки живыми ослабленными возбудителями для борьбы с бешенством, сибирской язвой, холерой и другими инфекциями. В своих опытах учёные вынуждали возбудителей этих инфекций развиваться в особых, трудных для них условиях. Микробов сибирской язвы или куриной холеры они долгое время выращивали на искусственных питательных средах при неблагоприятных температурных условиях, что вело к утрате болезнетворных свойств для рогатого скота (сибирская язва) или для кур (холера кур). Разводки ослабленных таким образом микробов учёные впрыскивали здоровым животным и успешно предохраняли их от заражения исходными болезнетворными культурами.
Особенно ценными для человечества оказались труды Пастера по созданию вакцины против бешенства. Люди чаще всего заражаются этой тяжёлой и неизлечимой болезнью от болеющих бешенством собак. Кусая человека, больные собаки вводят в рану вместе со слюной возбудителя болезни — невидимый под микроскопом вирус, избирательно поражающий через 30–45 дней головной и спинной мозг заражённых людей.
Чтобы получить ослабленную для человека вакцину, Пастер брал мозг собак или коров, погибших от бешенства, и вводил его в мозг кроликов. Когда через три недели кролики погибали от бешенства, снова впрыскивали их мозг здоровым кроликам. От этих кроликов после их гибели вновь брался мозг и вводился через прокол черепа здоровым кроликам и т. д. В результате длительного приучения возбудителя собачьего бешенства к организму кроликов тяжесть вызванной у них болезни постепенно нарастала, достигнув, наконец, своего предела: максимально усиленный на кроликах вирус вызывал их гибель через шесть дней после заражения. Оказалось, что спинной мозг таких кроликов содержит возбудителя, резко отличающегося по своим свойствам от исходного вируса собачьего бешенства; этот кроличий вирус мало опасен для человека и может вводиться человеку не только в убитом, но и в живом состоянии. Людям, покусанным бешеной собакой, вводят многократно вакцину ослабленного кроличьего вируса. У людей, которым сделана прививка, развивается иммунитет, который как бы обгоняет медленное продвижение к мозгу собачьего вируса и предохраняет людей от развития этой страшной болезни.
Советские микробиологи Гинсбург, Файбич, Гайский, Эльберт, Смородинцев и другие, опираясь на учение Мичурина о направленной изменчивости живых организмов, получили целый ряд новых вакцин из живых ослабленных микробов для борьбы с чумой, туляремией, сибирской язвой, бруцеллёзом, гриппом, туберкулёзом.
Другое направление в этой же области связано с применением вакцин из убитых микробов, а также вакцин из ослабленных микробных ядов. Эти вакцины с успехом используются медициной для борьбы с брюшным тифом, холерой, энцефалитами, дизентерией, дифтерией, столбняком.
В борьбе с заразными болезнями огромную роль играют социальные условия жизни населения, определяющие уровень культуры и экономического благосостояния широких народных масс.
В капиталистических странах борьба с заразными болезнями проводится крайне слабо, половинчатыми мерами, без активного участия государственной власти, не заинтересованной в оздоровлении широких народных масс. Особенно плохо поставлено это дело в колониях Англии, США, Франции и других капиталистических стран, где подавляющая часть населения влачит жалкое, нищенское существование, где миллионы людей гибнут от малярии, паразитарных, кишечных и детских инфекций, от постоянных массовых вспышек чумы, холеры, натуральной оспы, сыпного тифа.
В СССР государство ведёт напряжённую работу по решительному искоренению заразных болезней. К решению этой благородной и гуманной цели привлечены вся мощь нашей экономики, культуры, всего государственного аппарата и огромная армия врачей и учёных. В этих условиях с каждым годом сокращается число инфекционных заболеваний в СССР и всё ближе перспектива их полной ликвидации.
За годы советской власти в нашей стране достигнуты огромные успехи в борьбе с заразными болезнями. Страшные эпидемии чумы, холеры, натуральной оспы, регулярно посещавшие царскую Россию, давно и прочно искоренены в Советском Союзе. Близки к полному уничтожению брюшной и сыпной тифы, резко сократились детские инфекции (корь, скарлатина, дифтерия, коклюш) и другие болезни. В результате роста благосостояния народа и успехов советского здравоохранения в нашей стране смертность снизилась в два раза по сравнению с предвоенным 1940 г. и еще более сократилась детская смертность.
Наш великий вождь И. В. Сталин учит, что из всех ценных капиталов, имеющихся в мире, самым ценным и самым решающим капиталом являются люди, кадры. Сталинская забота о человеке ярко проявляется во всех областях жизни советского народа и в том числе в области народного здравоохранения.
В Советском социалистическом государстве дело народного здравоохранения поднято на невиданную высоту. Из года в год расширяется в нашей стране сеть лечебных и курортных учреждений. Каждый советский гражданин имеет возможность получить бесплатно, за счет государства, квалифицированную медицинскую помощь. Такое внимание к народному здравоохранению возможно только в нашей стране — в стране победившего социализма, где забота о советском человеке стоит на первом плане. Ничего подобного, разумеется, нет и не может быть в мире капитализма, где всё, в том числе и медицинская помощь, превращается в источник наживы алчной до прибылей буржуазии, в средство экономического порабощения трудящихся. В США здравоохранение находится на исключительно низком уровне. Даже по официальным данным, 26 миллионов человек, или одна шестая часть населения США, страдает различными хроническими заболеваниями, особенно распространёнными среди многомиллионной армии безработных, а также среди низкооплачиваемой категории рабочих и служащих. Непомерно высокая плата за медицинское обслуживание лишает широкие слои трудящихся возможности пользоваться помощью врачей. В США около 40 миллионов человек проживает в районах, где нет постоянных медицинских работников.
Советское государство создало высокоразвитую социалистическую систему народного здравоохранения, высоко ценит и поощряет самоотверженный труд работников советской медицины. Многие деятели здравоохранения за выдающиеся научные труды удостоены Сталинских премий. Тысячи передовых медицинских работников награждены орденами и медалями СССР. Труженики медицины окружены вниманием и любовью всего нашего народа.
Наши знания об ультравирусах значительно продвинулись вперёд особенно за последние десятилетия.
Ультравирусы — мельчайшие возбудители многочисленных заболеваний человека, животных и растений. Потери людей от вирусных заболеваний (грипп, корь, полиомиелит, натуральная оспа, ветреная оспа, свинка, энцефалит, жёлтая лихорадка и пр.) так же значительны, как и от бактериальных инфекций. В ветеринарии и агрономии с вирусами связаны наиболее грозные вспышки (эпизоотии) среди лошадей, рогатого скота, свиней, овец, пушных зверей, домашней птицы, а также среди рыб и насекомых в прудовом хозяйстве, шелководстве, пчеловодстве. Некоторые из этих болезней (например ящур) могут переходить и на человека. Огромный ущерб народному хозяйству приносят вирусы растений, поражающие разнообразные зерновые, технические, плодовые и овощные культуры. Многие учёные считают, что бактериофаги, разрушающие клетки бактерий, представляют собой не что иное, как вирусные болезни микробов.
В наше время среди заболеваний, недостаточно обследованных наукой, всё чаще обнаруживаются заболевания вирусной природы. Так, в последние годы некоторые опухоли, не только доброкачественные, но и злокачественные, оказались связанными с жизнедеятельностью вирусов.
Вирусные болезни человека можно разделить на несколько групп в зависимости от особенностей вызываемых ими болезней. Известна большая группа вирусных инфекций с преимущественным поражением кожи (оспа, ветрянка, корь). Другая группа вирусов поражает ткани дыхательных путей (грипп, вирусная пневмония, вирусный насморк). Известна обширная группа вирусных болезней человека, при которых особенно страдает нервная система (детский паралич, воспаление мозга, бешенство). Другие вирусы вызывают поражения внутренних органов (вирусная желтуха, жёлтая лихорадка) или кровеносных сосудов (геморрагические лихорадки Дальнего Востока, Сибири, Крыма).
У домашних животных вирусы являются виновниками ящура рогатого скота, чумы свиней, коров и кур, анемии лошадей. Известны многочисленные вирусные болезни растений, поражающие зерновые, технические и плодовые культуры. Таковы болезни табака, помидоров, сахарной свёклы и многих других растений.
Из всех известных нам микробов вирусы — самые требовательные к определённым условиям, в которых они могут развиваться. Они могут размножаться только внутри живых клеток. Но и к живым клеткам они относятся с большим выбором. Во-первых, вирусы, поражающие человека и животных, будут размножаться только в животных клетках. Во-вторых, они будут расти только в клетках животных, восприимчивых к данному вирусу. В-третьих, многие вирусы размножаются только в клетках определённых тканей животного. Например, вирус человеческого гриппа размножается только в клетках, выстилающих поверхность дыхательных путей человека, хорька, белой мыши или белой крысы. Вирус бешенства размножается только в клетках центральной нервной системы теплокровных животных. К некоторым вирусам человека восприимчивы только обезьяны. Это вирус кори, вирус полиомиелита.
Нелегко разобраться в поведении вируса в целостном, сложно устроенном организме. Поэтому учёные давно стремились упростить технику культивирования вирусов. Известно, что некоторые ткани животных удаётся длительно культивировать вне организма в сосуде с раствором питательных веществ. Уже давно погибло животное, из которого был вырезан кусочек ткани, а ткань при постоянном обновлении питательной среды живёт десятки лет. Нельзя ли такие ткани заразить вирусом?
Оказывается, можно. Живут и размножаются в маленькой влажной камере в капельке питательной среды клетки из кусочка куриного эмбриона, живут и размножаются в этих клетках возбудители оспы, бешенства и других вирусных заболеваний человека. Такую ткань можно непосредственно наблюдать в микроскоп и изучать, как изменяются клетки под влиянием вируса. Но в маленькой капле быстро накапливаются продукты распада ткани, и если не перенести кусочек этой ткани с вирусом в свежую питательную среду, то ткань быстро погибает, погибает тогда и вирус. Можно поместить ткань в небольшой флакон, здесь уже можно отсосать стерильной пипеткой испорченную питательную среду и заменить её новой. В таких условиях вирус будет жить несколько месяцев.
Много важных вопросов о биологии вируса, о его взаимоотношении с клеткой было разрешено при помощи метода культуры тканей. Но всё же этот метод очень сложен и не совсем доступен для каждой лаборатории. Нужен большой опыт, чтобы культивировать ткань вне организма, чтобы поддерживать её в десятках пересевов, не заразив из воздуха посторонним микробом. Трудно получить этим методом большое количество вируса, необходимое для приготовления вакцины, предназначенной для предупреждения вирусного заболевания.
Нельзя ли упростить технику культивирования вирусов? Как добиться того, чтобы каждая лаборатория могла изучать эти самые мелкие и самые прихотливые из известных нам форм живой материи?
Выход был найден… в простом курином яйце. Вирусологи установили следующий интересный факт. Почти все вирусы, так разборчиво относившиеся к различным живым клеткам человека и животных, прекрасно размножались в тканях, оболочках и жидкостях развивающегося куриного зародыша. Куриное яйцо с живым эмбрионом оказалось почти универсальной питательной средой для очень многих вирусов. И вот к зоологическому и ботаническому саду вирусологической лаборатории прибавились еще курятник и инкубатор для выращивания эмбрионов.
Благодаря широкому применению выращивания вирусов в куриных эмбрионах во многих случаях оказались ненужными дорогостоящие животные. Тысячи белых мышей удалось заменить куриными яйцами. Куриное яйцо относительно дёшево, его легко достать везде в нужном количестве. Оно не нуждается в корме, в клетках. Яйцо легко применять в опытах: стоит только создать постоянную температуру в инкубаторе — около 38° — и несколько увлажнить воздух, как куриный зародыш оплодотворённого яйца начнёт безотказно развиваться. Замкнутая полость яйца хорошо защищает зародыш от проникновения посторонних бактерий. В отличие от лабораторных животных куриный эмбрион свободен от случайных вирусных инфекций, которые часто путают наблюдателя и служат причиной серьёзных ошибок при изучении вирусов на животных.
Техника заражения куриного эмбриона очень проста. В скорлупе проделывается маленькое отверстие. Шприцем вводится материал, содержащий вирус. Вирус можно ввести и в жидкость, в которой плавает куриный зародыш, и на покрывающие его оболочки, и в желток, и даже в мозг и мышцы самого эмбриона. После заражения отверстие заливается стерильным парафином, и яйцо помещается в инкубатор. Уже за двое-трое суток вирус сильно размножится в яйце, и его концентрация увеличивается в миллионы раз.
Еще не так давно вирусы относились к группе невидимых возбудителей, сейчас это уже не соответствует фактам. Частицы наиболее крупных вирусов (элементарные тельца оспы-ветрянки) хорошо видны даже в обычные оптические микроскопы при особых способах окрашивания. Внешний вид ряда мелких и мельчайших вирусов (вирусы гриппа, бактериофаги, вирус энцефалитов) заснят при помощи электронного микроскопа, дающего увеличение от 20 тысяч до 100 тысяч раз (рис. 32). Электронная микроскопия открыла сложную внутреннюю структуру некоторых вирусов и бактериофагов, напоминающую строение бактерий (рис. 33 и 34). При помощи электронного микроскопа быстро расширяются наши знания о строении вирусов, столь важные для понимания их биологической природы.
Ничтожная величина вирусов требует измерять их диаметр не тысячными долями миллиметра (микронами), как это делается для бактерий, а миллионными долями миллиметра — миллимикронами.
Наиболее крупные по величине вирусы имеют диаметр в 150–250 миллимикрон, вирусы средней величины — 75–150 и вирусы мельчайших размеров — 10–75 миллимикрон.
Если положить рядом, друг около друга, один миллион частиц вируса гриппа, имеющих диаметр 100 миллимикрон, то длина полученной цепочки составит 10 сантиметров. Если это же количество частиц вируса гриппа поместить в шарообразный приёмник, то получится невидимый глазом шарик диаметром в 10 микрон, т. е. немного больше красного кровяного тельца.
Если взять одну клетку шарообразного микроба — кокка — и мысленно заполнить её частицами вирусов различной величины, то окажется, что в клетке одного микроба разместится 1000 частиц вируса гриппа и 1 миллион частиц мельчайшего по своим размерам вируса ящура.
Существенным отличием вирусов от бактерий является их полная неспособность к сапрофитическому существованию. Являясь строгими паразитами, вирусы размножаются лишь в живых клетках восприимчивых к ним животных или растений, которые предоставляют паразиту все необходимые для его размножения питательные и ростовые вещества, включая сюда и ферменты.
Поразительна исключительная избирательность, которую проявляют вирусы к определённым тканям. Так, вирусы оспы и ветрянки поражают кожу и слизистые оболочки ограниченного числа животных, вирус гриппа размножается лишь в эпителии дыхательного тракта, вирусы герпеса, детского паралича, энцефалитов проявляют строгое сродство к ограниченным отделам центральной нервной системы и т. д. Причина такой специализации вирусов к отдельным тканям и клеткам еще покрыта тайной.
В последние годы удалось выделить из листьев табака, поражённого особой мозаичной болезнью, очищенный сложный белок (нуклеопротеид). Он обладает всеми биологическими свойствами возбудителя табачной мозаики (рис. 35). Различные вирусы животных и бактериофаги также оказались сложными белками, резко отличающимися своим строением от белков поражаемых организмов. И такие белки являются возбудителями некоторых заразных заболеваний.
Некоторые вирусы человека (возбудители полиомиелита, энцефалитов, жёлтой лихорадки) столь малы, что величина их соответствует одной молекуле сложного белка. Диаметр такой молекулы 8–15 миллимикрон. Если частица наиболее крупного вируса оспы может вместить около 100 тысяч мелких белковых молекул гемоглобина (красящего вещества крови), частица вируса гриппа — около 10 тысяч молекул, то частица вируса полиомиелита — не более 10 молекул гемоглобина.
Столь ничтожные размеры вирусов сближают их с молекулами наиболее сложных белков — нуклеопротеидов. Частица большинства известных нам вирусов превосходит величину наиболее крупных молекул белка. Они весят в десятки миллионов раз больше, чем атом водорода. Некоторые вирусы с наиболее простой организацией их частицы являются своеобразными гигантскими молекулами живого белка. Многие вирусы, вызывающие болезни у растений, обладают кристаллической структурой и тем не менее сохраняют все свойства живых организмов.
Доказательством живой природы вирусов является их способность интенсивно размножаться в чувствительных клетках восприимчивого организма. Каждая частица вируса превращается при этом в миллионы таких же новых заразных частичек.
Строгий паразитизм вирусов, полная их зависимость от живых клеток или тканей объясняется ограниченным обменом веществ, свойственным самим вирусам. Они широко используют для построения своих частиц обмен веществ клеток хозяина, его ферменты, витамины, аминокислоты. Всё это вирусы как бы включают в собственное небольшое хозяйство, обеспечивая возможность синтеза вирусных нуклеопротеидов.
Многие вирусы размножаются в организме разнообразных хозяев. Так, вирус бешенства поражает все известные виды теплокровных животных и некоторых птиц. Однако некоторые свойства вирусов могут значительно измениться после длительного пребывания в новом для вируса организме. Так, высокозлокачественный вирус натуральной оспы превращается в безвредный для человека вирус после введения его в организм коровы.
Смертельный для человека вирус бешеных собак утрачивает эти свойства после длительного пребывания в мозгу кролика. Все указанные выше свойства вирусов — способность к размножению в живых клетках, сохранение наиболее важных видовых свойств в самых разнообразных условиях жизни, способность изменяться и наследовать новые признаки — свидетельствуют о живой природе вирусов.
Наука открыла в группе вирусов совершенно новый мир живых существ, обладающих не клеточным, а надмолекулярным строением, принадлежащих к элементарнейшим представителям живой материи. Возникает вопрос: каково происхождение этих мельчайших внутриклеточных паразитов?
В соответствии с учением советского дарвинизма вирусы явились продуктом длительного приспособления к организму животных и растений простейших неклеточных форм живого белка, который, возможно, сохранился в окружающей нас природе и в нашу эпоху.
Жизнь на нашей планете появилась первоначально в форме молекул белка, проявивших способность к обмену веществ. Такой белок обладал способностью забирать из окружающей его внешней среды различные химические соединения, расщеплять их на более простые вещества и использовать освобождающуюся при этом тепловую энергию для построения новых молекул живого белка. Эти первичные формы жизни постепенно усложнялись и дали начало миру бактерий и простейших.
Очень вероятно, что элементарные формы живого белка, свободно развивавшиеся в природе, широко взаимодействовали с появившимися на земле более сложно организованными видами многоклеточных растений и животных. Некоторые доклеточные формы первичного живого белка стали приспособляться к жизни в организме животных и растений и явились родоначальниками современных нам вирусов человека и животных.
Чем меньше вирусная частица, тем труднее представить себе её строение по аналогии с одноклеточным организмом. В то же время даже самые мелкие вирусы обладают сложной совокупностью свойств живой материи — способностью размножения в клетках хозяина, наследования функций, приспособлением к новым условиям существования и изменчивостью в той же мере, как крупные сложно организованные возбудители из группы простейших и бактерий.
Элементарной формой жизни следует признать белок, достигший в процессе эволюции весьма сложной внутренней организации, допускающей осуществление целого ряда функций и взаимоотношений с внешней средой, свойственных живой материи.
Неудивительно, что вирусы оказались заманчивым объектом исследования не только для микробиологов, но и для биологов, биохимиков и физиков, стремящихся объяснить сущность жизни и происхождение её на земле.
Еще одно свойство вирусов представляет большой практический интерес. Многие лекарственные вещества хорошо подавляют развитие патогенных бактерий в организме восприимчивых к ним людей и животных. Особо высокой активностью в этом отношении обладают пенициллин, стрептомицин, сульфамидные соединения. Однако эти вещества оказались мало деятельными против большинства вирусных болезней. Предстоит еще много поработать в поисках лекарственных веществ, подавляющих развитие вирусных заболеваний.
Против многих вирусных болезней разработаны эффективные и безвредные прививки — вакцины, создающие у людей состояние невосприимчивости к возбудителю. Таковы вакцины против оспы, бешенства, клещевого и японского энцефалитов, жёлтой лихорадки, гриппа. Для предупреждения вирусных инфекций применяют два различных типа вакцин. Один из них представляет собой вирус, убитый воздействием формалина или ультрафиолетовых лучей. Это так называемые инактивированные вакцины. Другой тип вакцин связан с применением ослабленных для человека частиц живого вируса, неспособных вызывать обычную тяжелую инфекцию. Живая вакцина даёт начало очень лёгкой, часто незаметной инфекции, после которой остаётся, однако, выраженная невосприимчивость к определённой инфекции. Иммунитет после вакцинации так же специфичен, как и иммунитет, развивавшийся после естественного заболевания. Прививки живой вакциной против оспы не защищают против бешенства или гриппа. Прививки против жёлтой лихорадки не защищают против натуральной оспы.
Каково общее значение микробов на нашей планете? Мы видели, что многие микробы приносят человечеству огромный вред, вызывают опустошительные эпидемии, болезни домашних животных, полезных растений, портят пищевые продукты. Может быть, имело бы смысл направить усилия человека на уничтожение всех микробов на земле? Нет, это было бы весьма неправильным. Среди микробов известны многочисленные виды, приносящие человеку большую пользу. Микробы вошли настолько глубоко в многочисленные связи со всем остальным миром живых существ, что жизнь человека, животных и растений оказалась бы совершенно невозможной без участия микробов.
Одной из важнейших функций микробов является разложение органических остатков погибших животных и растений. Разлагая сложные азотистые и углеродистые соединения мёртвого тела, невидимые могильщики превращают их в простейшие соединения, легко усваиваемые зелёными растениями, и тем самым обеспечивают вечный круговорот веществ в природе.
Трупы животных в основном состоят из белковых соединений. Работу по разложению белков выполняют так называемые гнилостные микробы, к которым, кроме бактерий, принадлежат также актиномицеты и некоторые грибы. Гнилостные микробы разлагают или расщепляют белки до простейших соединений — аммиака, воды и углекислоты. При этом обычно выделяются некоторые дурно пахнущие продукты: сероводород, индол, скатол. Образование дурно пахнущих продуктов свидетельствует о далеко зашедшем процессе гниения. Поэтому-то обычно мы определяем испортившийся, загнивший пищевой продукт по его противному запаху. Гнилостные микробы очень широко распространены в природе. Поэтому, где бы ни находились пищевые продукты или трупы человека и животных, они везде подвергаются разложению — гниению, если этому благоприятствуют условия температуры и влажности. Но если температура очень низка, то процессы гниения не развиваются. В вечно мёрзлой почве Крайнего Севера Сибири находили совершенно не разложившиеся трупы мамонтов, пролежавшие десятки тысяч лет. В условиях низких температур и отсутствия влаги могут тысячелетиями сохраняться и трупы людей. Нередко в сухих и холодных склепах находят трупы людей, захороненных в давние времена. Вследствие быстрой потери влаги трупы мумифицировались и не подвергались гниению.
Предохраняющее действие низких температур и высушивания применяется и в практической жизни для сохранения пищевых продуктов. Всем известно, что высушенные рыба, мясо, грибы, фрукты могут годами сохраняться, не подвергаясь гниению.
Бывают случаи, что работа гнилостных микробов используется и в технических производствах: при выработке кож шкуры животных намеренно подвергаются гниению (швицеванию). С обработанной таким образом шкуры легко сходит шерсть. Дубление и мягчение кож также связано с работой гнилостных бактерий.
Кроме трупов животных, на поверхности земли каждый год откладывается огромное количество растительных остатков: солома, опавшие листья, стебли, сломанные ветви и стволы деревьев, мёртвые корни. Основную массу растительных остатков составляют уже не белковые соединения, а целлюлоза — клетчатка, представляющая собой углеродистое соединение. Клетчатка входит в состав толстых оболочек растительных клеток. Отдельные клетки прочно соединены между собой в трудно расщепляемые тяжи особым межклеточным веществом. Это межклеточное вещество состоит из слизистой массы, так называемого пектина.
И эти остатки сравнительно быстро подвергаются разложению, но работу эту производят другие группы микробов. Клетчатка разлагается целлюлозоразлагающими бактериями и грибами, а пектиновые вещества разрушаются некоторыми анаэробными и аэробными бактериями.
Разлагающие целлюлозу бактерии были впервые открыты известным советским микробиологом академиком В. Л. Омелянским (рис. 36).
Работами отечественных учёных — Омелянского, Виноградского, Исаченко, Имшенецкого — было установлено, что целлюлозоразлагающие бактерии чрезвычайно широко распространены в природе. При полном разложении клетчатка превращается в простейшие соединения — метан, водород, углекислоту. Но в почве разложение растительных остатков идёт медленно, причём образуются продукты неполного разложения, так называемый перегной, или гумус. Перегной играет большую роль в обеспечении плодородия почв. Перегной склеивает почвенные комочки и придаёт им прочность. Поэтому почва приобретает мелкокомковатую структуру, устойчивую против размывания водой. В такой почве задерживается влага, и растение легко высасывает из неё воду и растворённую в ней пищу.
Таким образом, в процессе разложения растительных остатков почва улучшает свои качества, приобретает структуру, повышающую её плодородие, а разлагающийся дальше перегной снабжает растение минеральной пищей.
Бактерии, разлагающие межклеточное вещество — пектин, имеют, кроме того, огромное значение в процессе технической обработки льняного волокна, из которого готовится льняная пряжа.
Можно смело сказать, что возможности изготовлять льняные ткани мы целиком обязаны в наше время деятельности этих полезных бактерий. В стебле льна льняные волокна склеены пектиновым веществом. Чтобы освободить волокна от стебля и сделать их пригодными для пряжи, производят так называемую мочку льна: льняные стебли закладывают в ямы, наполненные водой, — мочила. Находившиеся на поверхности стеблей бактерии через устьица попадают вместе с током воды внутрь стебля, усиленно размножаются и производят свою разрушительную, но полезную для человека работу по разложению пектина. После окончания процесса лубяные волокна льна легко отделяются от костры, высушиваются и становятся пригодными для изготовления льняной пряжи. Иногда в обычных условиях мочки льна в мочилах, где, кроме пектиноразлагающих бактерий, находится много других разнообразных, в том числе и вредных микробов, процесс может развиваться неправильно, и волокно получается плохого качества. Чтобы избежать этого, мочка льна теперь часто производится в заводских условиях, в специальных цементных баках, которые загружаются хорошо отсортированным стеблем. В баки добавляется лабораторная разводка микробов, особенно активно разлагающих пектин. Такие бактериальные закваски из чистых культур пектиноразлагающих бактерий можно применять и в колхозных мочилах. Мочка льна на чистых культурах бактерий значительно ускоряет процесс, повышает выход льняного волокна и улучшает его качество.
Мы видим таким образом, что микробы, разлагающие животные и растительные остатки, производят чрезвычайно полезную работу, необходимую для жизни растений. Разлагая сложные соединения, они превращают их в простейшие минеральные вещества, легко усваиваемые зелёными растениями, и тем самым возвращают природе запасы углерода и азота, затраченные на формирование живой материи.
Полезная деятельность микробов не ограничивается работой гнилостных, целлюлозо- и пектиноразлагающих бактерий. Как мы уже говорили, при разложении белков образуется аммиак, представляющий собой простейшее соединение азота и водорода. Как это доказал академик Д. Н. Прянишников, соли аммиака усваиваются растениями, но еще более пригодным источником питания для растений является селитра — соль азотной кислоты, которая ценится как прекрасный землеудобрительный препарат.
Долгое время человечество не знало, как происходит образование селитры в почве. Еще в середине XVIII века немецкая Академия наук объявила премию за решение этого практически важного вопроса. Но только в 1889 г. была раскрыта тайна происхождения селитры. Мы обязаны этим открытием одному из величайших микробиологов — русскому учёному Сергею Николаевичу Виноградскому (род. в 1856 г.) (рис. 37).
С. Н. Виноградский доказал, что селитра образуется из аммиачных солей под влиянием особой группы бактерий, так называемых нитрифицирующих (от слова «нитрум» — селитра). С. Н. Виноградский, применив разработанную им оригинальную методику, о которой мы говорили в главе 3 этой книги, установил, что в почвах живут мельчайшие бактерии, окисляющие аммиак в азотную кислоту, которая нейтрализуется солями кальция и магния и превращается в селитру. Нитрифицирующие бактерии оказались самыми непритязательными в смысле источников питания микробами: они пользуются для этой цели чисто минеральными соединениями — аммиаком, являющимся источником азота, и углекислотой воздуха, используемой для построения углеродистых соединений.
Нитрифицирующие бактерии образуют в почве огромные количества селитры. Летом в поверхностных слоях черноземной почвы может образоваться более 1500 килограммов селитры на 1 гектар. Селитра эта легко исчезает из почвы вследствие потребления её зелёными растениями, вымывания влагой, а также вследствие деятельности другой группы микробов, так называемых денитрифицирующих бактерий, которые разлагают селитру до свободного азота, нанося этим некоторый вред сельскому хозяйству и снижая плодородие почв.
Микробы помогают растениям черпать необходимые им источники азота не только из аммиака и селитры. Давно было замечено, что бобовые растения — горох, вика, клевер — могут прекрасно развиваться в почвах, в которые не вносились добавочные азотсодержащие удобрения. Больше того, оказалось, что бобовые растения даже обогащают почву азотистыми соединениями. Поэтому после выращивания бобовых на истощённой земле получается высокий урожай и других растений. В чём же причина такого необычного поведения бобовых растений? Еще в XVII веке учёные наблюдали на корнях бобовых растений небольшие желвачки — клубеньки и считали их проявлением заболевания растений. В 1886 г. русский ботаник академик М. С. Воронин доказал, что в клетках клубеньков находится огромное количество мельчайших телец, чрезвычайно похожих на бактерии. В дальнейшем была выделена чистая культура этих телец, действительно оказавшихся бактериями. Бактерии были названы клубеньковыми. Оказалось, что, поселясь в клетках корней бобовых растений, бактерии так действуют на корневую ткань, что клетки корневой ткани начинают усиленно делиться и образуют клубенёк. Но самое главное свойство клубеньковых бактерий — их способность усваивать атмосферный азот и превращать его в вещество своего тела. Промежуточные продукты усвоения азота бактериями используются бобовыми растениями. Поэтому бобовые растения не нуждаются в азотистых удобрениях. Бобовые растения при помощи клубеньковых бактерий накапливают огромные запасы усвояемого азота. По данным академика Д. Н. Прянишникова, клевер, например, накапливает в течение года до 150–160 килограммов азота на 1 гектар, а люцерна — до 300 килограммов на 1 гектар.
Здесь перед нами один из случаев столь распространённых в природе явлений взаимопомощи между двумя организмами — растением и микробом. Растение получает от бактерий азотистые соединения, а бактерии питаются выделениями растений. Эта взаимопомощь настолько тесна, что, по мнению некоторых учёных, клубеньковые бактерии, будучи изолированными от растений в чистую культуру, не в состоянии усваивать атмосферный азот. Для этих опытов был применён следующий весьма оригинальный метод: клубеньковые бактерии выращивались в атмосфере, содержавшей радиоактивный азот. Эти так называемые меченые атомы азота могут быть легко найдены в любой части растений при помощи физических методов, учитывающих радиоактивные элементы. Если меченый азот воздуха усваивается клетками, то он может быть обнаружен в бактериальной культуре. Но в лабораторной культуре клубеньковых бактерий не удалось найти радиоактивного азота. Клубеньковые бактерии в чистой культуре, вне бобового растения, по-видимому, не усваивали атмосферного азота.
Если клубеньковые бактерии помогают бобовым растениям усваивать азот воздуха, то, следовательно, чем лучше и активнее будет развиваться культура бактерий в клубеньках растения, тем выше будет урожай. Отсюда уже давно возникла идея: нельзя ли искусственно заразить бобовые растения наиболее активной культурой клубеньковых бактерий и тем самым повысить урожай таких ценных сельскохозяйственных культур, как горох, бобы, соя, клевер?
Первые такие опыты были поставлены еще в царской России в 1911–1912 гг. Но только при советской власти, в условиях крупного, колхозного и совхозного сельского хозяйства эти опыты могли дать практический эффект. В настоящее время препараты клубеньковых бактерий широко используются в Советском Союзе, как весьма действенное бактериальное удобрение. Этот бактериальный препарат называется нитрагин и представляет собой простерилизованную землю, в которой размножилась культура высокоактивных клубеньковых бактерий. Для каждого вида бобовых растений готовится соответствующая, приспособившаяся к развитию именно в этом виде культура клубеньковых. Перед посевом семян они смешиваются с нитрагином и небольшим количеством воды, тщательно перелопачиваются и немедленно высеваются. Обработка семян нитрагином повышает урожай бобовых растений (гороха, чечевицы, клевера) от 11 до 45 процентов, стоимость же этого способа в десятки раз ниже стоимости азотистых минеральных удобрений.
Но не только клубеньковые бактерии обладают способностью усваивать азот атмосферы и тем самым повышать урожай сельскохозяйственных культур.
В 1893 г. С. Н. Виноградским был открыт анаэробный микроб — клостридий, свободно живущий в почве и усваивающий газообразный азот. В 1901 г. учёные выделили другой микроорганизм, обладающий той же функцией, но развивающийся в присутствии кислорода, — аэробную бактерию азотобактер. Азотобактер строит белки своего тела, пользуясь азотом воздуха, а энергию, необходимую для этого процесса, получает, окисляя углеродистые соединения — сахар, крахмал, спирты. Отмершие клетки азотобактера разлагаются гнилостными микробами, выделяющими при этом аммиак, окисляются нитрифицирующими бактериями до азотной кислоты, а ее соли в виде селитры используются зелёными растениями. Хотя азотобактер фиксирует меньше атмосферного азота, чем клубеньковые бактерии, все же он способен накопить до 30–40 килограммов азота на 1 гектар.
Давно было замечено, что в Крыму табаки дают хороший урожай в течение ряда лет без внесения дополнительных удобрений. Заинтересовавшись причиной этого явления, академик С. Костычев и А. Шелоумова нашли, что на корнях табака прижилось очень много клеток азотобактера, которые снабжают растения азотистыми соединениями. Отсюда и родилась идея повышения урожая некоторых сельскохозяйственных культур путём заражения их корневой системы азотобактером. С 1937 г. по предложению А. Шелоумовой в Советском Союзе в массовом масштабе начато изготовление нового бактериального удобрения — азотобактерина. Выращенная в лаборатории культура азотобактера смешивается с торфом или перегноем и в таком виде запаковывается в ящики и рассылается в колхозы. В день посева семена увлажняются, тщательно перелопачиваются вместе с азотобактерином и высеваются. Азотобактер поселяется на корневой системе растения и значительно повышает урожай сельскохозяйственной культуры. Особенно удачные результаты получились с овощами. Так, урожай томатов увеличивается на 26 процентов, капусты — на 34 процента, огурцов — на 14 процентов. Прибавка урожая картофеля составила 15–20 процентов. Особенно эффективен азотобактерин, если он применяется в свежеприготовленном виде. Поэтому наиболее рационально было бы изготовлять его на месте — в колхозах. Колхозники ряда областей уже освоили приготовление азотобактерина и значительно повышают свои урожаи. Применяя азотобактерин собственного изготовления, в колхозе «Новая жизнь» Горьковской области собрали урожай ранней капусты, обладавшей крупными и тугими вилками, в количестве 360 центнеров на 1 гектар, та же капуста без азотобактерина дала только 220 центнеров.
Кроме азотистых соединений, большую роль в питании растений играют также соединения фосфора. К сожалению, фосфор находится в почве большей частью в виде сложных, не усваиваемых растением соединений. И здесь на помощь растению приходят микробы. Расщепляя эти соединения, бактерии освобождают фосфорную кислоту, которая в виде растворимых солей хорошо усваивается растением. Такие бактерии были получены в виде чистых культур в Советском Союзе. В настоящее время делаются попытки применить эти бактерии в качестве нового бактериального землеудобрительного препарата, называемого фосфоробактерин. Многочисленные опыты показывают, что фосфоробактерин является эффективным средством повышения урожайности зерновых культур.
Мы рассмотрели деятельность микробов в почве. Мы убедились, что микробы имеют огромное значение для сельского хозяйства. Изучение роли микробов в почвах позволяет нам правильно направить их деятельность и поставить их на службу человеку. Вместе с тем перед нами вырисовывается ведущая роль микробов в общем круговороте азотистых соединений в природе.
В этом круговороте можно различить несколько стадий, каждая из которых осуществляется специально приспособленной группой микроорганизмов. Вначале отмершие животные и растения разлагаются гнилостными и некоторыми другими микробами до простейших соединений. Образовавшийся при этом аммиак под влиянием нитрифицирующих микробов превращается в соли азотной кислоты — селитру. Селитра потребляется растениями, но может также разложиться денитрифицирующими бактериями до свободного азота. Но и свободный азот не теряется безвозвратно: клубеньковые и свободно живущие азотфиксирующие бактерии усваивают его и опять-таки превращают в соединения, используемые растениями.
Такого же типа превращение вещества, осуществляемое микроорганизмами, наблюдается и с соединениями, содержащими другие необходимые для жизни растения элементы — фосфор, серу, железо, углерод. Особенно интересны по своему практическому значению превращения углеродистых соединений, на которых основан целый ряд промышленных производств пищевых продуктов. Но об этом — в следующей главе.
Углерод имеет огромное значение для жизни человека, животных и растений. Простейшее соединение углерода — углекислый газ — с помощью световой энергии усваивается зелёными растениями и превращается в высокопитательные для человека и животных сложные углеводы: сахара, крахмал, клетчатку. В организме эти соединения, являясь важнейшим источником питания и дыхания, разрушаются, причём в качестве конечного продукта распада образуется углекислота, которая снова утилизируется растениями. Этим обеспечивается постоянный круговорот углерода в природе.
Превращение углеродистых соединений происходит не только в организме человека и животных, но и в огромных масштабах совершается микробами. В предыдущей главе мы уже говорили о распаде клетчатки и пектиновых веществ. В этой главе мы рассмотрим превращение других углеродистых соединений, главным образом сахаров. Эти соединения имеют особую питательную ценность и являются составной частью ряда высокополезных пищевых продуктов.
Используя разнообразные превращения сахара, человек с незапамятных времён приготовлял различные продукты. Вино, уксус, хлеб, кисломолочные продукты входили в рацион древнейших народов. Но до развития научной микробиологии не было известно, что все эти продукты получаются в результате деятельности микробов, превращающих сахар в спирт или молочную кислоту, а спирт — в уксус.
Наблюдая за процессом брожения виноградного сока, древние виноделы видели, что по мере превращения сока в вино происходит его просветление, а на дне накапливается осадок. В средние века некоторые учёные считали, что этот осадок является отбросами, экскрементами вина, образующимися при самоочищении «души» вина. Но было замечено, что если маленькую порцию осадка перенести в свежий виноградный сок, то сок очень быстро начинает бродить, теряя при этом сладкий вкус, и накапливает опьяняющее вещество — спирт. Еще Левенгук в 1680 г. разглядел в этом осадке большие (по сравнению с бактериями) округлые клетки. Но только Пастер окончательно доказал, что превращение сахара виноградного сока в спирт осуществляется одноклеточными грибками-дрожжами.
Каким же образом дрожжевая клетка превращает сахар в спирт?
Бактерии, актиномицеты и грибки, в том числе и дрожжи, обладают способностью продуцировать особые вещества, растворённые в клеточном соке и называемые ферментами, или энзимами. Эти вещества обладают свойствами химических катализаторов, т. е. они ускоряют, не входя в состав образующихся продуктов, химические реакции. Именно благодаря наличию в клетке ферментов микробы и производят самую разнообразную работу по превращению различных веществ в природе. Ферменты отличаются огромной активностью и специфичностью своего действия: достаточно весьма малых количеств фермента, чтобы превращение вещества пошло в строго определённом направлении. Поразительна специфичность энзима: из одного и того же вещества, например, сахара, в зависимости от воздействия на него того или другого энзима получаются самые различные соединения. Микробы весьма богаты самыми разнообразными энзимами.
Все превращения азотистых и углеродсодержащих веществ, о которых мы говорили в предыдущей главе, осуществляются при помощи различных энзимов. Существуют энзимы, расщепляющие белки, клетчатку, энзимы, окисляющие различные соединения, и т. д. Точно так же и в дрожжевых клетках имеется бродильный энзим, так называемая зимаза, осуществляющий спиртовое брожение сахара, т. е. распад его на винный спирт и углекислоту. Энзим может быть выделен из клетки в чистом виде. Впервые это было осуществлено русским учёным-женщиной М. М. Манассеиной в 1871 г. Открытие это неправильно приписывается зарубежному учёному Эд. Бухнеру (1896 г.). После растирания с песком Манассеиной удалось получить из дрожжевых клеток зимазу, которая воспроизводила спиртовое брожение вне клетки. Но не следует думать (как это себе представляют многие зарубежные учёные), что микробная клетка является лишь мешком, наполненным энзимами. Работа энзимов в клетке тесно связана со всей клеточной организацией, поэтому в живой клетке все химические реакции идут с поразительной согласованностью и направленностью. В живой клетке энзимы не только разлагают вещества, но и созидают новые. Каждый энзим одновременно является и разрушителем и строителем. А внеклеточное брожение, по образному выражению академика Костычева, можно сравнить с работой разрушенного химического завода, где исчезает стройный порядок последовательности хода процесса.
Поэтому-то, хотя биохимики и научились теперь выделять из клеток отдельные энзимы и даже очищать некоторые из них, живые клетки микробов всё же являются пока лучшими химическими реагентами при производстве некоторых веществ, в том числе и пищевых продуктов.
Роль микробов в изготовлении пищевых продуктов в основном сводится к двум типам брожений сахаристых веществ — к спиртовому брожению и к молочнокислому брожению.
Спиртовое брожение, преимущественно осуществляемое дрожжами, применяется в производстве вина, пива, спирта и в хлебопечении и заключается в анаэробном разложении сахара на спирт и углекислоту.
Изготовление вина известно с глубокой древности. На египетских пирамидах имеются изображения последовательных стадий виноделия. Теперь вино изготовляется по следующей схеме. Отжатый виноградный сок, оставленный при температуре 20–30°, бродит, так как в нём имеется большое количество дрожжевых клеток, попавших с поверхности винограда. При брожении выделяются пузырьки газа углекислоты. Обычно первый этап наиболее бурного брожения заканчивается через три дня, после чего молодое вино почти доверху наливается в бочки и дображивает в подвалах при более низких температурах (5–10°). В процессе дображивания вино частично осветляется вследствие оседания дрожжей, винной кислоты, дубильных и пектиновых веществ. При выдерживании вина в подвалах оно приобретает характерный для каждого сорта букет, т. е. аромат и вкус, связанный с накоплением ароматических веществ. Букет вина зависит и от сорта винограда и от тех химических процессов, которые медленно протекают при его хранении в подвале. Поэтому только более или менее длительное хранение вина в винодельческих подвалах сообщает ему все те свойства, которые характеризуют зрелое, выдержанное вино.
Вина делятся на красные и белые. Красные вина готовятся из виноградного сока, не отделённого от остатков раздавленных ягод. В клетках кожицы ягод находится тёмное красящее вещество, которое и придаёт красный оттенок зрелому вину. Кроме того, вина различают по содержанию в них сахара и спирта. Сухие, или столовые, вина получаются из малосахаристых сортов винограда. В процессе брожения таких вин сахар виноградного сока полностью перебраживается в спирт, количество которого достигает 9–10 процентов. Если применяются высокосахаристые сорта винограда, например, мускатный сорт, то часть сахара остаётся несброженной, и тогда получаются сладкие, или дессертные, вина. Вообще нужно иметь в виду, что дрожжевые грибки не могут дать более 14–15 процентов спирта, так как большая его концентрация уже действует губительно на дрожжевую клетку. Поэтому, если хотят получить вино с большим содержанием спирта (16–18°), то его добавочно спиртуют. Крепкие вина — портвейн, мадера и часть дессертных вин — это спиртованные вина.
Вина, изготовляемые путём самосброда, т. е. на случайно попавших с поверхности ягод дрожжевых грибках, нередко получаются низкого качества. Иногда брожение не доходит до конца, вино легко подвергается болезням, в нём накапливаются некоторые нежелательные продукты. Зависит это от того, что в виноградный сок вместе с винными дрожжами попадают и другие, вредные для вина микробы. Поэтому теперь в хорошо организованных винодельческих совхозах и колхозах применяются в качестве закваски чистые культуры дрожжей, выведенных в лабораториях и отличающихся способностью быстро сбраживать виноградный сок, давать легко оседающий осадок и придавать вину хороший вкус и аромат.
Вино можно изготовлять не только из винограда, но и из различных плодов и ягод, которые также содержат большие количества виноградного сахара — глюкозы. При производстве плодово-ягодных вин применяются специальные расы винных дрожжей, хорошо приспособленные к работе в этих соках, отличающихся большей кислотностью и меньшей сахаристостью. Многие плодово-ягодные вина обладают высокими вкусовыми качествами. Особенным успехом пользуется вино из малины «Мускат севера» и слабое яблочное вино, называемое сидром.
Близким к виноделию является процесс пивоварения. Производство пива также основано на деятельности дрожжей, перебраживающих сахар солода в спирт. Пивные дрожжи несколько отличаются от винных дрожжей и после брожения дают не более 4–5 процентов спирта.
Не обладая ферментом, разлагающим крахмал, дрожжи не могут непосредственно вырабатывать спирт из зёрен ячменя и пшеницы, употребляемых в качестве сырья при производстве пива; зёрна должны быть сначала превращены в солод, что достигается путём их проращивания. При проращивании ферменты, содержащиеся в зерне, осахаривают крахмал и тем самым делают его доступным для дрожжевых грибков.
Из солода приготовляют пивное сусло, которое и сбраживается дрожжами. Качество и вкус пива зависят не только от сбраживаемого сахара, но и от азотистых продуктов распада белков зерна, характера брожения и количества добавляемого хмеля, придающего пиву специфический горький вкус.
Научной разработкой практических вопросов виноделия и пивоварения мы обязаны Л. Пастеру. Многолетние работы учёного по этому вопросу позволили рационально поставить производство вина и пива, научили нас бороться с порчей и болезнями этих продуктов. Пастер доказал, что в большинстве случаев болезни вина и пива вызываются вредными микроорганизмами, и в целях предохранения бутылочного вина от порчи предложил прогревать его при 50–60°. При таком прогревании качества вина не изменяются, а бактерии-вредители погибают. Способ этот, получивший название пастеризации, широко применяется и сейчас для длительного сохранения вина, молока и некоторых других продуктов.
Производство спирта — винокурение, целью которого является получение возможно более чистого винного спирта, основано на сбраживании дрожжами осахаренных зёрен злаков, картофеля, сахарной патоки. Можно получать спирт даже из древесины, проваривая её с бисульфитом. В получающемся бисульфитном щёлоке содержится сахар, который и сбраживается дрожжами.
Существуют микробы, способные разлагать не только сахар, но и крахмал с образованием винного спирта. Это плесневый грибок — яванский мукор. Он сначала осахаривает крахмал, а потом сбраживает его, причём получается до 5 процентов спирта. Таким образом, слабоалкогольный напиток может быть получен и из обыкновенного крахмала. Для получения рисовой водки (сакэ) японцы пользуются смесью плесени, сахарифицирующей крахмал рисовых зёрен, с дрожжами, которые вызывают спиртовое брожение.
Нередко производство спирта объединяется с производством хлебопекарных дрожжей, так как в винокурении и хлебопечении применяется один и тот же вид дрожжей. Хлебопекарные дрожжи, размножаясь в тесте и вызывая спиртовое брожение осахаренного крахмала, выделяют углекислый газ, который и заставляет подыматься тесто. При выпечке хлеба углекислый газ улетучивается и хлеб делается ноздреватым.
Для производства хлебопекарных дрожжей выгодно накопить наибольшую массу, т. е. добиться мощного размножения дрожжей. Это достигается путём пропускания струи воздуха через чан, в котором размножаются дрожжи. Если в жидкости находится много кислорода, то дрожжи размножаются очень быстро, правда, при этом они не образуют спирта и полностью окисляют сахар до углекислоты и воды. После окончания процесса размножения дрожжевая масса осаждается, промывается, прессуется и в таком виде используется.
Белки дрожжей являются сами по себе ценным питательным материалом. Кроме того, в дрожжах накапливается большое количество витаминов. Поэтому дрожжи являются хорошим лечебным средством при некоторых заболеваниях, например фурункулёзе. Некоторые дрожжи, так называемые жировые, кроме того, энергично накапливают жиры.
Поскольку дрожжи могут размножаться за счёт переработки таких малоценных и непитательных веществ, как производные из древесины, быстро накапливая при этом большое количество питательного белка, то они уже давно используются в качестве корма для скота. Используются дрожжи и в чистом виде (кормовые дрожжи), и в смеси с другими кормами сельскохозяйственных животных (сдабривание кормов дрожжами называется дрожжеванием кормов).
Каждому известно, что если оставить при комнатной температуре стакан вина или пива, то уже через несколько дней жидкость скисает. При этом количество спирта уменьшается и накопляется уксус. На поверхности жидкости образуется плёнка. Рассматривая кусочек этой плёнки в капельке воды под микроскопом, мы увидим, что она состоит из небольших палочковидных бактерий (рис. 38). Это уксуснокислые бактерии, окисляющие спирт до уксусной кислоты и использующие выделяющуюся в процессе окисления свободную энергию. Превращение вина в уксус известно еще с глубокой древности. Упоминание об этом процессе можно найти у древнего греческого историка Геродота. Теперь же для промышленного производства уксуса применяются культуры уксуснокислых бактерий. В качестве сырья применяются молодое вино, пиво или водные экстракты из чёрных сухарей, яблок, ягод, обогащённые спиртом.
Уксус является предметом широкого потребления в качестве приправы к пище и как консервирующее средство. Для большинства бактерий, в том числе и гнилостных, уксусная кислота, содержащаяся в уксусе, является ядом. Поэтому уксусные маринады широко применяются для предохранения различных пищевых продуктов от порчи.
Кроме уксусной кислоты, некоторые микробы производят щавелевую и лимонную кислоту. Эти кислоты также широко применяются в пищевой промышленности, и их изготовление в заводских условиях основано на работе микробов. Щавелевая кислота получается при окислении сахара глюкозы плесневым грибком — чёрным аспергиллом. При окислении того же сахара плесневым грибком цитромицес получается лимонная кислота. Советский учёный проф. В. С. Буткевич разработал технологию производства лимонной кислоты при помощи этого грибка.
Огромное значение в производстве пищевых продуктов имеет и молочнокислое брожение, осуществляемое особой группой молочнокислых бактерий, приспособившихся к сбраживанию молочного сахара в молочную кислоту. Молочнокислое брожение имеет широчайшее применение в молочнокислой, масляной и сыроваренной промышленности, в изготовлении силоса (высокопитательного корма для скота), в квашении овощей.
Молочная кислота применяется в различных отраслях промышленности. Без неё нельзя обойтись в кожевенном деле для удаления извести с кож. Она широко используется и в ситцепечатном и красильном деле. В медицине она является средством прижигания и входит в состав некоторых лекарств. В пищевой промышленности она используется также в производстве конфет и безалкогольных напитков.
Молочнокислые бактерии весьма распространены в природе. Они находятся на поверхности сосков вымени и в шерсти коров, и в воздухе, и в сене, поэтому уже и в свежевыдоенном молоке всегда имеется много молочнокислых бактерий. Молоко вообще является особенно благоприятной средой для развития не только молочнокислых, но и многих других бактерий. Там всегда можно найти гнилостные бактерии, кишечные палочки, плесени, дрожжи.
Если в молоко попадут болезнетворные бактерии, палочки туберкулёза, брюшного тифа, холеры, бруцеллёза, то они там прекрасно развиваются. Поэтому некипячёное молоко может служить путём передачи заразы. Но при хранении молока в тепле при температурах выше 15° в нём обычно раньше других размножаются молочнокислые бактерии. Выделяя молочную кислоту, которая является ядом для гнилостных и многих других бактерий, они тем самым подавляют развитие вредных микробов. В результате превращения молочного сахара в молочную кислоту из молока выпадает в виде сгустка его белковая часть — казеин. Молоко свёртывается, превращается в простоквашу. Помимо истинных молочнокислых бактерий, многие другие микробы, например, кишечная палочка, также могут разлагать сахар до кислоты. Поэтому молоко свёртывается после размножения в нём кишечной палочки. Но при свёртывании молока кишечной палочкой сахар разлагается на кислоту и углекислый газ, который, выделяясь на поверхность, делает сгусток ноздреватым. Молочнокислые же бактерии целиком превращают молочный сахар в молочную кислоту без выделения газа. Поэтому хорошая простокваша, получившаяся под воздействием истинных молочнокислых бактерий, отличается гладкой поверхностью сгустка. Для получения хорошей простокваши обычно пользуются специальными заквасками — чистыми культурами молочнокислых бактерий. Простокваша, действительно, является весьма ценным питательным продуктом и часто применяется как диетическое блюдо при некоторых заболеваниях. Еще более ценным лечебным продуктом является ацидофилин. Это та же простокваша, получившаяся после молочнокислого брожения на чистой культуре так называемой ацидофильной молочнокислой палочки. Ацидофильные палочки в природных условиях живут не в молоке, а в кишечнике детей и животных, откуда они были выделены в чистых культурах, употребляемых для приготовления закваски. Ацидофилин, или ацидофильное молоко, применяется для лечения и предупреждения некоторых кишечных заболеваний человека и животных. В последние годы выяснилось, что его применение особенно успешно при лечении кишечных заболеваний молодых животных: телят, поросят, цыплят.
Опыты, проведённые еще в 1939 г. в колхозах Московской области, показали, что вскармливание молодняка ацидофильным молоком снизило заболеваемость в 2–2,5 раза и увеличило вес животных.
Большой известностью пользуются также такие кисломолочные продукты, как кефир и кумыс. Но в изготовлении этих продуктов, кроме молочнокислых бактерий, принимают участие также и дрожжевые грибки. Кефир и кумыс — это продукты молочнокислого и спиртового брожения.
Кефир имеет древнее происхождение. Родиной его является Северный Кавказ. Это очень приятный на вкус, освежающий диетический напиток, содержащий около 0,7 процента молочной кислоты и столько же спирта. Приготовляется он путём заквашивания коровьего молока особыми кефирными зёрнами, которые местные горцы раньше называли «зёрна пророка» или «пшено пророка» и считали, что зёрна эти посланы им богом в подарок.
Кефирные зёрна были впервые описаны известным кавказским врачом Джогиным в 1866 г. Они состоят из цепочек молочнокислых бактерий, в складках которых залегают группы дрожжевых клеток. В зависимости от длительности брожения молока различают слабый — молодой однодневный кефир, средний — двухдневный и крепкий — трёхдневный.
Кумыс приготовляется из кобыльего молока. Он также обладает целебными свойствами и применяется при лечении туберкулёза и общего истощения. В кумысе содержится до 2 процентов спирта и 1 процент молочной кислоты. Кумыс также известен с глубокой древности, и, судя по описаниям Геродота, способ его изготовления и целебные свойства были известны еще древним скифам.
Приготовление таких кислоспиртовых напитков, как мацони, айран, крымская буза, хлебный квас, также основано на совместной деятельности дрожжей и молочнокислых бактерий. Этот тесный симбиоз между двумя организмами, конечно, не случаен. Объясняется он следующим: дрожжи частично питаются молочной кислотой, выделяемой бактериями. Тем самым они снижают её концентрацию, что благоприятно влияет на жизнедеятельность молочнокислых бактерий, которые не переносят высокого содержания кислоты. Кроме того, дрожжи обогащают питательную жидкость витаминами, что также благоприятствует развитию бактерий.
В домашнем быту мы встречаемся еще с одним случаем использования сожительства — симбиоза двух микробов для приготовления приятного слабокислого напитка — чайного кваса. Чайный квас получается после заражения сладкого чая культурой так называемого чайного или японского гриба, разрастающегося в виде толстой, морщинистой, слизистой плёнки на поверхности жидкости. Этот псевдогрибок состоит из уксуснокислых бактерий и дрожжеподобных организмов. Дрожжи вырабатывают из сахара спирт, а уксуснокислые бактерии окисляют часть его в уксус. В результате получается очень приятный на вкус, освежающий слабоспиртовой и кисловатый напиток.
Молочнокислые бактерии участвуют и в изготовлении сливочного масла и сыров. При изготовлении масла они способствуют отделению жира от молока и, вырабатывая молочную кислоту, предохраняют масло от дальнейшей порчи. Специфический аромат хорошего масла также зависит от деятельности определённой группы микробов, выделяющих ароматические продукты. Эти микробы были названы академиком В. Л. Омелянским душистыми микробами. Душистые микробы играют большую роль в образовании соответствующего букета вина, специфического запаха сыра, молока. Применяя соответствующую культуру микроба, можно даже придать винный букет простому пивному суслу (ячменное вино). Академик В. Л. Омелянский получал чистые разводки микробов, обладавших запахом дыни, земляники, ананаса.
Изготовление различных сыров основано на деятельности бактерий. В отличие от кисломолочных продуктов процесс производства сыров занимает часто очень длительное время (иногда до двух-четырёх лет), но зато получаемый продукт может долго сохраняться без порчи. Поэтому приготовление сыров является наилучшим способом сохранения наиболее важной для питания белковой части молока. Производство простейших сыров типа брынзы известно очень давно. Гомер в «Одиссее» рассказывает, что циклоп Полифем, прибавляя к молоку сок кислых трав, получал из него сыр.
Как же получается брынза? Под влиянием молочной кислоты, образуемой молочно-кислыми бактериями, и сычуга, добавляемого к молоку, в нём образуется сгусток белковой части молока — казеина, который после уплотнения превращается в творог. Посоленный творог прессуется и получается сыр — брынза.
Более сложно готовятся сыры голландские, швейцарские и другие. После прессования и посолки сырная масса переносится в подвалы с температурой около 13° для дальнейшего, часто длительного созревания. Здесь молочнокислые бактерии продолжают свою работу по переработке остатков молочного сахара в кислоту. После этого на помощь приходит другая группа бактерий — так называемые пропионовокислые бактерии, которые особым ферментом превращают молочную кислоту в пропионовую и уксусную кислоты и углекислый газ. Этими кислотами и определяется острый вкус выдержанного сыра. Углекислый газ, постепенно выделяясь через сырную массу, образует в ней пустоты — глазки.
При созревании сыров известную роль играют и гнилостные микробы, которые разлагают белки молока, а выделяющиеся продукты разложения придают сыру соответствующий запах. В созревании сыра рокфор основную роль играют плесени, которые можно видеть на ломте сыра.
Молочнокислые бактерии широко применяются и при квашении овощей и фруктов — капусты, помидоров, огурцов, мочёных яблок. На свежих овощах находятся миллионы различных бактерий, преимущественно гнилостных, всегда имеются и молочнокислые бактерии. Поэтому при квашении важно создать такие условия, чтобы сахар овощей использовался именно молочнокислыми бактериями. Гнилостные микробы наиболее активно развивают свою деятельность при широком доступе кислорода воздуха, молочнокислые, являясь анаэробами, наоборот, производят молочнокислое брожение при отсутствии кислорода. Поэтому квашение овощей производят в непроницаемых для воздуха сосудах — бочках, кадках, ушатах, банках. Овощи туго уплотняются для удаления воздуха, и сосуд покрывается кружком с грузом. Таким образом создаются бескислородные условия, в которых молочнокислые бактерии развиваются лучше, чем гнилостные. Начинается молочнокислое брожение. Выделяющаяся молочная кислота предохраняет овощи от развития гнилостных микробов. Поэтому хорошо сквашенные овощи могут длительное время храниться, не портясь и не загнивая.
В колхозах и совхозах широко применяется еще один вид молочнокислого брожения — это так называемое силосование кормов для скота. В Советском Союзе ежегодно изготовляются миллионы тонн силоса. Силос является прекрасным, сочным, богатым витаминами и питательными веществами кормом. Ценность силоса состоит также в том, что для его изготовления применяется не только трава, но и такие отходы овощеводства, как картофельная ботва, стебли подсолнечника, солома и т. д., которые в свежем виде неохотно поедаются скотом. Обрезки капусты, ботва свёклы, болотные травы также идут на изготовление силоса.
Для силосования кормов необходимо плотно уложить в ямы или в силосные башни влажные измельчённые растения. Так же, как и при квашении, здесь важно, чтобы в силосе шло не гниение, а молочнокислое брожение. Если растительная масса уложена правильно, хорошо уплотнена и доступ воздуха устранён, то молочнокислые бактерии размножаются, вытесняют гнилостных микробов, а образующаяся молочная кислота является консервирующим средством, позволяющим сохранять силос в течение всей зимы.
Всесоюзный институт сельскохозяйственной микробиологии выпускает теперь специальную закваску из культур молочнокислых бактерий, приспособленных к силосованию кормов. Применение этой закваски ускоряет созревание силоса до 10 дней вместо 20–25. Улучшаются и вкусовые качества силоса — он охотно поедается даже лошадьми, которые очень разборчивы в пище. Главное же — гораздо быстрее накапливается необходимая для консервирования концентрация молочной кислоты.
Есть в природе места, особенно изобилующие микробами. Чернозёмная почва, навозные кучи, кишечник млекопитающих животных и человека постоянно содержат миллиарды разнообразных бактерий, актиномицетов и простейших.
Как бы заглянуть глазом в эту невидимую жизнь? Как бы рассмотреть, что делают там микробы в их естественной обстановке, а не в искусственно выращенной лабораторной культуре?
Советский микробиолог, академик Н. Г. Холодный в 1930 г. предложил оригинальный и чрезвычайно простой метод, позволяющий увидеть под микроскопом всё разнообразие и богатство микробов почвы в естественной обстановке. Острым ножом он производил вертикальный разрез в почве и вставлял в это отверстие небольшое четырёхугольное стерилизованное стекло, а потом его закапывал. Закопанное стекло скоро покрывалось почвенным раствором, к нему прилипали мелкие почвенные частички, среди которых поселялись и размножались различные микроорганизмы, обитающие в почве. Затем стекло извлекалось, высушивалось и после соответствующей обработки рассматривалось под микроскопом. Приставшие к стеклу почвенные частички и микробы сохранялись в их естественном расположении, и таким образом можно было наблюдать отдельные «кадры» из грандиозного фильма о жизни микробов в почве. В разных полях зрения микроскопа можно было найти кокки, отдельные палочки и споры и целые скопления микробов.
Видно было, что отмирающие нити грибов становятся добычей бактерий, разлагающих их. Среди скоплений бактерий были видны охотящиеся за ними амёбы, тело которых было переполнено остатками бактерий и грибов.
В 1936 г. академик Холодный непосредственно наблюдал под микроскопом за жизнедеятельностью почвенных микробов в чрезвычайно близкой к естественным условиям обстановке. Он насыпал мельчайшие частички почвенной пыли на влажную поверхность тоненького покровного стёклышка, которое накладывал на другое стекло с углублением в центре. Если края замазать вазелином, то получается «влажная камера», не высыхающая неделями. Наблюдая такой препарат под микроскопом, академик Холодный видел, что уже через 5–6 дней вокруг почвенных пылинок развивались густые микробные колонии, появлялись скопления бактерий, тянулись нити грибов и актиномицетов, медленно ползали амёбы, изредка пробегали инфузории и флагеллаты.
Новые методы, предложенные академиком Холодным, имели огромное значение для дальнейшего развития почвенной микробиологии.
Естественно, что в таких тесных сообществах микробы вступают в различные взаимоотношения друг с другом. Тут наблюдаются и случаи взаимопомощи — симбиоза, примеры которого мы уже видели в предыдущих главах, тут широко развиты и явления ожесточённой борьбы между представителями разных микробных видов, так называемый антагонизм микробов. Борьба эта проявляется не только в прямом пожирании амёбами и инфузориями бактерий, но и в выделении одними микробами химических соединений, вредно действующих на других микробов и подавляющих их жизнедеятельность.
Антагонизм и его следствие — победа в борьбе за существование — достигается у микробов разными путями.
С некоторыми случаями антагонизма мы сталкивались в предыдущей главе, изучая процессы квашения и силосования. Молочнокислые микробы угнетали развитие гнилостных микробов, образуя молочную кислоту. Точно так же винные дрожжи, выделяя спирт, а уксуснокислые бактерии выделяя уксусную кислоту, предохраняют жидкость, в которой они живут, от развития большинства других микробов, для которых спирт и уксус являются ядом. Во всех этих случаях нормальные, основные продукты микробного обмена играют роль антагонистически действующих веществ. В высоких концентрациях они тормозят и развитие тех микробов, которые образовали эти вещества.
Но существуют микробы, у которых антагонистически действующие вещества являются не основными, а побочными продуктами обмена. Такие вещества, совершенно не влияя на выделившего их микроба, часто обладают чрезвычайно сильным угнетающим действием на развитие микробов других видов. Замечательно, что это угнетающее действие ярко проявляется часто не на всех, а только на некоторых микробах. Таким образом, эти вещества обладают избирательностью, специфичностью своего действия. Невольно складывается впечатление, что такие вещества вырабатывались в процессе эволюции некоторых микробов в качестве своеобразных орудий защиты и нападения против других микробов, с которыми они постоянно сталкивались в своей жизнедеятельности, почему вещества эти и называются антибиотиками.
Особенно много известно антибиотиков, которые вырабатываются почвенными микробами. Это вполне понятно, так как именно в почве микробы образуют отдельные скопления, в которых могут действовать антибиотики. Возникновение зоны антибиотического вещества вокруг скопления микробов может служить им надёжной защитой. Вряд ли у водных микробов антибиотики имели бы значение, так как в этих условиях вещество распределялось бы во всей массе воды, а в почве оно сосредоточивается гнёздно.
Систематические многолетние исследования члена-корреспондента Академии Наук СССР Н. А. Красильникова с сотрудниками убедительно показали, что в почвах очень широко распространены различные грибы и актиномицеты, вырабатывающие антибиотики, губительно действующие на многие бактерии. Несомненно, эти антибиотики создают для грибов благоприятные условия борьбы с почвенными бактериями, для которых, как это мы уже видели на живых препаратах академика Н. Г. Холодного, грибы являются лакомой пищей.
Многие бактерии также способны вырабатывать антибиотики. Вещества, выделяемые палочкой синего гноя или уже знакомой нам палочкой чудесной крови, действуют угнетающе не только на некоторых других бактерий, но и на почвенных амёб и инфузорий, охотящихся за бактериями.
Член-корреспондент Академии Наук СССР проф. А. А. Имшенецкий, впервые установивший этот интересный факт, совершенно правильно считает, что возникновение способности вырабатывать антибиотики предохраняет бактерии от пожирания простейшими и, таким образом, является средством их самозащиты.
А нельзя ли употребить это замечательное свойство микробов на пользу человека? Нельзя ли лечить заболевание человека, вызванное развитием и размножением микробов, при помощи безвредного для него микроба-антагониста, который угнетал бы развитие болезнетворного вида и тем устранял бы причину болезненного состояния человека?
Эти мысли витали в умах многих микробиологов еще во второй половине XIX столетия. Русский врач А. Д. Павловский (1887 г.) пытался лечить сибирскую язву путём введения в организм животных бактерий, угнетающих развитие возбудителей этого заболевания.
Но только знаменитому русскому учёному И. И. Мечникову обязано человечество широкой и всеобъемлющей постановкой проблемы практического использования антагонизма микробов для лечения микробных заболеваний (рис. 39).
Классик материалистической биологии и медицины, воспитанный на прогрессивных идеях философии русских революционеров-демократов — Герцена, Белинского, Чернышевского, Добролюбова, Писарева, Мечников являлся учёным, исследования которого в области медицинской микробиологии непосредственно вытекали из общебиологических проблем.
Мечников с энтузиазмом воспринял прогрессивное ядро эволюционного учения Ч. Дарвина (рис. 40). Всю свою жизнь он был убеждённым дарвинистом и усиленно пропагандировал это учение в России.
Дарвин положил конец воззрению на организмы как на богом созданные и неизменяемые. Из учения Дарвина следовало, что все существующие виды животных и растений развиваются и изменяются в процессе развития. Материалистическим ядром дарвиновского учения являются три принципа: изменчивость, наследственность и отбор. Своей теорией Дарвин дал рациональное объяснение целесообразного устройства растительных и животных организмов. Изменчивость, наследственность и естественный отбор дают материалистическое объяснение целесообразности устройства организмов. Своим учением Дарвин нанёс сильный удар ложным, религиозным взглядам.
Бесспорно передовое и материалистическое учение Дарвина имело и ошибочные положения. Они были вскрыты классиками марксизма-ленинизма. Так, Дарвин перенёс в мир растений и животных черты, характерные для капиталистического общества. Он распространил на мир растений и животных положение английского философа Гоббса о войне всех против всех, буржуазное экономическое учение о конкуренции. Основным фактором эволюции Дарвин считал не приспособляемость и изменчивость, а борьбу за существование между организмами. Дарвин некритически воспринял реакционное, человеконенавистническое «учение» английского попа Мальтуса.
Как известно, Мальтус проповедовал антинаучную теорию, согласно которой человечество якобы размножается гораздо быстрее, чем растут средства существования. Жесточайшая борьба за существование, конкуренция, столь развитая в капиталистическом обществе и приводящая к обнищанию народных масс, является по Мальтусу не порождением капиталистического строя, а законом развития человеческого общества, следствием перенаселённости.
Дарвин считал, что основным законом природы является наличие борьбы между разными видами. Наряду с этим он высказывал мысль в соответствии с «теорией» Мальтуса, что еще более жестокая борьба за существование происходит между особями одного и того же вида животных или растений, возникающая из-за перенаселённости.
Вздорность, антинаучность и реакционность мальтусовых измышлений и связанных с ними ошибок Дарвина были убедительно вскрыты Марксом, Энгельсом, Лениным и Сталиным. Академик Т. Д. Лысенко своими блестящими опытами доказал отсутствие внутривидовой борьбы.
Еще в 1876 г. И. И. Мечников, критически разобрав ошибочные положения Дарвина, в своей прекрасной работе «Очерк вопроса о происхождении видов» совершенно правильно указал, что не внутривидовая борьба, а «взаимная борьба многих разнородных форм» имеет решающее значение для видообразования и эволюции. «В действительности оказывается, — писал Мечников, — что усиленная плодовитость далеко не имеет столь важного значения в возбуждении борьбы, как это было предположено Дарвином, что в этом отношении несравненно большую роль играет конкуренция и борьба разнородных форм».
Мечникову удалось бесспорно доказать, что в пробирке некоторые микробы, посеянные вместе с холерным вибрионом — возбудителем азиатской холеры, содействуют его развитию, а другие микробы угнетают его. Если это так, то, может быть, можно подобрать соответствующих микробов, которые будут подавлять жизнедеятельность болезнетворных возбудителей и в организме человека и животных? К сожалению, многочисленные и утомительные опыты, в которых Мечников пытался защитить лабораторных животных от заболевания холерой при помощи других микробов, не дали достаточно определённых результатов.
Зато полный успех был достигнут в опытах с молочнокислыми микробами, которые успешно боролись в организме человека и животных с вредными микробами кишечного гниения. Глубокая теоретическая и практическая разработка этого вопроса И. И. Мечниковым явилась первым в истории науки случаем успешного применения микробов-антагонистов для лечения и предупреждения заболеваний, вызванных деятельностью вредных микробов, и положила начало развитию новой плодотворной отрасли микробиологии — учению об антибиотиках.
К практическому применению деятельности молочнокислых бактерий Мечников подошёл на основании своих работ о причинах старения человеческого организма. По его мнению, одним из важнейших факторов, ускоряющих старение, являлось отравление человеческого организма вредными продуктами, выделяемыми гнилостными микробами. Гнилостные микробы массами заселяют толстый кишечник млекопитающих.
Развитие гнилостных микробов подавляется молочной кислотой, образуемой молочнокислыми бактериями. Особенно пригодной для этого Мечников считал молочнокислую бактерию, так называемую болгарскую палочку, применявшуюся при изготовлении болгарской простокваши — ягурта. Мечников и предложил употреблять для лечения хронических кишечных заболеваний простоквашу. Знаменитая мечниковская простокваша, или лактобациллин, нашла широкое распространение в профилактике и лечении кишечных расстройств.
Впоследствии оказалось, что болгарская палочка не приживается в кишечнике человека. В 1905 г. по почину русского детского врача А. А. Гартье она была заменена другой молочнокислой бактерией — ацидофильной палочкой, о которой уже шла речь выше. Ацидофилин очень хорошо помогает при профилактике и лечении хронических запоров, хронических колитов, пищевых отравлений. С 1941 г. ацидофильная палочка применяется по предложению советского учёного Хлебниковой также в виде молочной ацидофильной пасты, которая содержит в 20–30 раз больше бактерий, чем ацидофильное молоко.
В Советском Союзе пасту с успехом применяли во время Отечественной войны при лечении гнойных ран, накладывая её на поверхность раны. После такого лечения быстро исчезали многие гноеродные микробы.
Работы Мечникова и его школы вызвали огромный интерес к проблеме практического использования антагонизма микробов.
Много в этой области работали и старейший советский микробиолог почётный академик Н. Ф. Гамалея и одесский врач И. Г. Шиллер, который подметил интересное явление, названное им «насильственный антагонизм». Явление это заключалось в том, что в условиях голодания микробы, обычно не обладавшие антагонистическими свойствами, начинали выделять вещества, растворяющие других микробов, и питались продуктами растворения. Заставляя голодать безвредную для человека картофельную бациллу, Шиллер лечил гнойничковые заболевания кожи (стафилодермию).
Советский микробиолог Л. Г. Перетц много лет практически разрабатывает проблему антагонизма между нормально обитающими в кишечнике человека кишечными палочками и болезнетворными бактериями — возбудителями кишечных заболеваний (например, дизентерии). Предложенный Л. Г. Перетцом живой препарат колибактерин состоит из активной, антагонистически полноценной разводки кишечной палочки.
А нельзя ли выделить из микроба в химически чистом виде это антибиотическое вещество? Нельзя ли превратить живое лекарство, не всегда одинаковое по своим свойствам, в точно дозируемый, стойкий, выдерживающий хранение порошок, который в любой момент можно вынуть из аптечного шкафа и предложить больному?
Этого удалось достичь. Наблюдая, как в почве любое органическое вещество в конце концов разлагается микробами, учёные предположили, что та же участь постигнет в этих условиях и живые клетки болезнетворных микробов. Смесь различных проб земли выдерживали в деревянном ящике до тех пор, пока находившиеся в земле почвенные микробы использовали все подходящие для них запасы и стали голодать. Тогда периодически поливали землю культурой живых болезнетворных гноеродных бактерий, так называемых стафилококков. Если в почве, находившейся в ящике, присутствовали некоторые микробы, способные разрушать клетки болезнетворных стафилококков и питаться за их счёт, то эти микробы должны усиленно размножаться, всё больше приспособляясь к питанию живым стафилококком. Учёные поливали землю стафилококковой разводкой более года и, действительно, в конце концов выделили отсюда культуру короткой палочки, которая обладала удивительным свойством разрушать некоторых болезнетворных микробов. Прибавляя эту палочку к болезнетворным культурам стафилококков, стрептококков, пневмококков, наблюдали, что болезнетворные микробы погибают.
Разрушающее болезнетворных бактерий вещество удалось выделить из культур микробов-антагонистов и получить в чистом, концентрированном состоянии в виде белого кристаллического порошка. Вещество это было названо тиротрицином. Тиротрицин оказался эффективным лекарством при лечении длительно незаживающих гнойных ран. Такие раны часто излечивались тиротрицином в течение нескольких дней. А главное — тиротрицин не оказывал никакого вреда на ткани человека, не убивал фагоцитов — белых кровяных телец, помогающих организму в борьбе с инфекцией, и действовал только на гноеродных стафилококков и стрептококков. Вот эта избирательность, специфичность действия некоторых антибиотиков является их ценнейшим свойством, превращающим их в безвредное лекарство строго направленного действия.
Уже в 1942 г. советские учёные Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражникова вырастили из огородных почв Подмосковья новый вид бактерий, из которого удалось извлечь новый кристаллический антибиотик — советский грамицидин, или грамицидин С. Грамицидин С значительно превосходил тиротрицин по силе и «спектру» своего действия. Ничтожные дозы этого препарата (сотые миллиграмма) убивали стрептококков, стафилококков и пневмококков.
Большую пользу принёс советский грамицидин во время Отечественной войны с фашистской Германией. Обширные, длительно тянувшиеся нагноения, возникавшие после ожогов, быстро излечивались этим лекарством. Лечение грамицидином гнойных заболеваний суставов, костей, органов грудной и брюшной полости также давало прекрасные результаты.
Эти успехи в области получения новых химически чистых антибиотических препаратов микробного происхождения открыли новую эру в медицине. Многие микробиологи активно взялись за разработку этой увлекательной проблемы. Десятки лабораторий в СССР и зарубежных странах принялись выделять из разнообразных почвенных микробов антибиотические препараты и испытывать их лечебное действие. За последние годы описаны сотни различных антибиотиков, но пока лишь единичные из них оказались пригодными для лечебных целей. Остальные, будучи способными убивать болезнетворных микробов в пробирке, или не проявляли подобного действия в организме человека, или оказывались ядовитыми также и для самого больного.
Но зато некоторые препараты оказались действительно чудодейственными лекарствами. Это пенициллин и стрептомицин.
Пенициллин был выделен из зелёной плесени, называемой пенициллиум, или кистевик. Плесень эта чрезвычайно распространена в природе и очень часто развивается на отсыревших пищевых продуктах и даже в чернилах или на залежавшейся обуви. Антагонистические свойства зелёной плесени по отношению к гноеродным бактериям были впервые установлены ещё в 1871–1872 гг. русскими учёными — врачами А. Г. Полотебновым и В. А. Манассеиным. Манассеин и Полотебнов задолго до английских исследователей, приписывающих себе приоритет открытия пенициллина, выявили ряд свойств этого грибка, характерных и для пенициллина.
В 1929 г. английский учёный А. Флемминг, не упоминая об открытии Полотебнова и Манассеина, снова обратил внимание учёных на действие чистых культур зелёной плесени на гноеродных стафилококков. В его опытах культуры плесени выделяли в питательный бульон какое-то вещество, которое даже в небольших дозах убивало целый ряд болезнетворных бактерий. Вещество это, называемое пенициллином, оказалось очень нестойким и полностью разрушалось после 10–15-дневного хранения в лаборатории. Поэтому первоначально был сделан неправильный вывод, что вещество это не может иметь практического значения.
В 1941 г. микробиологи снова занялись пенициллином и, наконец, получили его в очищенном и достаточно стойком виде. Проверка его лечебного действия показала, что пенициллин является исключительным по силе своего действия лекарством. Пенициллин совершенно не ядовит для организма человека. При разведении сухого порошка водой в 2 миллиона раз он прекращает рост гонококков — возбудителей венерического заболевания гонорреи. Он убивает самых стойких стафилококков, стрептококков, пневмококков и возбудителей тяжёлой раневой инфекции — газовой гангрены (рис. 41). В отличие от грамицидина и тиротрицина, которые разрушают красные кровяные клетки, пенициллин можно вводить прямо в кровь и излечивать таким образом заболевания, при которых болезнетворные микробы находятся в кровяном русле человека (например, общее заражение крови). Пенициллин с большим успехом применяется при лечении разнообразных гнойных процессов, воспаления лёгких, остеомиэлитов, заражённых ран, возвратного тифа, гонорреи, сифилиса.
Изготовление пенициллина превратилось в мощную отрасль фармацевтической промышленности. Для культивирования зелёной плесени применяются огромные сосуды — так называемые танки — величиной с трёхэтажный дом, через которые непрерывно продувается воздух. В Советском Союзе построены большие пенициллиновые заводы, создан научно-исследовательский институт по пенициллину и другим антибиотикам.
Вторым антибиотическим препаратом, заслужившим мировую славу, является стрептомицин, выделенный в 1944 г. из актиномицетов — представителей группы лучистых грибков, особенно богатых антибиотическими веществами. Впервые на антибиотические свойства актиномицетов обратил внимание советский учёный Н. А. Красильников, ещё в 1939 г. выделивший антибиотик мицетин из культуры фиолетового лучистого грибка.
Стрептомицин оказался активным против некоторых болезнетворных бактерий, которые нечувствительны к пенициллину. Он активно действует на возбудителей чумы, туляремии, бруцеллёза, на спирохеты и, самое главное, он губит также и туберкулёзную палочку.
Страшное заболевание — туберкулёзный менингит, до сих пор считавшийся неизлечимым, при применении стрептомицина поддаётся излечению. Описаны случаи полного выздоровления безнадёжно больных двухсторонним туберкулёзом после лечения стрептомицином.
Преимущество стрептомицина заключается также в его большой стойкости к нагреванию по сравнению с пенициллином. Он почти не ядовит для человеческого организма. Так же, как и пенициллин, стрептомицин нерационально вводить через рот, так как эти препараты плохо всасываются кишечником и, следовательно, выводятся из организма.
К настоящему времени получены активные антибиотические препараты против многих заразных заболеваний, вызываемых бактериями. Остаётся, однако, важная группа заразных болезней, которых мы не умеем еще лечить антибиотиками. Это обширная группа заболеваний, вызываемых фильтрующимися вирусами. Только на некоторые наиболее крупные вирусы и риккетсии — возбудители сыпного тифа — действуют антибиотики, недавно выделенные из актиномицетов — хлоромицетин и ауреомицин. Эти антибиотики подавляют развитие риккетсий, а также вирусных возбудителей заболевания, называемого попугайной болезнью (пситтакоз) и пахового лимфогранулематоза. Помимо этого, хлоромицетин и ауреомицин эффективны и против ряда заболеваний, вызываемых бактериями; оба эти препарата хорошо всасываются в организм через кишечник, что значительно облегчает их терапевтическое применение. В настоящее время производится широкое изучение лечебного действия этих препаратов.
Очень интересное явление в учении об антибиотиках открыл советский биолог Б. П. Токин. Воздействуя на некоторых микробов (простейшие, бактерии) измельчёнными частями луковицы растений, особенно чеснока и лука, а также частями листьев и других органов растений, Токин наблюдал угнетение микробов и даже их гибель. Опыты Токина дали толчок врачам применять измельчённые части растений в хирургической и терапевтической практике для подавления роста болезнетворных микробов. Вещества, содержащиеся в растениях и подавляющие действие бактерий, были названы Токиным фитонцидами.
Антибиотикам микробного происхождения предстоит большое будущее в медицине. Нет сомнения, что ближайшие годы принесут ещё много открытий в этой области и обогатят арсенал лекарственных средств новыми эффективными препаратами против различных, в том числе и вирусных заболеваний. Но антибиотики могут быть использованы не только в деле лечения человека и животных. Они могут помочь нам и в лечении грибковых и бактериальных заболеваний ценных сельскохозяйственных растений. Возможно, что антибиотики окажутся ценными средствами, предохраняющими от порчи пищевые продукты, консервированные изделия и различные материалы. Учение об антибиотиках — новая увлекательная область исследования, основы которой заложены трудами знаменитого русского учёного И. И. Мечникова. Эта область открывает широкие просторы для учёных и практиков в борьбе с микробами, вызывающими у людей, животных и растений опасные заболевания.
«Всюду и везде на поверхности земли мы встречаем жизнь, всюду и везде больше биллиона лет без перерыва идёт её химическая работа», — писал известный советский геолог академик В. И. Вернадский, создатель новой науки — «биогеохимии» — науки о роли живых существ в химических превращениях нашей планеты.
Область жизни — биосфера, являющаяся поверхностной оболочкой земли, по Вернадскому, охватывает площадь в 5,1 · 108 квадратных километров; она поднимается более чем на 10 километров в газовую оболочку планеты, проникает в океаны в среднем на 3,7 километра, а в некоторых местах и до 10 километров. Жизнь охватывает всю сушу от высочайших вершин, почти в 8 километров, до глубочайших низин; по трещинам и пустотам она идёт вглубь местами больше чем на 1 километр.
Хотя содержание живой материи в общей массе земной коры сравнительно ничтожно и не превышает 1/2000 процента, масштабы совершаемых ею превращений поверхностного вещества нашей планеты грандиозны. Можно смело сказать, что живая материя является одним из могущественных факторов переделки всего лика нашей земли.
Огромна роль человека в этих превращениях. Это особенно ярко проявляется в нашей стране, в условиях социалистического общества, где великие стройки коммунизма в небывало короткие сроки превращают тысячи квадратных километров пустынь в цветущие поля и сады, где по воле партии Ленина — Сталина переделывается географическая карта нашей необъятной родины.
Велика роль животных и растений в обмене веществ на земле. Мельчайшие из известных нам живых существ — микробы — оказывают огромное влияние на изменения земной коры. Эти древнейшие живые существа ведут свою гигантскую, но мало заметную работу по разрушению одних горных пород, минералов и руд и образованию других. Микробы являются мощным геологическим фактором, изменяющим состав и строение поверхностного слоя земной коры, называемого биосферой.
Нас не должен удивлять сам факт возможности огромных превращений, осуществляемых этими мельчайшими организмами. Вспомним, что их малая величина компенсируется невероятной быстротой размножения и лёгкой приспособляемостью к разнообразным условиям существования. Мы уже знаем, какие изменения могут производить микробы в почве, в бродящих жидкостях. Мы знаем уже, с какой огромной быстротой могут накопляться микробы в подходящих для них условиях. При средней скорости деления в 23 минуты, что составляет 63–64 поколения в сутки, бактерии, по вычислениям академика Вернадского, могли бы, при отсутствии препятствий во внешней среде, в течение суток покрыть тонким однослойным покровом поверхность земного шара, «которую травы и насекомые одолели бы в течение ряда лет».
Другой особенностью микробов, позволяющей им осуществлять огромные по масштабам превращения, является то, что для выработки энергии, расходуемой на построение их тела, микробы должны перерабатывать количества вещества, в сотни и тысячи раз превышающие их вес. Так, например, железобактерии, о которых мы подробнее будем говорить ниже, для построения 1 грамма своего тела должны переработать 464 грамма углекислой закиси железа. Нитрозные бактерии для получения энергии, необходимой для восстановления 1,5 грамма углекислоты, превращаемой в вещество своего тела, окисляют около 20 граммов аммиака и образуют при этом 56 граммов азотистой кислоты, а сопутствующие им нитратные бактерии на каждый грамм построенных органических веществ окисляют 72 грамма азотистой кислоты, образуя 96 граммов азотной.
В чём же проявляется эта большая активность микробов?
Обратимся, прежде всего, к их разрушительной деятельности. Казалось бы, что могут сделать микробы с такой прочной породой, как гранит, состоящей, как известно, из зёрен кварца, полевого шпата и листочков слюды? Чем будут питаться микробы на поверхности обнажённых безлюдных гранитных скал, каких много на Кавказе, в Западном Памире, скал, которые лишь изредка смачиваются лишённой органических веществ снеговой водой?
Между тем, именно на таких обнажённых скалах, находящихся на высоте 3000–4000 метров над уровнем моря, на самой поверхности гранита часто виднеются какие-то странные чёрные натёки. По данным профессора Таусона, они состоят из подсохших сине-зелёных водорослей и бактерий. Клетки этих водорослей окружены разбухшей слизистой капсулой, состоящей из углеродистых соединений; самое же интересное то, что в этой капсуле залегает множество бактерий, принадлежащих к группе уже известных нам азотфиксирующих бактерий — в основном азотобактера, использующего свободный азот атмосферы. Теперь становится понятным, почему такое тесное содружество двух микробов может развиваться на поверхности среды, совершенно лишённой основных источников образования органических веществ — азота и углерода: сине-зелёная водоросль, как и другие зелёные растения, способна образовывать углеродсодержащие соединения, усваивая на свету углекислоту воздуха. Но, кроме углеродистых соединений, водоросль нуждается и в азотистых соединениях, которых нет на обнажённых скалах. Водоросль и получает эти соединения от азотобактера, способного связывать атмосферный азот. Часть построенных им азотистых соединений азотобактер выделяет в капсулу водоросли. В свою очередь азотобактер без водоросли не смог бы развиваться на голой скале, так как, кроме азота воздуха, он нуждается еще в сложных углеродистых соединениях. Микроб получает их, питаясь веществом слизистых капсул водоросли.
Таким образом, только совместная жизнедеятельность двух микроорганизмов — их теснейший симбиоз — даёт им возможность развиваться на голой гранитной скале при полном отсутствии питательных веществ.
Отмирая, эти пионеры жизни подготовляют почву для развития других микробов, использующих органические вещества для построения своего тела. При этом органические вещества разлагаются до углекислоты и воды. Углекислота, растворённая в воде, играет огромную роль в процессах выветривания, т. е. разрушения горных пород — гранитов и известняков: полевой шпат и слюда гранитов разлагаются под влиянием углекислоты и воды.
Так, очень медленно, в течение тысячелетий, постепенно разрушаются гранитные скалы. В их трещинах и углублениях поселяются неприхотливые лишайники, их сменяют мхи; образуется всё больше и больше органического вещества, используемого микробами. Всё больше и больше выделяется углекислоты, продолжающей разрушать породу. Постепенно на серой, бесплодной гранитной скале образуются участки почвы, которая заселяется травами, кустарниками и, наконец, деревьями. Пройдут тысячелетия, и бесплодная гранитная скала распадётся на отдельные глыбы, возвышающиеся среди зарослей деревьев и кустарников.
По тому же пути, только ещё быстрее, идёт разрушение известковых пород — известняков, мела, известкового туфа, мергеля. Проф. Таусон приводит простой расчёт, согласно которому оказывается, что при разложении микробами 1 тонны органических веществ может раствориться 2,5 тонны известковых пород, т. е. целый кубический метр!
Углекислота растворяет углекислый кальций, из которого состоят известковые породы. Но ещё лучше и быстрее растворяются известняки в различных органических кислотах (уксусной, щавелевой, молочной, лимонной).
И эти кислоты также образуются при жизнедеятельности микробов в больших количествах. Некоторые микробы вырабатывают и неорганические кислоты — азотную и серную, которые также прекрасно растворяют известняки.
Мы уже знаем (см. главу 6), что азотную кислоту вырабатывают при окислении аммиака нитрифицирующие бактерии. Этих бактерий можно найти не только в почве, но и на обнажённых гранитных и известковых скалах, совершенно лишённых растительности. Даже под покровом вечных снегов на высоте 5000–6000 метров над уровнем моря нитрифицирующие бактерии находятся в жизнедеятельном состоянии и выделяют азотную кислоту, растворяющую и разъедающую горные породы. Правда, процесс этот происходит в очень малых масштабах, но разрушения, производимые нитрифицирующими бактериями за огромные периоды времени, могут быть очень значительны.
Серная кислота вырабатывается особой группой серобактерий при окислении ими сероводорода. Сероводород часто выделяется из больших глубин серными горячими источниками, температура воды которых достигает 65–70°. В этих источниках и живут серные бактерий. За тысячелетия своей эволюции они приспособились к жизни в этих условиях, совершенно не страдая от температуры, которая моментально свёртывает белки других организмов. Часто такой серный источник вытекает из толщи известковых пород, которые быстро разрушаются серной кислотой, выделяемой серными бактериями.
Некоторые серные бактерии, по-видимому, способны окислять до серной кислоты не только сероводород, но и обыкновенную кристаллическую серу и её соединения — серный колчедан, или пирит. Пирит широко распространён в природе и часто в большом количестве содержится во многих горных породах, в том числе и в известняках. И в этом случае, следовательно, серные бактерии уже вне горячих источников разлагают серу, а выделяемая ими серная кислота разлагает известняки.
Серные и известковые соединения встречаются часто в таких осадочных породах, как песчаники, глины, сланцы. Например, песчаник состоит из песка, сцементированного углекислой известью. Ясно, что и он будет разрушаться и превращаться в песок под влиянием кислот, выделяемых бактериями.
До сих пор мы говорили о разрушении микробами негорючих пород: гранитов, известняков, пиритов, песчаников. Но, оказывается, и горючие породы, так называемые сапропелевые (нефть, горючие сланцы, асфальт) и гумусовые (почвенный перегной, торф и каменные угли) также разрушаются микробами.
Разложение нефти микробами можно наблюдать в любом водном бассейне или в почвах, находящихся вблизи нефтеносных источников. Попавшая сюда нефть быстро разрушается нефтяными бактериями, встречающимися в большом количестве почти в любой почве. Точно так же разрушаются и продукты переработки нефти — керосин, мазут, смазочные масла. По подсчётам проф. Таусона, за один год на каждый квадратный метр поверхности водоёма бактерии разлагают 640 граммов нефти.
Нефть подвергается микробному разложению не только на поверхности, но и глубоко под землёй, в отсутствии кислорода. В этом случае для окисления нефти бактерии отнимают кислород от сернокислых солей, например, гипса. Эти так называемые восстанавливающие сульфаты бактерии были найдены на глубине до 1000 метров в Бакинском нефтеносном районе и в Америке в нефтеносных породах Калифорнии.
Таким образом, на протяжении многих тысяч лет своей работы нефтяные бактерии, возможно, уничтожили не одну нефтяную залежь.
Перегной, торфы и каменные угли также разлагаются бактериями и актиномицетами. Это можно проверить и в лаборатории, поместив в раствор в качестве источника органического вещества каменный уголь. Микробы начинают медленно развиваться, питаясь углеродом каменного угля. Точно так же происходит и в природе: на поверхности естественных обнажений каменных углей можно найти мелкие белые пятнышки, которые состоят из сплетений нитей актиномицетов, разрушающих уголь и способствующих выветриванию угольных пластов. Даже на глубине более 1000 метров в каменноугольных отложениях Рура были обнаружены многочисленные микробы.
Но микробы не только разрушают поверхность нашей земли, а являются и мощным фактором образования многих пород.
Чрезвычайно интересно, что один и тот же микроб, разрушая одни породы, одновременно является созидателем других пород, — мы уже упоминали о деятельности нитрифицирующих бактерий, разрушающих горные породы с выделением азотной кислоты. Но нитрификаторы являются и образователями мощных залежей селитры — калиевых и натриевых солей азотной кислоты. Возникшие в результате геологической деятельности бактерий скопления селитры имеются у нас в Советском Союзе, в Индии, Египте. Залежи кристаллической натриевой селитры имеются в Чили и Перу. Селитра является хорошим удобрением. Чилийские и перуанские отложения — это следствие геологической деятельности бактерий, которые в течение тысячелетий превращали аммиак, образовавшийся при разложении гуано (птичьего помёта), в азотную кислоту. Азотная кислота, соединяясь с солями натрия, превращалась в селитру, которая, растворяясь дождём и в снеговых водах, скапливалась в долинах и кристаллизовалась после испарения воды.
Огромно значение горючих ископаемых в народном хозяйстве. Согласно современным данным, мы целиком обязаны многовековой деятельности микробов в образовании тех колоссальных залежей торфа, каменного угля, нефти, горючих сланцев, которые в миллионах тонн добываются сейчас из недр земли. Горючие ископаемые, или минеральное топливо, состоят из гумусовых (торф, каменный уголь) и сапропелевых (горючие сланцы и нефть) пород. Геологи считают, что те и другие образовались из отмерших растительных остатков: гумусовые — из наземных растений, сапропелевые — в основном из древних водных растений. Каким же образом принимали участие микробы в образовании этих пород?
В главе 6 мы уже разобрали, как разлагают микробы растительные остатки, превращая их в газообразные и хорошо растворимые неорганические вещества, хорошо усваиваемые зелёными растениями. Но процесс этот идёт только при широком доступе кислорода. При недостаточном притоке кислорода разложение хотя и идёт, но значительно медленнее и не доходит до полного распада органических веществ растения. Остаётся буроватый остаток — перегной, или гумус, который является продуктом неполного разложения стойких веществ, в изобилии находящихся в клеточных оболочках растения; особенно много таких веществ в клетках древесины. Образование гумуса и происходит в тех случаях, когда слой растительных остатков сравнительно толст и внутри этого слоя ощущается недостаток кислорода. Еще меньше кислорода получают микробы, если растительные остатки погружены в воду, что и бывает в болотах, плавнях, лесных ямах. В этом случае разложение идёт еще медленнее, и в результате образуется не гумус, а торф. Образование торфа наблюдается в больших масштабах и в настоящее время. Основная масса торфа состоит из полуразложившихся, еще сохранивших своё строение частей растения, перемешанных с гумусом.
Каменные угли значительно более древнего происхождения, чем торф. Они образовались десятки миллионов лет назад. Тщательное микроскопическое изучение каменных углей показало, что и в них можно найти остатки полуразложившихся наземных растений, только этих остатков значительно меньше, чем в торфе, и состоят они преимущественно из древесины растения. Главную же массу каменных углей составляют гуминовые вещества. Есть основания думать, что и каменные угли образовались тем же путём, как и торф. Если рассматривать тонкий срез каменного угля под микроскопом, то в нём можно найти окаменелых микробов. В течение миллионов лет медленно разлагавшиеся растительные остатки — в основном стволы гигантских древовидных папоротников — покрывались всё новыми и новыми слоями отмерших растений. Это всё больше и больше затрудняло приток кислорода. Процессы разложения шли всё медленнее и медленнее, но не прекращались полностью. Огромное давление в сотни атмосфер и несколько повышенная температура (до 38°), испытываемые медленно разлагающейся массой, находящейся на глубине до 1000 метров, по-видимому, и вызвали её превращение в тот каменный уголь, каким мы его теперь знаем.
Если же растительные остатки скоплялись на дне болот, прудов, а в особенности в морях, то их разложение шло при полном отсутствии кислорода. Мы уже знаем, что этот процесс вызывается анаэробными микробами. На дне водоёмов этот процесс особенно часто осуществляется анаэробными гнилостными бактериями и бактериями, восстанавливающими сульфаты (сернокислые соли). При этом всегда выделяется дурно пахнущий газ — сероводород. В результате такого разложения остатков водных растений и животных организмов получается так называемый гнилой ил, или сапропель. Гнилой ил образуется в большом количестве и в настоящее время на дне водоёмов со стоячей водой. Показателем образования гнилого ила являются пузырьки газа — сероводорода, выходящие на поверхность таких прудов. В течение геологических эпох из этого гнилого ила и произошли горючие сланцы и нефть. Правда, мы сейчас еще не знаем механизма этого превращения, но нам известно, что почти во всех нефтеносных пластах можно найти дурно пахнущий сероводород. Даже на глубине до 1000 метров находят восстанавливающих сульфаты бактерий. Потомки древних микробов продолжают свою работу в нефти, и сама нефть, по-видимому, образовалась в результате разложения анаэробными бактериями водных растительных остатков.
Те же бактерии, восстанавливающие сульфаты, явились и образователями чёрной лечебной грязи в лиманах и солёных озёрах, каких много, например, близ городов Одессы, Осипенко и на Каспийском море.
Микробы принимают также участие в образовании некоторых руд. Самая распространённая железная руда — бурый железняк — очень часто является продуктом деятельности так называемых железобактерий. Эти бактерии состоят из длинных, ветвящихся нитей, окружённых футляром, в котором ими отлагается гидрат окиси железа. Эти бактерии чрезвычайно распространены в природе. Они находятся почти в любом водоёме, начиная от лужи и кончая морями и океанами. Эти бактерии окисляют хорошо растворимую в воде углекислую закись железа и переводят её в нерастворимый гидрат окиси железа. Выделяющуюся при этом свободную энергию бактерии используют для превращения углекислоты воздуха в своё тело. Отмершие бактерии вместе с футлярами, содержащими гидрат окиси железа, тонут и скопляются на дне водоёмов большими массами. Постепенно они уплотняются и превращаются в бурый железняк, или так называемую озёрную или болотную руду.
Микробы принимают участие и в образовании горных пород, часто тех самых горных пород, которые они же и разрушают. Уже при деятельности железобактерий часто получается не руда, а горная порода: если футляры этих бактерий, содержащие водную окись железа, отлагаясь, постоянно смешиваются с песком, то в результате получается железистый песчаник, т. е. настоящая горная порода.
Но особенно большую роль, как это недавно выяснилось, играют микробы в образовании осадочных горных пород — известняков. Известны два типа известняков — структурные, образовавшиеся благодаря деятельности различных водяных животных и растений, и бесструктурные, к которым относится до 90 процентов всех известковых пород. Вот эта-то основная масса известняков возникла и возникает и сейчас благодаря деятельности бактерий, способных осаждать известь. Очень многие микроорганизмы — бактерии, актиномицеты и плесневые грибы — способны в определённых условиях осаждать известь. Это происходит в тех случаях, когда среда, в которой живут микробы, богата солями кальция. Морская вода всегда богата сернокислыми солями кальция. Кроме того, в воде появляются кальциевые соли различных органических кислот — уксусной, щавелевой, лимонной, которые образуются при разложении в море растительных остатков. Питаясь этими кислотами, микробы разлагают их соли и выделяют в воду углекислый кальций. Гнилостные микробы при разложении трупов животных и растений выделяют аммиак, который осаждает углекислый кальций. Лучше всего осаждение извести идёт, если в воде растворено мало углекислоты, так как высокая температура препятствует растворению углекислоты, и, кроме того, углекислота ассимилируется зелёными растениями, в изобилии населяющими эти воды.
На примере известняков мы видим, что одни и те же микробы в зависимости от условий жизни могут или разрушать горную породу, или создавать её. Если микробы питаются кальциевыми солями органических кислот, то они в определённых условиях образуют известняки; если они питаются другим веществом, выделяя при этом углекислоту, которая растворяет углекислый кальций, то происходит разрушение известняков.
Все эти данные показывают нам, что мельчайшие из известных нам живых существ — микробы — действительно участвуют в изменении лика нашей земли, производя большую созидательную и разрушительную работу.
Мы видели, что в настоящее время на земле существуют самые разнообразные по своим свойствам и функциям микробы. Одних только видов грибов насчитывается до 80 тысяч, и большинство из них относится к микроскопическим организмам. Тысячи видов бактерий и актиномицетов и сотни вирусов уже известны современным микробиологам. Но это еще не предел разнообразию невидимых живых форм в природе. Сколько имеется еще неизвестных микробов, которых мы не научились культивировать в лаборатории!
Откуда же взялись все эти бесконечно разнообразные микроскопические живые существа? Как произошли современные нам микробы?
Вопрос о происхождении микробов является частью общей проблемы о происхождении жизни на земле — проблемы, имеющей большое философское значение. С древнейших времён эта проблема привлекала к себе внимание учёных и философов и всегда вокруг неё развёртывалась непримиримая борьба материализма и идеализма, науки и религии.
Жизнь, утверждали идеалисты, нельзя объяснить материальными причинами. В основе жизни лежат не материальные процессы, а сверхъестественное, недоступное нашему познанию, высшее духовное начало — «мировой дух», «божественный разум». Согласно идеалистическим и религиозным представлениям вся мёртвая и живая природа создана богом. Религиозно-идеалистические теории в корне враждебны марксистскому философскому материализму и передовой науке.
Диалектический материализм учит, что живые организмы не созданы богом и возникли отнюдь не в тех самых формах, какие мы видим в настоящее время, что возникновение жизни на земле есть результат длительного процесса развития. Наука разоблачает религиозные суеверия и предрассудки. Научные и религиозные взгляды принципиально противоположны и непримиримо враждебны друг другу. Товарищ Сталин говорит, что «религиозные предрассудки идут против науки, ибо всякая религия есть нечто противоположное науке» (
Сейчас, в период чрезвычайного обострения противоречий между империалистическим и социалистическим лагерем, загнивания капитализма и построения коммунистического общества, борьба материализма и идеализма, науки и религии приобретает особенно ожесточённый характер. Казалось бы, чисто научный вопрос — вопрос о происхождении жизни — разрешается совершенно различно в зависимости от идеологических взглядов учёного. Попытки решения этой проблемы идеалистами, в какие бы псевдонаучные одежды они ни рядились, неизбежно приводят их к признанию божественного начала в сотворении жизни и, следовательно, укрепляют религиозное мировоззрение, идеологическое орудие капитализма. Только материалистический подход приводит к правильному решению этой основной биологической проблемы.
Некоторые философы и учёные древности и средних веков стояли на идеалистических позициях и считали, что отдельные живые существа самопроизвольно зарождаются из почвы и гниющих отбросов под влиянием «высшей божественной силы».
Знаменитый философ древней Греции Аристотель считал, что самозарождение является само собой разумеющимся фактом. По его мнению, черви, моллюски, насекомые, лягушки и многие растения возникают под действием «сил души» из морского ила и гниющей почвы.
С лёгкой руки Аристотеля в средние века этот наивный взгляд на происхождение мелких животных и растений распространился повсеместно и широко поддерживался служителями церкви. Современник Петра I — Феофан Прокопович учил, что поскольку мыши, черви и насекомые возникают сами по себе из гнили, то библейскому Ною не было необходимости брать их с собой в ковчег перед всемирным потопом. Все они, по мнению Прокоповича, погибли во время потопа и потом возникли заново. Дело часто доходило до курьёзов. Например, в средние века многие считали уток «постной» пищей, так как, согласно мнению учёных того времени, они росли на деревьях или самозарождались от морской воды.
В течение всего средневековья господствовали эти антинаучные взгляды на происхождение жизни. В явлениях самозарождения церковь видела проявление божественной силы — безграничного могущества «творца вселенной». А происхождение вредных животных-паразитов объяснялось кознями злых сил — чертей и дьяволов. Много ни в чём не повинных людей погибло в результате процессов над «ведьмами», якобы напустившими вредителей на посевы и эпидемии на людей и домашних животных. Так, в руках церковников и учёных-богословов явления кажущегося «самозарождения» превратились в орудие запугивания народных масс.
Нужно было иметь большую научную смелость, чтобы в то время выступить против догматов церкви и доказать, что самозарождение червей, насекомых, лягушек и других мелких животных из мёртвой материи является наивным суеверием.
Всё же уже во второй половине XVII века точными опытами было доказано, что даже такие, казалось бы, просто устроенные животные, как мелкие черви, возникающие в гниющем мясе, не самозарождаются, а вылупляются из яичек, откладываемых мухами. Стоило только закрыть сосуд с мясом кисеёй, т. е. оградить его от мух, чтобы самозарождение червячков прекратилось. За этими опытами следовал ряд других, которые доказывали, что самозарождение невозможно. Но тут человечество узнало о существовании нового мира организмов, настолько простых и мелких, что их даже нельзя увидеть невооружённым глазом.
Казалось, что эти простейшие организмы — микробы — сами по себе возникают в несметных количествах в любых гниющих настоях.
В дальнейшей дискуссии по проблеме самопроизвольного зарождения именно микробам суждено было сыграть решающую роль. В микробах стали видеть те простейшие живые вещества, которые, по выражению тогдашних исследователей, «будучи в тысячи раз меньше песчинки», стоят на границе между мёртвым и живым и уж, конечно, постоянно самозарождаются из неорганизованной мёртвой материи. А многие учёные вообще сомневались, живые ли они, эти мельчайшие тельца, если у них нет ни одного жизненно необходимого органа — сердца, мышц, желудка и кишок?
Молодой русский учёный Мартын Матвеевич Тереховский один из первых во всём мире взялся за разрешение этих вопросов. Рядом точнейших опытов он доказал, во-первых, что мельчайшие тельца, возникающие в гниющих настоях, это, несомненно, живые организмы и, во-вторых, что эти организмы не возникают самопроизвольно, из неорганической или мёртвой материи под влиянием каких-то высших сил, а развиваются от себе подобных зародышей, попадающих в эти настои вместе с водой. «Яснее ясного, — писал он в своей диссертации, вышедшей в 1775 г., — что наливочные анималькули (так назывались микробы в то время) не создаются какой-то творческой силой из определённой смеси неодушевлённых частиц и не образуются из живой или растительной субстанции вследствие неведомой вегетативной или производящей способности, а по закону, общему для всех доселе известных животных, они происходят путём размножения от предсушествующих родителей».
Правда, Тереховский в своих опытах, по-видимому, не наблюдал бактерий, и его «анималькули» принадлежали к более крупным группам микробов — инфузориям и одноклеточным водорослям.
О происхождении же наиболее мелких из известных в то время микробов — бактерий и микроскопических грибков — спор продолжался и после замечательных работ Тереховского.
Следует, правда, отметить, что церковники к тому времени заняли уже другую позицию по вопросу о самопроизвольном зарождении. Успехи естествознания конца XVII и XVIII века были настолько велики, что уже трудно было проповедовать идею о самопроизвольном зарождении под влиянием «высшей силы».
«Самопроизвольного самозарождения нет? Тем лучше», — говорили сторонники идеализма. «Между живой и мёртвой материей существует непреодолимая пропасть. Бог только однажды сотворил всё живое, и с тех пор организм происходит только от себе подобных». «Мы насчитываем столько видов, сколько различных форм было создано вначале», — говорил ботаник XVIII века Карл Линней.
С другой стороны, прогрессивные учёные конца XVIII и начала XIX веков смотрели на природу с материалистических позиций. Этому во многом способствовали философские идеи французских материалистов-просветителей. В противовес схоластической «науке» средневековья, культивируемой представителями церкви, французские философы-материалисты призывали изучать природу во всех её проявлениях, познавать её действительные законы. Материализм конца XVIII и начала XIX веков был еще далёк от диалектического материализма, но и этот механистический материализм был шагом вперёд на пути познания природы.
Учёные-материалисты того времени правильно считали, что жизнь материальна по своей природе и произошла из мёртвой материи. Нет необходимости привлекать для возникновения живых существ воздействие какого-то духовного начала. В этих высказываниях заключается большое положительное значение материализма XVIII века. Но механистические материалисты не понимали качественного различия между неживой и живой материей. С их точки зрения между живым и неживым нет принципиальных различий. Все сложнейшие биологические явления можно свести к простым физическим и химическим законам, говорили механисты, а живые организмы — это более или менее сложно устроенные машины. Если частицы мёртвой материи составят под влиянием внешних условий вполне определённые сочетания, то и произойдёт превращение неживого в живое.
Исходя из этих позиций механистические материалисты вполне допускали возможность самозарождения существующих в природе простейших органических зародышей. И естественно, что именно бактерии и микроскопические грибки считались теми простейшими формами существования живой материи, которые могут непосредственно зарождаться из неживого.
Поэтому представители механистического материализма с большим огорчением восприняли работы Л. Пастера, в которых через 100 лет после исследований первого русского биолога-экспериментатора М. Тереховского было доказано, что и мельчайшие из известных в то время микробов (бактерии и микроскопические грибки) не самозарождаются в гниющих жидкостях, а наоборот, сами являются причиной гниения, попадая туда из воздуха, в котором их зародыши находятся всегда в огромных количествах.
Большой заслугой Пастера было то, что после этих опытов микробов перестали считать неизвестно откуда возникающими существами, беспорядочно зарождающимися в природе.
Широкое распространение эволюционных идей Дарвина еще больше укрепило мнение о том, что все современные живые существа, в том числе и микробы, возникли в результате длительной эволюции их предков. Подробное изучение строения и функций микроорганизмов показало, что они далеко не так просто организованы, как это казалось с первого взгляда. Действительно, трудно себе представить, чтобы столь приспособленные к различным условиям существования организмы, имеющие сложное клеточное строение, могли бы возникнуть сразу, вдруг, из мёртвой материи.
«…Становится нелепостью пытаться объяснить возникновение хотя бы одной единственной клетки прямо из мёртвой материи, а не из бесструктурного живого белка, и воображать, что можно принудить природу при помощи небольшого количества вонючей воды сделать в 24 часа то, на что ей потребовались тысячелетия» (
Интересны также высказывания академика Костычева по поводу механистических представлений о возникновении жизни.
«Если бы я, — писал академик Костычев, — предложил читателю обсудить, насколько велика вероятность того, чтобы среди неорганизованной материи путём каких-нибудь естественных, например, вулканических, процессов случайно образовалась большая фабрика — с топками, трубами, котлами, машинами, вентиляторами и т. п., то такое предположение в лучшем случае произвело бы впечатление неуместной шутки. Однако, простейший микроорганизм устроен еще сложнее всякой фабрики, значит его случайное возникновение еще менее вероятно».
Но вместе с тем Ф. Энгельс правильно указал, что опыты Пастера не могут доказать невозможность самозарождения вообще. «Опыты Пастера в этом отношении бесполезны: тем, кто верит в возможность самозарождения, он никогда не докажет одними этими опытами невозможность его. Но они важны, ибо проливают много света на эти организмы, их жизнь, их зародыши и т. д.» (
Действительно, что же по существу было доказано Пастером? Только то, что в данных конкретных условиях бактерии не самозарождаются из мёртвой материи.
Между тем, церковники, представители идеалистической философии, а частично и сам Пастер сделали из этих опытов совершенно неправильный вывод о принципиальной невозможности самозарождения при каких бы то ни было обстоятельствах. Правда, Пастер указывал, что «в вопросе такой трудности благоразумнее всего остановиться там, где прекращается опыт, и выводы считать доказанными лишь по отношению к определённой группе фактов и условий постановки опытов».
К началу XX века под влиянием опытов Пастера казалось, что вопрос о невозможности самопроизвольного зарождения организмов, в том числе и микробов, решён окончательно.
Но вот выступает со своим удивительным открытием вирусов Д. И. Ивановский. Его данные быстро подтверждаются во всём мире, и перед человечеством предстаёт новый поразительный мир разнообразных агентов, не видимых даже в самые лучшие микроскопы; агентов, которые уже в силу своих мельчайших размеров не имеют клеточного строения, не имеют протоплазмы, а следовательно, по тогдашним воззрениям, не могут быть живыми. Вместе с тем дальнейшее изучение вирусов показывает, что они, безусловно, наделены основными свойствами живого: они размножаются, изменяются, приспособляются, вызывают различные заболевания. Создавалось впечатление, что они, действительно, стоят как бы на грани живого и неживого.
И снова, как после открытия бактерий, воскрешается забытая было теория самозарождения — теперь уже по отношению к вирусам. Правда, она принимает несколько иные формы; трудно на современном уровне состояния науки о структуре живого вещества предположить, что такие сложные белки, как нуклеопротеиды вирусов, могут возникнуть непосредственно из неорганизованной материи. Но почему бы вирусам не самозарождаться из уже готового живого белка более высокостоя´щих живых организмов животных, растений и бактерий? — спрашивают сторонники этой теории.
Не напоминают ли эти утверждения средневековые легенды о зарождении гусей на деревьях и пчел из внутренностей льва?
И, как во времена М. Тереховского, многие не могли себе представить, чтобы микроб, не имеющий сердца и желудка, мог быть живым, так и теперь некоторые учёные не могут согласиться с тем, чтобы лишённый клеточного строения агент, состоящий из нескольких молекул белка, обладал свойствами живой материи.
Снова начинаются споры о природе и происхождении этих таинственных образований «вещества со свойствами существа».
Спор этот не закончен и в настоящее время. И сейчас некоторые учёные считают, что вирус, уничтожающий бактерии — бактериофаг, — порождается самими бактериями, что вирус болезни бабочки шелкопряда порождается самим шелкопрядом.
Но весь наш практический опыт свидетельствует против такого предположения. Нам не известны случаи, чтобы какое-нибудь вирусное заболевание возникло самопроизвольно. Кажущаяся «самопроизвольность» часто является результатом неполноты наших знаний об источниках заражения вирусом. Углублённое изучение таких случаев «зарождения» вируса в организме хозяина всегда позволяет найти тот путь, по которому вирус проник в организм из внешней среды.
Итак, мы должны прийти к выводу, что ни один из существующих в настоящее время микроорганизмов не может в естественных условиях возникнуть из неживой материи в результате самопроизвольного зарождения.
Значит ли это, что мы стоим перед неразрешимой загадкой происхождения жизни вообще и происхождения микробов в частности? Именно к таким заключениям и приходят буржуазные учёные, исповедующие философию идеализма. Однако с этих порочных позиций проблема происхождения жизни никогда не может быть решена!
Только марксистский философский материализм даёт нам путь к верному решению этой проблемы. Нет границ человеческому познанию! Опираясь на достижения прогрессивной науки сталинской эпохи, советские учёные, вооружённые марксистско-ленинской теорией, дают правильный ответ на вопрос о происхождении жизни.
Советский учёный А. И. Опарин, следуя указаниям классиков марксизма-ленинизма, разработал биохимическую теорию происхождения и развития жизни на земле. Он воссоздал последовательные этапы эволюции материи. Эти этапы эволюции материи привели к возникновению основных органических соединений, характерных для живых существ, и, в частности, к образованию белка как основы жизни.
Главным носителем жизни, необходимым элементом всего живого является, как показал академик А. И. Опарин, углерод. Первые живые белки возникли путём постепенного и весьма длительного превращения и усложнения химических соединений углерода. Первые белковые вещества дали лишь материал, из которого возникли живые организмы. Эти организмы, подчиняясь закону естественного отбора, приспосабливаясь к окружающей среде, видоизменялись и усложнялись, делались всё сложней и разнообразнее; так на земле возникла и развивалась жизнь. В возникновении жизни на земле, как и в образовании и развитии живых организмов, не принимала участия никакая высшая, сверхъестественная, божественная сила. Смертельный удар идеализму, поповщине и мракобесию наносит эта биохимическая теория происхождения жизни на земле.
Советские учёные не сомневаются в том, что жизнь возникла из мёртвой материи. Законы движения живой материи нельзя выводить только из физических и химических законов развития неживой материи. Живое качественно отличается от неживого прежде всего наличием в нём самостоятельного обмена веществ. Это новое высшее качество возникло исторически в процессе эволюционного развития неживой материи. Жизнь — это высший, качественно новый этап развития материи, и, конечно, не бактерии, обладающие клеточным строением, и даже не современные вирусы, состоящие из сложных белков — нуклеопротеидов — и выработавшие в процессе длительной эволюции целый ряд сложнейших приспособлений к паразитическому существованию, явились первоначальным этапом жизни.
Переход от неживой материи к живой осуществился тогда, когда из неживого вещества возник простейший бесструктурный белок, наделённый основным качеством жизни — самостоятельным обменом веществ.
И когда учёным удастся искусственно создать такой полноценный белок, то этот последний, по словам Ф. Энгельса, «должен будет обнаружить явления жизни, хотя бы и самые слабые». Мы получим тогда простейшее живое вещество. «Если мы этого достигнем, то вместе с тем мы воспроизведём органическую жизнь, ибо жизнь от самых низших до самых высших её форм есть не что иное, как нормальный способ существования белковых тел» (
Быстрые успехи советской биохимии по синтезу простейших белковых соединений говорят о том, что это время не за горами.
За многие тысячелетия своего дальнейшего эволюционного развития бесструктурный живой белок и дал всё то разнообразие живых организмов, которые населяют нашу планету в настоящее время. Из белковых тел образовались первичные доклеточные организмы. Эти доклеточные организмы дали начало первичным клеточным организмам.
Взгляд на такой исторический путь развития живого вещества подкрепляется новейшими данными советской биологической науки. Замечательные работы лауреата Сталинской премии действительного члена АМН СССР профессора О. Б. Лепешинской (рис. 42) опровергли реакционные взгляды ярого антидарвиниста немецкого учёного XIX века Р. Вирхова о том, что первооснова живого организма есть клетка и что она — создание «творца небесного». Вирхов утверждал, что всё живое связано только с клеткой и что клетка происходит только от клетки, путём механического деления предшествующей клетки. О. Б. Лепешинская показала, что даже из высших многоклеточных организмов можно выделить неклеточное живое вещество, способное развиваться в целые клетки. Она установила, что в естественных условиях при развитии зародыша рыбы или птицы некоторые клетки образуются не только из клеток, путём их деления, но и из неклеточного живого вещества.
О. Б. Лепешинская установила, что организм не сумма клеток, а сложная система, состоящая не только из клеток, но и из живого вещества, не оформленного в клетки. Живое вещество — это не клетки, но и не мёртвый, безжизненный материал. Это исторически сложившееся живое белковое вещество, обладающее основным свойством жизни — обменом веществ. Оно способно к развитию и формированию клеток. Идея Вирхова о непрерывности клеточного деления помогала вейсманистам развивать бредовые теории о непрерывности зародышевого вещества, на которое не действуют якобы никакие изменения внешней среды. О. Б. Лепешинская установила, что хромосомы ядра, как и всё ядро, в определённый период распадаются на коллоидные частицы; на известной стадии развития ядерное вещество рассеивается во всей плазме яйцеклетки или образуется заново. Своими исследованиями Лепешинская нанесла решающий удар по хромосомной теории наследственности — этой основе реакционного вейсманизма-морганизма.
Советский учёный проф. В. В. Сукнев показал, что и простейшие клеточные организмы — бактерии — также могут раздробляться на мелкие гранулы, настолько мелкие, что они, так же, как вирусы, проходят через фильтры, задерживающие бактерии, так называемые фильтрующиеся формы бактерий. Эти гранулы неклеточного строения всё же сохраняют свойства живого и при благоприятных условиях жизни снова воссоздаются в целые, вполне жизнеспособные клеточные организмы.
Живое белковое вещество, не имеющее клеточного строения, — вот наиболее простая из известных нам в настоящее время организаций материи, наделённой всеми атрибутами жизни.
То, что многие клеточные организмы не теряют свойств живого и в неклеточном состоянии, является одним из веских аргументов в пользу материалистического взгляда на происхождение современных клеточных организмов из древнейших форм жизни, не имевших еще клеточного строения. Именно вирусы и являются, по-видимому, потомками одной из ветвей древнейших доклеточных форм жизни. Эволюция этой ветви пошла не по пути морфологического прогресса, приведшего к возникновению первичных клеток, а по пути прогрессивной специализации, по пути паразитизма в этих первичных клетках. Этот путь, являющийся согласно воззрениям известного советского учёного-биолога академика А. Н. Северцева одним из распространённых направлений биологической прогрессивной эволюции, позволил вирусам сохранить до наших дней свою примитивную доклеточную организацию.
Таким образом, происхождение современных вирусов представляется нам в следующем виде: на заре жизни наряду с первичными клеточными организмами типа бактерий существовали еще и свободно живущие доклеточные формы жизни. Постоянно встречаясь и взаимодействуя с бактериями, они могли постепенно перейти на паразитический образ жизни и дать начало предкам современных бактериальных вирусов (бактериофагов). В более поздние эпохи (при распространении и расселении наземных растений) от доклеточных первичных организмов могла отойти ветвь, приспособившаяся к паразитированию в растениях, и явиться предком современных растительных вирусов. Таким же путём могла идти и эволюция вирусов, поражающих животных. Ясно, конечно, что современные нам вирусы, состоящие из сложных белков — нуклеопротеидов — совсем не похожи на те первичные доклеточные формы, которые только что начали приспособляться к внутриклеточному существованию и имели, по-видимому, более простое строение. Но эволюция у вирусов шла уже по пути всё более полного приспособления к паразитической внутриклеточной жизни, что и оставило отпечаток на их примитивной организации.
Какова же была дальнейшая судьба этих предполагаемых предков современных вирусов, этих простейших неклеточных существ, которые, еще не приспособившись к внутриклеточному паразитированию, могли довольствоваться скромными пищевыми ресурсами, находившимися на земле на заре эволюции живой материи? Погибли ли они, не выдержав борьбы за источники питания с более высокоорганизованными клеточными организмами, или же, будучи чрезвычайно неприхотливыми и выносливыми, приспособились к новым условиям и сохранились до наших дней, не изменив своей простейшей неклеточной структуры?
Мы убеждены в том, что и сейчас в природе существуют такие древние формы свободно живущих неклеточных организмов — предки современных вирусов и клеточных микробов. Академик Н. Г. Холодный, наблюдая за жизнью микробов в почве при помощи своих пластинок обрастания и почвенных камер, часто замечал в поле зрения микроскопа необычные органические формы в виде слизистых плёнок и тонких нитей, не имевших клеточного строения и напоминавших искусственно получаемые после смешивания разнообразных белков капельки, так называемые коацерваты (от латинского «ацервус», что значит куча).
Учёные как раз и считают, что коацерваты являются теми первичными высокомолекулярными органическими веществами, из которых в процессе эволюции и образовались простейшие организмы.
На своих препаратах академик Н. Г. Холодный видел иногда и скопления веретеновидных, хорошо красящихся телец, которые напоминали кристаллы растительных вирусов.
Некоторые учёные находили подобные неклеточные, проходившие через бактериальные фильтры формы и в воде, богатой органическими веществами. Эти невидимые в световом микроскопе формы удавалось выращивать на питательном агаре, где они образовывали хорошо видимые невооружённым глазом колонии.
Эти отрывочные пока наблюдения позволяют думать, что планомерные поиски и тщательное изучение таких мельчайших неклеточных форм может открыть перед нами ещё один до сих пор неизвестный мир сапрофитных, т. е. непаразитических форм жизни.
Если бы существование таких форм было окончательно доказано, то оно явилось бы наиболее веским аргументом в пользу чрезвычайно древнего происхождения болезнетворных вирусов от доклеточных первичных организмов.
Пока же мы должны довольствоваться только гипотезами. Следует отметить, что изложенная нами точка зрения на происхождение вирусов еще не является общепринятой. Существует и другой взгляд, особенно развиваемый за рубежом, согласно которому вирусы — это потомки клеточных микробов, уже вторично упростивших свою организацию в связи с переходом на внутриклеточное паразитическое существование.
Едва ли эта гипотеза соответствует действительности. Трудно допустить, чтобы такая распространённая, хорошо приспособленная к разнообразным условиям существования группа организмов целиком могла развиться путём упрощения, путём регресса.
Этот взгляд противоречил бы основному положению диалектического материализма о том, что процесс развития следует понимать «…как движение поступательное, как движение по восходящей линии, как переход от старого качественного состояния к новому качественному состоянию, как развитие от простого к сложному, от низшего к высшему» (
Некоторые учёные считают, что вирусы — это не самостоятельные организмы, а лишь стадии развития клеточных микробов. Такое толкование происхождения вирусов мало вероятно: между вирусами и клеточными микробами существуют столь резкие качественные различия, что первые никак не могут быть стадиями развития вторых. Пока еще никому не удалось достоверно наблюдать, чтобы одна из этих форм когда-либо переходила в другую.
Значительно большим количеством данных располагаем мы о происхождении и эволюции клеточных форм микробов. Здесь мы уже не бродим в области гипотез. Сейчас бесспорно доказано, что клеточные микробы (грибы, актиномицеты и в особенности бактерии) являются древнейшими из известных нам форм жизни. Мы обладаем многочисленными «историческими документами» в виде окаменелых микробов, находимых и в кусках янтаря, образовавшегося из смолы ископаемых хвойных деревьев, и в бурых углях третичной эпохи, т. е. за 80–100 тысяч лет до нашей эпохи. Находят ископаемых микробов и в растительных и животных остатках еще более отдалённых времен — в отложениях мелового периода, каменноугольной эпохи и даже в песчаных и известковых сланцах девонской эпохи, т. е. тогда, когда наземные первобытные растения только еще начали распространяться по суше.
Некоторые исследователи утверждают, что окаменелые древние бактерии могут быть обнаружены в породах, которые образовались еще на заре жизни на земле, когда не существовало даже наземных растений.
На тонких шлифах этих палеонтологических находок можно ясно увидеть под микроскопом нити грибов, их плодовые тела и различные бактерии — кокки, бациллы.
Микробная природа таких окаменевших остатков вытекает из следующих соображений: там, где части ископаемых папоротниковых растений сильно разложены, там и бактерий много; там же, где растения не затронуты разложением, нельзя найти и бактерий. Эта связь бактерий с разрушением свидетельствует о том, что и миллионы лет назад бактерии, как и сейчас, вели ту же разрушительную работу по разложению отмерших растений.
Рассматривая ископаемых микробов в шлифах горных пород, можно видеть, что многие из них, в особенности бактерии, по своей форме чрезвычайно похожи на современных. Такие же шарики — кокки, такие же палочки. Значит ли это, что бактерии совершенно не менялись за прошедшие миллионы лет? Конечно, нет. Несомненно, что бактерии, как и другие организмы, в процессе своей эволюции претерпели огромные изменения. Целая пропасть отделяет их от первичных организмов. Но здесь эти изменения в основном коснулись не внешней формы, а внутреннего строения и в особенности физиологических свойств.
По мнению академика Н. Г. Холодного, первичные бактерии, обитавшие на поверхности нашей планеты, в основном питались газообразными и летучими органическими соединениями, которые они добывали непосредственно из воздуха. Это были анаэробы, усваивавшие аммиак и углеводороды из воздуха, а из воды утилизировавшие только минеральные соли. По мере уменьшения содержания органических соединений в атмосфере вследствие их жадного поглощения микроорганизмами эти первичные формы приспособились к усвоению и более сложных, растворённых в почвенной воде веществ. Постепенно разнообразя и усложняя свои физиологические функции, приучаясь усваивать новые источники питания, они дали то огромное разнообразие физиологически различных форм, которыми отличаются бактерии в настоящее время. Очень интересно, что и сейчас у многих микробов сохранилась способность к питанию газообразными веществами. Вспомним классический пример этого типа: азотобактер, усваивающий азот атмосферы. Оказывается, как это впервые было обнаружено академиком Лебедевым в 1921 г., углекислоту воздуха могут усваивать не только зелёные растения, но и бактерии, в том числе и болезнетворные. По исследованиям академика Н. Г. Холодного, высокую питательную ценность для многих бактерий обнаруживают и пары нафталина.
Приспособление к новым источникам питания шло у разных бактерий в различных направлениях, в зависимости от тех условий жизни, в которые они попадали. Многие бактерии специализировались на разложении животных остатков, содержащих азот, и образовали широко распространённую группу гнилостных микробов. Другие микробы приспособились разлагать растительные остатки и дали начало целлюлозным и пектиновым бактериям. Там, где скоплялись большие количества аммиака и мочевины, возникали уробактерии, узко специализировавшиеся на разложении мочевины. К жизни в водоёмах, богатых сероводородом, приспособились предки серобактерий и т. д. Наконец, ряд микробов приспособился к развитию в живых тканях клеточных организмов и дал начало болезнетворным бактериям.
Процессы приспособления, изменчивости и нового видообразования у микробов продолжаются и сейчас в природе. Они происходят часто на наших глазах, о чём будет сказано в следующей главе.
Следует думать, что и дальнейшая эволюция микробов в основном пойдёт по пути усложнения их физиологических функций и в какой-то степени по пути усложнения их строения.
В этой книге мы познакомились с жизнью и деятельностью разнообразных полезных и вредных микробов. Мы узнали, какую огромную роль играют полезные микробы в различных отраслях народного хозяйства. Мы видели, что блестящие успехи медицинской микробиологии дали нам в руки действенное орудие борьбы с вредными, болезнетворными микробами. Приготовляя из таких микробов предохраняющие от заразных заболеваний вакцины, учёные заставили служить нам даже невидимых врагов.
Мы хорошо знаем, что советская наука не может удовлетвориться лишь познанием явлений природы. Её целью является не только изучение, но и переделка природы в нужном, выгодном для социалистического общества направлении. «Мы не можем ждать милостей от природы; взять их у неё — наша задача», — писал великий русский преобразователь природы И. В. Мичурин.
Весь органический мир — животные, растения и микробы — постоянно изменяется соответственно изменяющимся условиям жизни. Отмирают старые виды, нарождаются новые. Задача прогрессивной биологической науки — овладеть этим процессом видообразования, направленно создавать новые полезные виды, которые еще не существуют в природе.
Всем известно, насколько плодотворным оказался этот творческий метод в приложении к социалистическому сельскому хозяйству. Замечательные работы И. В. Мичурина, Т. Д. Лысенко, их учеников и последователей действительно привели к созданию новых видов растений и животных.
Почему советским биологам удалось по заранее выработанному плану создавать новые, доселе не существовавшие в природе формы? Только потому, что они рассматривали процессы наследственности и изменчивости органического мира, исходя из правильного, основанного на диалектическом материализме взгляда на природу.
Учитывая значение микробов в жизни человека, можно смело сказать, что плановая переделка природы этих невидимых друзей и врагов человека является чрезвычайно благодарной задачей для советского микробиолога. Она сулит нашему народному хозяйству огромные перспективы.
Разве не стоит упорного труда микробиолога создание новых, наследственно закреплённых рас почвенных микробов, намного повышающих урожайность зерновых и технических культур? Вполне реально также получение новых микроорганизмов, применяемых в пищевой и химической промышленности.
Но особенное значение имеет проблема направленной переделки природы микробов для здравоохранения. Увлекательна задача создания новых рас и видов микробов, которые обладали бы ослабленной болезнетворностью, но вместе с тем сохраняли бы иммунизирующую способность при искусственном введении в организм человека и животных. Ведь такие микробы с ослабленной вирулентностью не смогут вызвать заболевания, но создадут прочную невосприимчивость к возможному заражению типичным опасным возбудителем. Лучших учёных-микробиологов и врачей всегда привлекала эта задача.
Мы перечислили только некоторые вопросы, непосредственно связанные с проблемой практического применения изменчивости микробов. Но и этого достаточно, чтобы понять, какие огромные возможности раскрываются при плановой переделке природы микроорганизмов.
Эта возможность совершенно реальна. Ведь «микроорганизмы, — как говорит академик Т. Д. Лысенко, — имеющие непродолжительный период индивидуальной жизни, наиболее легко наследственно приспособляются к изменяющимся условиям жизни».
Действительно, вряд ли в природе существуют более пластичные организмы, чем микробы!
Питаясь и дыша всей поверхностью своего тела, микробы теснейшим образом связаны со средой обитания. Они реагируют на малейшие изменения внешней среды, быстро изменяются и приспособляются к изменённым условиям и очень легко передают своим потомкам по наследству вновь приобретённые изменения. Советский микробиолог проф. Мишустин много лет подробно изучал жизнь почвенного гнилостного микроба, имеющего латинское название «бациллус микоидес». Учёный исследовал в своей лаборатории сотни и тысячи культур этого микроба, выделенных из почв разных климатических зон Советского Союза. Оказалось, что эти культуры отличаются между собой в зависимости от тех условий жизни, в которых они существуют в природе. Культуры, выделенные из северных почв, лучше всего росли в лаборатории при более холодных температурах; культуры, происходившие из южных жарких районов Советского Союза, требовали более высоких температур; культуры, выделенные из засушливых районов, и в лабораторных условиях оказались более приспособленными к усиленному всасыванию влаги, чем культуры из хорошо увлажнённых почв. В зависимости от местообитания наследственно изменялся и внешний вид микроба.
Этими интереснейшими исследованиями было чётко показано, что условия жизни налагают свой отпечаток на все свойства микроба. Несомненно, что все эти передающиеся по наследству различия возникли именно в результате воздействия среды обитания и имеют приспособительное значение. Исходя из своих исследований, проф. Мишустин предложил важный для сельскохозяйственной практики способ определения происхождения зерна: стоит только промыть несколько граммов исследуемого зерна стерилизованной водой и засеять несколько капель промывной воды на плотную питательную среду, чтобы вырастить эту бациллу. Получив чистую культуру, микробиолог изучает, какая же температура является наиболее благоприятной для жизни бациллы. По этой температуре можно определить географическую широту произрастания исследуемой пробы зерна с точностью до 80–200 километров.
Изменяются микробы и в организме человека. Во время эпидемий кишечных инфекций (брюшного тифа, дизентерии) микробиолог часто выделяет из испражнений и крови больных, а в особенности выздоравливающих, какие-то странные, нетипичные культуры микробов. Они не похожи по своим свойствам на обычных возбудителей. Профессор Гринбаум на основании своих 15-летних наблюдений доказал, что эти формы представляют собой естественно возникающие варианты микробов, образующиеся под влиянием изменённых условий их существования в организме человека.
Находки таких необычных форм затрудняют практического врача-микробиолога: часто бывает очень трудно быстро распознать истинную природу болезнетворного возбудителя в этом «маскарадном костюме». Тем самым задерживается лабораторный диагноз заболевания. Чтобы оказаться во всеоружии и уметь различать невидимого врага даже в замаскированном виде, микробиолог должен хорошо знать все проявления изменчивости микроба.
Но особенно часто наблюдается изменчивость микробов при культивировании их в лабораторных условиях. Это и понятно: ведь попадая из природной среды обитания на искусственную питательную среду, микроб встречается с непривычными условиями жизни. В процессе ассимиляции этих новых условий у микроба перестраиваются процессы обмена, что и влечёт за собой его изменчивость.
Очень часто изменение условий жизни, в особенности, если новые условия воздействуют на микробов длительное время, настолько глубоко затрагивает всю их организацию, что возникающие изменения свойств передаются по наследству. Потому-то в лабораторных опытах часто образуются новые формы, новые разновидности микробов.
Иногда после ряда пересевов в лабораторной питательной среде культура совершенно меняет свои свойства. Таким образом, высокоядовитая, болезнетворная в момент выделения из организма культура может превратиться в совершенно безвредную.
Этим путём была получена ослабленная, пригодная для создания иммунитета культура туберкулёзной палочки. В течение тринадцати лет возбудитель бычьего туберкулёза выращивался на лабораторной среде, состоявшей из картофеля, глицерина и жёлчи. За эти годы было произведено более 230 пересевов. В результате культура стала настолько безвредной, что уже несколько десятков лет она с успехом применяется для иммунизации детей, родившихся от туберкулёзных родителей, и заметно снижает заболеваемость. За эти годы ослабленная культура пересевалась тысячи раз. Во всех странах мира ею заражалось огромное количество животных. В предупредительных целях она вводилась миллионам детей. Но ни разу не было отмечено, чтобы в культуре восстановилась та болезнетворность, которая была свойственна исходному типу. Новое свойство — безвредность — оказалось стойко закреплённым у бесчисленных потомков.
Не всегда такое перерождение культур выгодно для нас. Некоторые культуры, обладающие ценными производственными свойствами, утрачивают их после ряда пересевов на лабораторных питательных средах.
Иногда перерождаются, например, производственные культуры зелёной плесени «пенициллиума», вырабатывающие антибиотик пенициллин. Вновь возникающие под влиянием лабораторных условий жизни расы грибка выделяют очень мало пенициллина. Этот пенициллин обладает плохими лечебными свойствами. Тем самым наносится огромный вред производству. Характерный случай произошёл несколько лет назад за границей; одна из партий продажного пенициллина почему-то очень плохо излечивала сифилис. Тщательный анализ пенициллина показал, что он по своему химическому составу несколько отличается от предыдущих партий. Оказалось, что это было связано с наследственным изменением культуры грибка — продуцента пенициллина. Замена его полноценной культурой восстановила прежнее качество антибиотика.
Нередки случаи перерождения производственных культур, применяемых в пищевой, химической промышленности, в изготовлении вакцин и лечебных сывороток. Поэтому микробиолог должен уметь бороться с перерождением ценных культур. Путём создания соответствующих условий культивирования, избирательно благоприятствующих развитию нужных свойств микроба, путём постоянной селекции, т. е. отбора наиболее полноценных рас, микробиолог поддерживает производственные культуры и не даёт им перерождаться. В этих случаях задачей микробиолога является не создание изменённых форм, а, наоборот, сохранение наследственных свойств.
Иногда важные свойства «перерождённой» культуры удаётся восстановить. Многие культуры микробов, утратившие свои болезнетворные свойства на лабораторных средах, восстанавливают их после многократного проведения через организм восприимчивых животных. Таким методом часто удаётся даже значительно повысить вирулентность культур.
Умелым воздействием изменёнными условиями жизни удаётся изменить и наследственно закрепить многие свойства микробов. Путём постепенного и осторожного приучения можно создать расы микробов, переносящие более высокие температуры, повышенные концентрации ядовитых веществ. В процессе производства вина к виноградному суслу добавляется ядовитое для микробов вещество — сернистый ангидрид, предохраняющее сусло от бактериальной порчи. Легко вывести расу дрожжей, стойкую к этому яду. Такие дрожжи дают прекрасный результат при использовании их в виноделии в присутствии высокой концентрации яда.
В настоящее время уже никто не сомневается в исключительной пластичности и способности к изменчивости микробов под влиянием изменений условий жизни. Много труда было положено отечественными исследователями, чтобы установить это бесспорное положение.
В микробиологии, как и в других биологических науках, с самого начала её зарождения происходит ожесточённая борьба между материалистическим учением о широкой изменчивости микробов под влиянием изменённых условий жизни и реакционным идеалистическим учением о постоянстве микробных видов, о независимости изменений свойств микробов от условий жизни.
С конца прошлого столетия и почти до наших дней и в микробиологии, особенно зарубежной, господствовали реакционные представления о неизменяемости микробных видов. Среди учёных, отстаивавших эту неверную точку зрения, был Кох и многие другие. Все наследственные изменения микробов, возникавшие в лабораторных разводках, сторонники этого направления считали следствием загрязнения чистых культур посторонними микробами. Если же изменение свойств микроба нельзя было связать с загрязнением, то оно объявлялось временным, нестойким, ненаследственным.
Реакционная идея о неизменности микробного вида обезоруживала практику и не давала возможности активно воздействовать на микробов в целях изменения и улучшения их свойств.
Русские прогрессивные микробиологи прошлого века, широко воспринявшие эволюционные идеи Ламарка и Дарвина, уже тогда в ряде своих работ указывали на возможность изменения свойств микробов. Н. Ф. Гамалея еще в 1888 г. сообщил об изменчивости открытого им мечниковского вибриона. И. И. Мечников представил ряд интересных фактов по изменчивости микробов. А замечательные микробиологи конца XIX века Л. Пастер, Л. С. Ценковский и другие сумели найти путь получения направленных, наследственных изменений у бактерий сибирской язвы и куриной холеры путём их воспитания в необычных условиях жизни — при повышенной температуре. Как мы уже знаем, этим методом получены были ослабленные живые вакцины, предохранявшие животных от заболевания. Десятки тысяч животных были спасены от неминуемой гибели этим методом.
Великий русский учёный И. И. Мечников писал в 1909 г.: «Именно в области микробиологии была доказана возможность изменения характера бактерий путём изменения внешних условий, причём можно добиться стойких изменений, передаваемых по наследству». Положения, выраженные в этих словах, могли бы явиться основой для дальнейшей плодотворной разработки проблемы направленного изменения наследственности микробов.
К сожалению, реакционные идеи вейсманизма-морганизма, распространившиеся в биологической науке в начале XX века, оказали пагубное влияние и на микробиологов. Идея об обособленности, неизменности и непознаваемости пресловутого «наследственного вещества», идея о ненаследуемости изменений, возникших под влиянием условий жизни, проникли и в микробиологию. «Наследственные изменения возникают чрезвычайно редко, их возникновение является делом случая, свойства новых изменений нельзя заранее предугадать и направить в нужную сторону по воле человека», — так вещали морганисты.
Под таким влиянием и многие микробиологи стали измышлять всякие надуманные схемы изменчивости микробов. Согласно этим схемам вновь возникающие формы должны были неминуемо возвратиться к исходному состоянию. Следовательно, поступательное движение, развитие, исключалось. Признавалось только движение по кругу…
А когда в 1927 г. американский генетик-морганист Меллер «открыл», что наследственные изменения могут быть вызваны таким резким воздействием, как лучи Рентгена, то буржуазные учёные-биологи (в том числе и микробиологи), его сторонники, принялись совать под рентгеновскую трубку мух, пшеницу, микробов и многие другие организмы. Они надеялись, что таким необычным и вредным воздействием удастся получить новые полезные наследственные изменения.
Но какие «полезные» изменения могли возникнуть под влиянием такого губительного фактора, как лучи Рентгена? Возникали различные уродства: бескрылые, безногие и слепые мухи, ослабленные, утерявшие многие важные для нормальной жизни свойства микробы.
И в то же самое время, когда морганисты занимались своими бесплодными опытами по выведению уродов, в небольшом советском городе Козлове, ныне Мичуринске, замечательный русский учёный И. В. Мичурин (рис. 43) путём умелого, планомерного воспитания в соответствующих условиях жизни создавал свои всемирно известные новые породы плодовых и ягодных растений.
В это же время начинал свои исторические опыты по планомерной переделке природы зерновых культур молодой советский учёный, ученик и последователь Мичурина, ныне прославленный академик Т. Д. Лысенко (рис. 44).
Сотни новых, доселе не существовавших в природе видов растений, полученных И. В. Мичуриным и Т. Д. Лысенко по заранее выработанному плану, явились самым ярким опровержением идеалистических измышлений морганистов.
И. В. Мичурин и Т. Д. Лысенко во всех своих работах исходили из положений единственно правильной философии — диалектического материализма. Все явления в природе материальны, взаимно связаны и взаимно обусловлены. Живой организм и условия его жизни представляют собой неразрывное единство. Вне условий жизни не может быть живого тела — оно превращается в неживое. Изменение условий жизни влияет через обмен веществ на все органы, ткани, клетки, части клеток, которые в организме связаны в единое целое. Влияя на весь организм, изменяя его обмен веществ, условия жизни влияют тем самым и на его наследственность. Поэтому любое изменение свойств организма, приобретение им новых признаков, исчезновение старых может быть достигнуто умелым изменением условий его жизни. Познав требования организма к условиям жизни, можно направленно изменять в выгодную нам сторону наследственные свойства организма.
Накопленный микробиологами-материалистами большой фактический материал целиком подтверждает правильность закономерностей, установленных мичуринской биологией. На основе положений мичуринской биологии многие ранее непонятные факты из области изменчивости микробов получили новое освещение и стали ясными. Это особенно ярко проявляется в проблеме вегетативной гибридизации — метода, широко применяемого мичуринцами при переделке природы растений. Путём прививки два растения различных видов сращиваются и образуют единый организм с единым обменом веществ. Пластические вещества, вырабатываемые одним из компонентов вегетативного гибрида, будучи внешним элементам по отношению к другому компоненту, ассимилируются им, становятся его составной частью и изменяют его наследственные свойства.
Метод вегетативной гибридизации, имеющий общебиологическое значение, оказался применимым и по отношению к микробам. Правда, пока мы не умеем сращивать две микробные клетки в единый организм. Но ведь микробы питаются, всасывая пищу всей поверхностью своего тела. Поэтому мы можем заставить один вид микробов питаться продуктами обмена или распада клеток другого вида. При этом микробы изменяются в сторону тех видов, продукты которых они ассимилируют, приобретают их свойства, а нередко и новые признаки, которые передаются по наследству.
Таким образом можно направленно изменить породу микробов. У пневмококков, например, были получены стойкие наследственные изменения, сохранявшиеся в бесчисленном ряде пересевов. Оказалось, что если в питательную среду, в которой культивируется неспособная вызвать заболевание, лишённая защитной капсулы раса пневмококка, прибавить вещество, полученное из клеток болезнетворного капсульного типа, то растущие клетки его приобретают все свойства этого типа. Они одеваются капсулой и становятся вирулентными для мышей, которые, будучи заражёнными такой культурой, быстро гибнут от общего заражения крови. Новые свойства прочно закрепляются по наследству и в дальнейшем передаются потомству уже без добавления вещества, послужившего причиной их образования (рис. 45).
Проф. Н. А. Красильников превращал один вид клубеньковых бактерий в другой, воспитывая их в фильтратах того вида, в который он хотел их превратить. Этим путём ему удалось даже превратить обычные почвенные бактерии в клубеньковые.
Замечательно, что подобные явления можно наблюдать даже у вирусов — этих простейших неклеточных форм жизни. Если воспитывать в организме кролика вирус фибромы в смеси с убитым вирусом миксомы, то вирус фибромы превращается в резко отличающийся от него вирус миксомы. Это превращение строго наследственно и передаётся при дальнейших пассажах на кроликах.
Можно заставить два разных, но близко родственных бактериофага размножаться в одной и той же бактериальной клетке. В результате получается бактериофаговое потомство, отдельные представители которого наделены свойствами обоих фагов. Все эти опыты доказывают, что вегетативная гибридизация, т. е. взаимная ассимиляция продуктов, производимых обоими организмами, и передача по наследству ассимилированных свойств, — явление, широко распространённое среди всего живого независимо от степени его организации, и имеет большое биологическое значение для изменения наследственности. Так же, как и в сельском хозяйстве, вегетативная гибридизация в микробиологии может служить ценнейшим методом получения направленных наследственных изменений.
Победа прогрессивного мичуринского учения в нашей стране над реакционной идеалистической лженаукой вейсманистов-морганистов открыла грандиозные перспективы для микробиологии. Мичуринское учение указало микробиологу верные пути для планового преобразования природы этих мельчайших, разнообразных и чрезвычайно важных в человеческой жизни существ.
Работа эта еще только начинается, но уже сейчас те достижения, которые имеет советская микробиология, показывают, сколь действенным для практики оказывается мичуринский метод умелого воспитания микробов.
Советское здравоохранение получило уже целый ряд живых микробных культур с ослабленной болезнетворностью, которые с успехом применяются в качестве вакцин.
Из зловещего микроба — возбудителя чумы проф. М. Покровская ещё в 1931 г. под воздействием бактериофага получила новую наследственно стойкую форму, отличавшуюся почти полной потерей вирулентности. Вакцину, приготовленную из этой живой, ослабленной формы, проф. Покровская испытала на себе самой. Вакцина оказалась совершенно безвредной.
Много замечательных живых вакцин изготовили советские врачи. Проф. Гинсбург из болезнетворной вирулентной культуры палочки сибирской язвы получил новую форму, клетки которой были лишены капсулы — защитной ослизнённой оболочки бактерии, предохраняющей её от захватывания фагоцитами. Новая форма оказалась совершенно безвредной при введении в организм животных и человека. Она слабо размножалась в организме, но не вызывала заболевания и полностью предохраняла от последующего заражения сибирской язвой. Эти новые свойства микроба оказались строго наследственными. Миллионам голов скота и сотням людей привита эта живая вакцина. Такая же живая и эффективная вакцина была создана из возбудителя опасной болезни туляремии советскими учёными Гайским и Эльбертом.
Получена также живая вакцина из бруцелл — микробов, вызывающих тяжёлое, долго длящееся заболевание бруцеллёз, против которого мы до сих пор почти не имели эффективных методов предохранения и лечения.
Создана и живая вакцина против самого распространённого вирусного заболевания — эпидемического гриппа. Проф. А. А. Смородинцев добился стойкого ослабления болезнетворных свойств вируса гриппа путём его культивирования на оболочках развивающегося куриного зародыша. Приспособляясь к новым условиям существования, вирус гриппа при этом становился вирулентным для куриного зародыша, но уже не мог вызвать настоящего гриппа у человека. Опыты, проведённые в 1946–1949 гг., показали, что заболеваемость людей после прививки этой живой вакциной заметно снижалась.
Наша отечественная медицина богата славными именами подлинных новаторов. Величайший вклад в науку внесли такие выдающиеся учёные, как Мечников, Сеченов, Павлов, Пирогов, Бурденко. Деятели советской медицины хранят лучшие традиции своих великих предшественников и творчески развивают медицинскую науку, всемерно улучшают дело народного здравоохранения.
Счастье человечества — великая цель, которая всегда освещала путь русской, советской науке. Эта цель давала силу учёным нашей страны рисковать, а если нужно — жертвовать своей жизнью, совершать прекрасные подвиги во имя Родины, во имя человечества. Наш замечательный исследователь академик Д. К. Заболотный и другие русские врачи сражались с чумой в Индии, Маньчжурии, Монголии. Изучая холеру, великий русский ученый И. И. Мечников привил себе эту болезнь.
В начале этого века, когда в Маньчжурии вспыхнула страшная чумная эпидемия, на помощь китайскому народу выехали русские врачи. Их труд сберёг сотни тысяч жизней, пресёк эпидемию. Заразившись во время этой работы, умирая, один из участников борьбы с чумой, Илья Мамантов, в последний час жизни писал своим близким в Россию: «Жизнь теперь — это борьба за будущее… Надо верить, что все это недаром, и люди добьются, хотя бы и путём многих страданий, настоящего человеческого существования на земле, такого прекрасного, что за одно представление о нём можно отдать всё, что есть личного, и самую жизнь».
Многим еще памятны события, связанные с эпидемией чумы в Маньчжурии в 1910–1911 гг. Центр эпидемии находился в Харбине. И именно в Харбин выехала тогда группа русских врачей, возглавляемая бесстрашным учёным-новатором Д. К. Заболотным. Героическими усилиями русских врачей эпидемия была задушена. Дорогой ценой досталась эта победа. На харбинском кладбище похоронены погибшие в битве с чумой врачи и студенты: Лев Беляев, Мария Лебедева, Владимир Михель, Илья Мамантов и др. В Бомбее чуму во всеоружии достижений отечественной науки встретили русские микробиологи. Их вакцина вдвое снизила в Индии заболеваемость и вчетверо сократила смертность. Девизом лучшей части наших медиков могли бы с успехом послужить слова крупнейшего врача XVIII века Данилы Самойловича: «Нет ничего для меня вожделеннее, как споспешествовать общественному благу…» — говорил этот бесстрашный борец с чумой, проделавший для блага своей отчизны немало опасных опытов на самом себе. Подвиг Самойловича не единичен.
Достаточно напомнить хотя бы историю некоторых экспедиций отечественных микробиологов и паразитологов. В 1937 г. в далёкой сибирской тайге вспыхнула эпидемия губительного для человека заболевания весенне-летнего энцефалита. С опасностью для жизни участники экспедиций академика Е. Н. Павловского, Л. А. Зильбера и А. А. Смородинцева обнаружили в глухой тайге переносчика болезни — клеща и нашли пути борьбы с энцефалитом. Такой же героизм проявили отряды советских паразитологов, изучавшие так называемые трансмиссивные болезни Средней Азии. Во время этих экспедиций профессор Н. И. Латышев заразил себя клещевым возвратным тифом. Профессор П. А. Петрищева кормила своей кровью москитов. Неоднократно, с целью эксперимента, академик Е. Н. Павловский подвергал себя укусам различных ядовитых насекомых. Советские медики свели на нет такие болезни, как пендинская язва, ришта, клещевые тифы. Их усилиями были спасены жизнь и здоровье десятков тысяч тружеников Средней Азии.
Советский врач Нина Завьялова, участвуя в разработке средств против лёгочной чумы, заразила себя этой болезнью, от которой еще недавно умирало сто процентов заболевших. Этим героическим опытом она доказала силу души советского человека и силу нашей науки, создавшей надёжные средства против самых тяжёлых заболеваний.
Глубоко изучив природу заразных болезней, советская наука разработала способы лечения многих опаснейших заболеваний и создала методы, способные поставить предел распространению эпидемий. Мы обезвредили в пределах Советского Союза чуму, которая до сих пор уносит сотни тысяч жизней в Индии и в других странах, оспу, еще имеющую свои владения в Англии и США, холеру и другие болезни. Разработанное советскими исследователями учение о природной очаговости болезней позволит оздоровить всю нашу планету. Могучая павловская школа физиологии поднимает всю медицину на новую, высшую ступень.
Советская медицина, руководимая партией Ленина — Сталина, смело и уверенно идёт вперёд по пути расцвета. Прогрессивное человечество с восхищением следит за тем, как советская медицина одерживает одну победу за другой. Великая сила нашей медицины состоит в том, что она вооружена революционным, марксистско-ленинским учением, всепобеждающая сила которого подтверждена всем опытом истории.
Политика большевистской партии и Советского государства во всех областях здравоохранения построена на строго научных основах.
Ни в одной стране капиталистического мира наука, в том числе и медицинская, не связана с народом. Буржуазная медицинская наука, обслуживающая за деньги интересы империалистической буржуазии, отгорожена от народа китайской стеной, чужда ему. Советская медицинская наука сильна тем, что она не отгораживается от народа, а добровольно и с охотой обслуживает его. Ни в одной стране мира научные достижения не получают такого быстрого и массового применения, как в нашей Советской стране. Буржуазия монополизирует результаты научных достижений в корыстных целях частнособственнической наживы, безудержной конкуренции, подготовки к войне.
Судебный процесс в Хабаровске по делу бывших военнослужащих японской армии в 1949 г. это ярко подтвердил. Он с необычайной ясностью показал звериное лицо разбойничьего японского империализма и его учёных-мракобесов, в глубокой тайне подготовлявших бактериологическую войну — одно из самых бесчеловечных орудий агрессии. Вместе с тем процесс явился грозным предостережением американским поджигателям новой войны, также работающим над созданием новых варварских орудий войны при помощи заразных микробов и их ядов и в 1952 г. применившим свои бесчеловечные средства в Корее и Китае.
Из материалов процесса в Хабаровске стало известно, что командование Квантунской армии создало ряд секретных бактериологических формирований, работу которых возглавлял известный в Японии ярый проповедник бактериологической войны, генерал-лейтенант Исии Сиро, ныне привлекаемый американцами к тем же гнусным делам в Корее и Китае. В специальных отрядах японские «учёные» и «врачи» производили тонны бактерий чумы, холеры, сибирской язвы. Изобретались всевозможнейшие виды применения бактериологического оружия — от хлеба, начинённого бактериями брюшного тифа, до бактериологических артиллерийских снарядов.
Своё смертоносное оружие злодеи — японские бандиты со званием «учёных» и «врачей» — испытывали на тысячах людей. В застенки отряда № 731 поступало ежегодно до 600 человек, и ни один из них не остался в живых. Людей заражали бациллами через пищу, над ними производили злодейские «опыты» в «боевой обстановке», бросая под бактериологические бомбы, им отмораживали конечности, душили в барокамерах. Бандиты со званием «профессоров» запечатлевали на киноплёнке ужасающие картины человеческих мучений.
Таким путём японские изуверы уничтожили многие тысячи граждан Китая, Монголии и других стран.
Японские самураи, опираясь на труды своих «учёных», неоднократно применяли бактериологическое оружие в своих военных авантюрах. Так было во время нападения японских милитаристов на Монгольскую Народную Республику в 1939 г. Так было в 1940–1942 гг. в Китае, где бактериологические экспедиции японских захватчиков привели к вспышкам эпидемий. Использование японскими империалистами этого чудовищного оружия в Монголии и Китае являлось подготовкой к бактериологической войне против Советского Союза. Специально разработанный план войны против СССР предусматривал широкое использование бактериологического оружия. Реализуя этот план, японские самураи разведывали пограничные с СССР районы, совершали диверсионные вылазки, отравляя водоёмы на советской территории.
Разгромив гитлеровские полчища, Советский Союз спас человечество от ужасов бактериологической войны, которую готовили гитлеровцы. После разгрома немецко-фашистской армии японцы развернули лихорадочную подготовку к бактериологической войне.
Коварные замыслы японских варваров были сорваны стремительным наступлением Советской Армии, разгромившей основную ударную силу японского империализма — Квантунскую армию — и ликвидировавшей змеиное гнездо самураев в Маньчжурии. Японские планы установления мирового господства рухнули. Япония капитулировала. Ставка врага на развязывание бактериологической войны была бита. Этот пример ярко свидетельствует о том, как варварски используются достижения науки в капиталистических странах.
Стремясь развязать новую мировую войну, американские империалисты изыскивают всё новые средства массового истребления людей. Капиталистические заправилы США открыто угрожают в последнее время не только атомной бомбой, но и широким применением бактериологического оружия, считая его наиболее «действенным» средством ведения агрессивной войны. Американские генералы и бизнесмены с циничным хладнокровием рассуждают о том, что выгоднее: атомная бомба или бактериологическая. Некоторых «военных специалистов» в США бактериологическое оружие устраивает даже больше, чем атомная бомба: оно «дешевле и, убивая людей, не уничтожает материальных ценностей».
В конце января 1952 г. американский генерал Кризи, который заведует «отделом исследований и усовершенствований» при химическом военном корпусе, выступил с прославлением бактериологической войны. Он сказал: «Я считаю, что создаваемое нами оружие позволит при минимальных расходах, связанных с доставкой, уменьшить способность противника сопротивляться и таким образом добиться победы, не уничтожая его экономики. В противоположность атомной бомбе или другому взрывчатому оружию биологическая война в основном направлена против людей, так как она не уничтожает зданий и машин, а действует против самого человека или того, что даёт ему питание, то есть против его скота и посевов».
Генерал Кризи восхвалял успехи американской военщины в области преступных изысканий новых средств бактериологической войны. Кризи призывал к расширению и ускорению изготовления бактериологического оружия. «Мы, — заявил он, — должны всемерно совершенствовать и быстрее производить специальные испытания всех потенциальных видов оружия бактериологической войны». Кризи заявил, что Соединённые Штаты ведут широкую подготовку к бактериологической войне.
«Представляемый мной химический корпус, — сказал генерал Кризи, — являющийся органом военного министерства, несёт большую ответственность в области химической, биологической и радиологической войны. Точнее говоря, военное министерство поручило нам, представителям химического корпуса, изучать и исследовать средства химической, биологической и радиологической войны, обеспечивать техническое наблюдение за подготовкой армии в этой области и разрабатывать, производить и поставлять материалы и оборудование, имеющие отношение к этим типам войны.
Основы химической, бактериологической и радиологической войны имеют между собой много общего. Нельзя и не следует игнорировать их колоссальные потенциальные возможности. США должны быть оснащены соответствующим образом для ведения войны этого типа. Не раз исход конфликта решали микробы, а не генералы».
Американские агрессоры похваляются, что в подготовляемой ими войне первостепенное место отводится самым гнусным и бесчеловечным орудиям массового уничтожения мирных людей. Выступая 22 января 1952 г. в городе Балтиморе, заместитель начальника химического корпуса армии генерал Лукс с циничной откровенностью поведал о широких планах американской военщины в области использования химических и бактериологических видов оружия массового уничтожения.
«До тех пор, пока численный состав армии остаётся решающим фактором для достижения военной победы как в отдельных сражениях, так и войны в целом, — нагло заявил этот матёрый поджигатель войны, — газ и микробы будут являться наиболее эффективным оружием. Отравляющие вещества будут также использованы в стратегических целях против военно-промышленных центров и, по моему мнению, явятся исключительно эффективным средством для резкого сокращения объёма производства».
Еще в декабре 1947 г. газета «Нью-Йорк геральд трибюн» цинично заявляла, что в США ведётся широкая «исследовательская» работа в области бактериологического оружия. Ссылаясь на доклад специального правительственного бюро, возглавляемого генерал-майором Гарольдом Буллом, газета писала:
«Распространение ядовитых радиоактивных веществ через воздух, а также засекреченная техника применения бактериологических средств против людей, животных и растений — всё это входит в исследовательскую работу, проводимую армией и флотом, военно-воздушными силами и другими органами».
Понятно, что эти просочившиеся на страницы американской печати сведения раскрывают лишь отдельные детали широко развернувшейся подготовки американскими империалистами бактериологической войны.
Американские милитаристы открыто сотрудничают с японскими преступниками бактериологической войны — Исии Сиро, Вакамацу Юдзиро и Китано Масадзо, чьи чудовищные злодеяния известны всему миру. Они широко используют также и опыт гитлеровских палачей из Бухенвальда, Освенцима, Майданека и других «лагерей смерти».
В начале 1952 г. американская печать сообщала, что в авиационной медицинской школе военно-воздушных сил США, находящейся в Рандольф Филд (штат Техас), в роли наставника используется матёрый военный преступник — гитлеровский генерал Вальтер Шрайбер. Кто же этот генерал и чему он учит американских военных врачей?
Шрайбер — бывший начальник германской военно-медицинской академии. В годы второй мировой войны он лично производил на сотнях и тысячах узников «лагерей смерти» преступные опыты по искусственному заражению их чумой, холерой и другими болезнями. От рук этого выродка погибли тысячи ни в чём не повинных людей. Однако власти США не только укрыли этого фашистского людоеда от справедливой народной кары. Они любезно предоставили ему кафедру и свои лаборатории, занимающиеся разведением смертоносных бацилл для истребления людей. Как сообщает в своей книге «Мир или чума» реакционный профессор Розбери (Колумбийский университет, Нью-Йорк, США), основные работы по исследованию в области биологической войны, как это известно всему миру, сосредоточены с 1943 г. в Кемп Детрике в США, где расположена большая бактериологическая лаборатория, находящаяся в ведении военно-химической службы американской армии. Другие лаборатории по испытанию биологического оружия созданы в штатах Миссисипи, Юта и Индиана. Американские учёные в этих лабораториях проводят «исследования» по распространению таких болезней, как чума, холера, тиф, туляремия и т. п. Американскими «цивилизованными» преступниками не упущены из виду и такие болезни, как сап и сибирская язва для заражения животных, а также применение ряда химических веществ, вирусов и злокачественной плесени для истребления трав и хлебных злаков.
Еще летом 1949 г. в канадскую печать проникли сведения об испытании американцами средств биологической войны на эскимосах Дальнего Севера Канады. Следствием этих испытаний явилась вспыхнувшая там эпидемия чумы. Кровожадные американские захватчики неоднократно применяли отравляющие вещества в Корее… Нужны ли еще какие-либо доказательства, чтобы показать, до какой степени деградации доведена наука в буржуазном обществе. В США и других капиталистических странах, где свирепствует империалистическая реакция, где царит неслыханный разгул милитаризма, взбесившиеся фашистские людоеды, подобные Розбери, могут писать: «Если разразится третья мировая война, то биологи, так же, как и учёные всех отраслей науки, включая врачей, будут, как никогда раньше, наряду с физиками служить делу истребления людей». Такова медицинская наука в США.
Общеизвестно, что американские империалисты не впервые применяют бактериологическое оружие в своей интервенционистской войне в Корее. Еще в период с декабря 1950 года по январь 1951 года войска американских агрессоров распространяли вирусы оспы в Пхеньяне, провинции Канвон, провинции Южный Хамген, провинции Хванхэ и некоторых других районах.
Отдел бактериологической войны при американских химических войсках изготовил 16 видов бактериологического оружия.
В марте 1951 года после пребывания в порту Вонсан бактериологического десантного судна № 1091 американской армии под командованием так называемого начальника отдела общественного благосостояния «при штабе верховного главнокомандующего войск ООН», генерал-лейтенанта Сэмса на острове Кочжедо было произведено испытание бактериологического оружия на военнопленных из состава корейской Народной армии и китайских народных добровольцев.
Американские империалисты в процессе подготовки таких злодейских преступлений открыто сотрудничали с японскими преступниками бактериологической войны — «учеными» слугами японского милитаризма. Они командировали в Корею японских военных преступников Исии Сиро, Вакамацу Юдзиро и Китано Масадзо, которых Советское правительство предложило 2 февраля 1950 года предать Международному военному суду как главных преступников бактериологической войны.
В начале 1952 г. американские империалисты начали широко применять бактериологическое оружие в Китае и Корее. С 28 января 1952 г. американские агрессоры непрерывно сбрасывали с самолётов в больших количествах насекомых и различные предметы, заражённые смертоносными бактериями, на важнейшие города и коммуникационные линии на фронте и в тылу Кореи, начиная с района восточнее Кэсона до реки Пукханган. С 29 февраля 1952 г. американцы непрерывно сбрасывали заражённых насекомых на северо-востоке Китая: в шести провинциях — Ляодун, Ляоси, Сунцзян, Гирин, Хэйлунцзян и Жэхэ. Они сбросили их также на город Мукден и на 43 других уездных города. 6 и 7 марта 1952 г. заражённые насекомые были сброшены на окраины города Циндао в провинции Шаньдун.
Сброшенные американскими агрессорами заражённые бактериями насекомые и различные предметы — это главным образом мухи, блохи, комары, вши, клещи, мошки, кузнечики, чёрные жуки, саранча, муравьи, пауки, пчёлы, земляные черви, бабочки, мыши, вороны, гнилое мясо и рыба, вата, листья, куриные перья и т. д. — всего свыше 35 названий. Многие из насекомых до сего времени не водились в этих местах и не могут вылупиться из яичек в этих климатических условиях. В результате проверки бактериологами и биологами доказано, что большое количество насекомых было заражено бактериями чумы, холеры, тифа и бактериями других инфекционных болезней.
Американские империалисты на фронте в Корее использовали специальные снаряды как средство распространения бактерий. Но в большинстве случаев для этой цели использовались самолёты.
Ставшие известными факты преступных действий американских агрессоров вызвали возмущение всех честных людей мира.
Советский народ встретил известие об этом новом злодеянии американских агрессоров с чувством величайшего гнева.
«Эти факты, — заявил президент Академии Наук СССР А. Н. Несмеянов, — показывают, что американский империализм превосходит по своей бесчеловечной жестокости даже такие „образцы“ жестокости, которые нам знакомы по германскому фашизму. При этом американские империалисты — Ачесон и другие их представители — ведут себя не только подло, но и трусливо. Они применяют бактериологическое оружие и отрицают факты, пытаясь скрыть то, чего не скроешь».
Академик А. Н. Несмеянов напоминает, «что Сталинская премия первой степени присуждена в 1952 г. группе советских учёных за ликвидацию малярии как массового заболевания в ряде республик и областей. Советские учёные, продолжающие славные традиции отечественной науки, направляют свои исследования к достижению благородных целей улучшения благосостояния и здоровья людей. Учёные нашей страны клеймят позором бесчеловечные действия американских агрессоров».
Старейший советский учёный академик Н. Д. Зелинский указал, что:
«Преступные действия американских агрессоров нарушают элементарные законы человеческой морали, нарушают международное право и резолюцию, запрещающую ведение бактериологической войны, принятую IV Международным конгрессом микробиологов. Русские микробиологи, величайшие гуманисты, изучали микробы с целью предотвратить заболевания. Советские учёные продолжают славную гуманистическую традицию русской науки. Советские учёные поставили микробиологию на службу мирной жизни советских людей.
Поэтому мы, советские учёные, выражаем гневный протест против преступных действий американских варваров, которые превращают в свою противоположность достижения микробиологии — одной из гуманнейших наук».
Директор Института эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалея Академии медицинских наук СССР профессор В. Д. Тимаков заявил:
«Мы, советские микробиологи, работаем над изучением микробов с целью приготовления из них лечебных и профилактических препаратов, с целью предупреждения заразных болезней. В это же время американские микробиологи занимаются изготовлением смертоносного бактериологического оружия. Разве это не деградация, разве это не моральный распад?! Мы, представители советской микробиологии, клеймим позором тех „учёных“, которые перешли в лагерь преступников и своими „научными“ работами приносят страдания корейскому и китайскому народам».
В самом деле, если усилия научной микробиологии направлены на лечение и устранение заразных болезней, то ряд преступных специалистов Соединённых Штатов, продавшихся империалистам, в специальном институте в Кемп-Детрик занимаются увеличением болезнетворного действия микроорганизма, так же как этим занимались осуждённые хабаровским процессом японские преступные микробиологи. Если научная эпидемиология путём чрезвычайных трудов обеспечивает прекращение эпидемий и работает над проблемой ликвидации заразных болезней, то многие американские преступные специалисты разрабатывают способы искусственного возбуждения и распространения этих эпидемий. Пусть имена всех, кто участвовал в этом преступлении перед человечеством и наукой, будут навеки заклеймены в памяти человечества.
Советская медицинская наука, свободная от цепей капитала, является самой передовой наукой в мире. Возможности её развития безграничны. Расцвет советской медицинской науки, все работы и достижения советских учёных направлены на раскрытие тайн природы, служат советскому народу, помогают ему жить, творить и преодолевать все препятствия на пути строительства коммунизма. Забота о здоровье человека — важнейшая задача Советского государства. В СССР созданы неограниченные возможности для творческого труда деятелей медицины. Они пользуются всемерной поддержкой партии, правительства и всего советского народа.
Научные открытия советских учёных-медиков на основе планового социалистического народного хозяйства сразу же становятся достоянием всех трудящихся.
Рост материального и культурного уровня жизни трудящихся СССР и расцвет советского здравоохранения самым благоприятным образом сказались и на укреплении здоровья наших воинов. Армию доблестных защитников социалистического отечества составляют сильные духом и телом воины, воспитанные партией Ленина — Сталина.
Большевистская партия и Советское правительство создают все условия для того, чтобы закалялось здоровье наших воинов. В Советской Армии с честью выполняют свой патриотический долг тысячи военных врачей, располагающих всеми достижениями передовой советской медицинской науки, новейшими методами лечения и профилактики, отдающих свои силы и знания благородному делу охраны здоровья советских воинов.
Почётна и ответственна работа деятелей советской медицинской науки по борьбе с заразными болезнями.
Советский строй создал неограниченные возможности для развития медицинской науки и впервые в истории поставил науку на службу народу. «Раньше весь человеческий ум, весь его гений, — говорил Ленин, — творил только для того, чтобы дать одним все блага техники и культуры, а других лишить самого необходимого — просвещения и развития. Теперь же все чудеса техники, все завоевания культуры станут общенародным достоянием…» (
Коммунистическая партия и Советское правительство проявляют огромную заботу о развитии и процветании передовой медицинской науки, которая не отгораживается от народа, не держит себя вдали от народа, а готова служить народу, готова передать народу все завоевания науки.
Советский народ, идущий по пути к коммунизму, живо интересуется развитием советской медицинской науки, внедрением в жизнь её новейших достижений. Движимые святым чувством советского патриотизма, наши учёные обогащают советскую медицинскую науку новыми открытиями и достижениями.
Советские учёные упорно работают над усовершенствованием вакцин, ищут новые лекарства, обладающие разрушительным действием на возбудителей заразных болезней.
Подлинная советская медицинская наука, связанная с жизнью, безжалостно рвёт со всеми устаревшими традициями, не терпит косности, рутины, равнодушия к росткам нового. Передовая медицинская наука в условиях социалистического общества смело смотрит в будущее. Социалистическое государство создаёт самые благоприятные условия для ее развития. Советская медицинская наука открывает беспредельные возможности для уничтожения заразных заболеваний, она верно служит укреплению сил и могущества советского народа, нашей Родины.
Много сделано нашими советскими учёными-микробиологами, но еще больше работы впереди. Партия, правительство и весь советский народ примером своего патриотического труда зовут наших учёных-микробиологов к дальнейшим победам.
Весьма важен дальнейший прогресс наших знаний о мельчайших представителях жизни — микробах.
Опираясь на помощь социалистического государства, наши учёные сумеют уже в недалёком будущем полностью подавить разрушительные воздействия болезнетворных микробов, помогут уничтожить заразные болезни.
Освобождая от заразных болезней также необходимых нам животных и растения, стократно увеличивая применение для земледелия и промышленности деятельности полезных бактерий и грибков, наука о микробах внесёт свой вклад в великое дело Ленина — Сталина — в строительство коммунизма.
Введение … 3
Как человек узнал о существовании микробов … 4
Строение и жизнь микробов … 17
Как наблюдать жизнь микробов … 32
Заразные болезни, их причины и способы борьбы с ними … 48
Вирусы … 65
Микробы и сельское хозяйство … 74
Микробы в пищевой промышленности … 84
Микробы вырабатывают лекарства … 96
Микробы меняют облик земли … 109
Как произошли микробы … 119
Переделка природы микробов … 134
Советская наука служит народу … 147