Гений естествознания

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2006, том 76, № 8, с. 722-736

 

ГЕНИЙ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

К 150-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ ПОЧЁТНОГО ЧЛЕНА АН СССР

С.Н. ВИНОГРАДСКОГО

Сергей Николаевич Виноградский (1856-1953) оказал непреходящее влияние на мировую науку своим открытием хемосинтеза. Он признан одним из основателей общей микробиологии вообще и русской школы общей микробиологии в частности.

Значение научного открытия и, соответственно, учёного, его сделавшего, раскрывается со временем, когда выясняются последствия самого открытия и его место в общей системе знаний. Хемосинтез - способность микроорганизмов ассимилировать С0₂ за счёт энергии окисления неорганических веществ - представляет собой второй после фотосинтеза путь образования органического углерода, определяющего отличие Земли 

от безжизненных планет. Если фотосинтез сопрягает циклы органического и неорганического углерода, то хемосинтез при относительно малом вкладе в продукцию С_орг определяет циклы превращения соединений азота, серы, железа и других переменно-валентных элементов, количество и концентрация которых достаточны для энергетического обеспечения существования вида микроорганизмов. Фотосинтез доступен наивному наблюдателю, и в его открытие последовательно был вовлечён ряд учёных. Хемосинтез был открыт одним человеком сразу.

Значение научного открытия определяется его масштабами. Чтобы оценить роль хемосинтеза в жизни Земли, проведём мысленный эксперимент: уберём хемосинтез из нашего представления о земной системе. Вместе с ним исчезают биогенные процессы образования и преобразования неорганических веществ, формирование биогенных минералов, руд, осадочных пород; в результате связь живых существ с их геологической средой обитания становится неполной и вся система несогласованной. Хемосинтезирующие микроорганизмы контролируют в биосфере потоки вещества в миллиарды тонн в год - здесь действует грубая количественная мера.

Значение научного открытия зависит и от системы ценностей, принимаемой обществом. Рассмотрим две крайние точки зрения на биосферу -антропоцентрическую и натуралистическую. Для антропоцентрической всё, что не касается человека, представляет либо удовлетворение праздного любопытства, либо выяснение условий его существования. В биологических дисциплинах антропоцентрическая точка зрения наиболее полно выражена медициной с её важным разделом медицинской микробиологии и прилежащими эпидемиологическими и санитарными аспектами. Только в последнее время возник обострённый интерес к биосфере как необходимому условию существования человечества, и слово "экология" вошло в антропоцентрический лексикон. Если же отрешиться от антропоцентрической позиции, то из поля зрения исчезают проблемы медицины и связанные с нею научные области. Они представляются частными с природоведческой точки зрения, как бы ни были важны для человека с его

722

 

ГЕНИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 

723

 

своекорыстными интересами, и сводятся к проблеме "гвоздя в сапоге" - актуальной, крайне острой, требующей немедленного решения, но мало затрагивающей человечество в целом, которому нужно думать о своем пропитании, или равнодушную природу.

Противопоставление медицинской и натуралистической позиций в микробиологии очень остро, и оно сказалось на судьбе Сергея Николаевича Виноградского как одного из основателей экологии микроорганизмов. Рядом с этим крупнейшим естествоиспытателем из русских биологов можно поставить только Дмитрия Иосифовича Ивановского, открывшего на другом фланге биологии мир вирусов как крайний пример паразитизма, сведённого к самовоспроизводящейся молекуле. Мировое значение этих биологов не подлежит сомнению и удостоверено 100-летним развитием их наследия.

Вместе с тем всерьёз обсуждается вопрос, был ли Виноградский русским учёным? Его постановка стимулировалась с двух сторон: за рубежом -как отрицание роли России в мировой научной цивилизации, а в Советском Союзе к Виноград-скому относились как к эмигранту, не скомпрометированному, но эмигранту. Так, один из американских микробиологов (Фостер), посетивший СССР в 1960-х годах, писал, что в микробиологии, в отличие от химии, Россия не выдвинула своего Д.И. Менделеева и что С.Н. Виноградский, как и лауреат Нобелевской премии И.И. Мечников, большую и плодотворнейшую часть своей жизни провёл за границей. Нуждается ли русская микробиология в ином Менделееве, чем Виноградский, или же для этой науки он представляет равно-мощного гения?

Вопрос о том, можно ли считать Виноградского русским учёным, отпадает сам собой, если сформулировать его по-другому: можно ли считать Виноградского швейцарским или французским учёным? [1]. Можно ли его считать не имеющим национальности европейцем? Такое бездумное мнение высказывается и сейчас. Вопрос о национальных школах ныне стоит особенно остро в связи со стремлением представлять науку не имеющей национальности англоязычной областью, доступ в которую ограничен, однако, лингвистическим  барьером для "native  Englishmen" (природных англичан). Вопрос о Нобелевских премиях как мерке для учёных масштаба Менделеева и Виноградского кажется наивным. Но вопрос о национальных школах для России, дважды за XX столетие потерявшей свою интеллектуальную элиту, очень болезненный именно в настоящее время.

По случаю 150-летия со дня рождения великого учёного следует рассмотреть два аспекта: становление учёного в определённой области науки 

и становление личности с её психологической мотивацией в определённый исторический период развития страны. Для анализа творческого пути Виноградского есть исключительно богатый материал. В конце жизни, в 1940-х годах, он ретроспективно оценил свою деятельность в предисловиях к главам книги "Микробиология почвы" [2], представляющей почти (NB!) полное собрание его публикаций. Далее, имеется обширная автобиографическая "Летопись нашей жизни", ограниченная исключительно личными обстоятельствами жизни семьи Виноградского [3]. Наконец, существуют краткие биографические статьи, написанные академиками В.Л. Омелянским, Б.Л. Исаченко, А.А. Имшенецким, книга о жизни великого микробиолога, вышедшая из-под пера 3. Ваксмана, лауреата Нобелевской премии за открытие стрептомицина [4-7], а также "Рассказы о великом бактериологе С.Н. Виноградском" [8]. Для полноты недостаёт представления о "золотом веке микробиологии" и действовавших в то время учёных-микробиологах, сведения о которых можно для первого знакомства почерпнуть из книги Х-Г. Шле-геля [9]. Но такая работа - дело историков науки. Я же ограничусь краткими набросками, которые мне позволяет опыт 50-летней работы в области науки, созданной Виноградским.

СТАНОВЛЕНИЕ ВИНОГРАДСКОГО КАК УЧЁНОГО

Сергей Николаевич вступил в научную жизнь в начале 1880-х годов, спустя четверть века после работ Л. Пастера, открывшего мир микробов, и Ч. Дарвина, установившего значение конкурентной борьбы за существование в развитии живого мира в противоположность господствовавшему до того представлению о всеобщей целесообразности мира живых существ. Я не случайно свожу идею эволюции к её спенсерианской трактовке выживания приспособленных, поскольку именно она, судя по отрывочному замечанию Виноградского в автобиографических заметках, и послужила основанием к созданию им универсального метода элективных сред - дедуктивного метода исследования природы, далеко выходящего за пределы микробиологической кухни.

Биологическое образование Сергей Николаевич получил в лаборатории А.С. Фаминцына в Санкт-Петербургском университете. Фаминцын, которого сейчас вспоминают чаще всего в связи с гипотезой симбиогенеза, был ботаником, физиологом растений, и главный интерес его заключался в изучении энергетических процессов у водорослей. Под микроскопом он следил за образованием запасного вещества - крахмала - при разных условиях освещения и исчезновением его в темноте. Вокруг Фаминцына сформировался тот самый круг ботаников ("молодые ботаники"), из которо-

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК     том 76     № 8      2006

 

724 ЗАВАРЗИН

го вышел и Ивановский. Другим фактором влияния был систематик низших растений Х.Я. Гоби, убеждённый сторонник мономорфизма, то есть неизменности видов низших организмов, в противоположность взглядам плеоморфистов (не путать с полиморфизмом - изменчивостью форм одного вида), настаивавших на изменчивости низших организмов за пределы вида и, по сути, отрицавших устойчивость вида у них. Эти взгляды возникали в разной форме на протяжении XX столетия.

Здесь уместно охарактеризовать обстановку в Петербургском университете. О ней ярко писал В.И. Вернадский, учившийся в университете в то же время, что и Виноградский. Кстати, для историка науки сравнительное жизнеописание Вино-градского и Вернадского, имевших сходные начальные условия социального происхождения и образования, может быть в высшей степени назидательным, если принять во внимание диаметральную противоположность их характеров и устремлений: один - глубокий интраверт, человек консервативных взглядов, другой - либерал, стремившийся воздействовать на общественное мнение.

В 1880-1890-х годах в Петербургском университете сложилось естественно-научное направление, которое следует назвать русской школой в естествознании. Время ученичества закончилось, кафедры были заняты русскими профессорами, работавшими на уровне мировой науки того времени. Вернадский писал в "Автобиографических заметках": "Петербургский университет того времени в физико-математическом факультете на его естественном отделении был блестящим. Менделеев, Меншуткин, Бекетов, Докучаев, Фа-минцын, М. Богданов, Вагнер, Сеченов, Овсянников, Костычев, Иностранцев, Воейков, Петру-шевский, Бутлеров, Коновалов оставили глубокий след в истории естествознания в России. На лекциях многих из них - на первом курсе на лекциях Менделеева, Бекетова, Докучаева - открылся перед нами новый мир, и мы все бросились страстно и энергично в научную работу, к которой мы были так несистематично и неполно подготовлены прошлой жизнью. Восемь лет гимназической жизни казались нам напрасно потерянным временем, тем ни к чему не нужным искусом, который заставила нас проходить вызывавшая глухое наше негодование правительственная система" [10]. Ему вторит Омелянский: "В те времена состав преподавателей на естественном разряде физико-математического факультета был в Петербургском университете исключительный, и С.Н. Виноградский с возрастающим пылом предался занятиям, теоретическим и практическим. Особенно увлекла его физиология растений, читавшаяся на 3-м курсе А.С. Фаминцыным. В его университетской лаборатории Виноградский на- 

чал свою научную работу, сначала в качестве студента 3-го и 4-го курса, а затем кандидатом университета, оставленным при нём для подготовки к профессорскому званию" [4, с. 170]. Следует заметить, что ботаникой Сергей Николаевич занялся, проделав под руководством Н.А. Меншуткина серьёзные практические задания по аналитической химии, читавшейся на втором курсе университета. По окончании университета и прохождения военной службы вольноопределяющимся Виноградский в 1884 г. в порядке завершения подготовки к профессорскому званию отправился в Страсбург к А. де Бари.

Итак, мы можем резюмировать: формирование Виноградского, прежде чем он приступил к самостоятельной работе, произошло в среде русской научной школы в период её бурного развития, более узко - в среде ботаников, ориентированных на изучение физиологических процессов. Уже одно это заставляет отнести Виноградского к питомцам русской школы. Приверженность учёного к этой школе вдобавок ко всему усиливалась его характером: глубокий индивидуалист и эгоцентрик, Виноградский отталкивал посторонние влияния. Он создавал себе всюду замкнутый мир, и лаборатории, в которых он работал, были просто физическим местом пребывания с минимальным общением за пределами лабораторного стола. Исключением из этого правила была его работа в Страсбурге в лаборатории де Бари, к которому он относился с такой же теплотой, как к Фаминцыну. В Страсбурге Сергей Николаевич воспринимал образ жизни своих немецких коллег, учился жить по-европейски, во всех остальных случаях - отгораживался от мира европейской светскостью, оставаясь, по сути, русским барином.

В лаборатории де Бари ему было поручено изучение нитчатых серобактерий, необходимое для их систематики. "Моя первая работа появилась в ту эпоху (1885), когда в молодой микробиологической науке безраздельно господствовали идеи и методы двух школ - школы Пастера и школы Коха. Эти методы были строго стандартизованы и считались обязательными для всех исследователей. Я только начинал тогда работать в области микробиологии и делал всё возможное, чтобы приноровиться к ним, но был достаточно дальновиден, чтобы сомневаться в успехе: серобактерии представляют собой исключение из обычных типов и до того времени были совершенно неизвестны. Я пошёл своим путём, придерживаясь строго индуктивного метода, гарантирующего наиболее надёжно от всех заблуждений и ошибок" [2, с. 25].

На самом деле Сергей Николаевич просто повторил метод Фаминцына, наблюдая под микроскопом в микрокультуре за поведением глобул серы в клетках серобактерий при поступлении се-

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК      том 76      № 8      2006

 

ГЕНИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 

725

 

роводородной воды и при её отсутствии. Он установил, что в отсутствие сероводорода капли серы в клетках исчезали и вновь появлялись, когда добавлялся сероводород. Отсюда он сделал заключение, что сера ведёт себя как запасное вещество. Следующим стал вывод, лежащий вне сферы ботаники: окисление серы служит для серобактерий источником энергии. Следовательно, микроорганизмы могут получать энергию для роста от окисления неорганических веществ. Когда Вино-градский изложил свое открытие на научной конференции в Страсбурге, один из его слушателей сказал, что это "Epochenmachende Entdeckung" (эпохальное открытие) [3]. Так оно и было, но результаты оказались недостаточными в рамках постулатов Коха: возбуждать процесс должна чистая культура организма. Микрокультуры Вино-градского не были чистыми.

Исходным материалом для них служила, в частности, "колонка Виноградского" - модель прокариотной экосистемы в высоком стеклянном цилиндре, где разложение органического вещества в иле с гипсом на дне даёт сероводород (не за счёт гниения, как думали тогда, а за счёт ещё неизвестной в то время сульфатредукции), а выше развиваются стратифицированные слои пурпурных серобактерий (за счёт неизвестного тогда аноксигенного фотосинтеза). В целом колонка моделирует Farbenstreifsandwatt - сообщество циано-бактериального мата, который сейчас служит прототипом прокариотной биосферы докембрия -специального объекта исследования сообществ микроорганизмов. "Колонка Виноградского" стала "тотемом", символом общей микробиологии [9, с. 67].

Виноградский выполнил первоначальную систематическую задачу, описав на основе микроскопических наблюдений ряд родов серобактерий. Описания в немецкой монографии были сделаны настолько полно и точно, что названия родов сохранились до сих пор, а в сводках 1930-х годов 17% названий родов организмов носили имя Winograd-skii как автора описания. (Обратите внимание на немецкую форму имени, потому что до сих пор англоязычные невежи пытаются употреблять иную транслитерацию.) С тех пор Виноградский выступал как последовательный противник плео-морфизма: бактерии таковы, как они есть, и в течение экспериментов не переходят в другие виды. Они в лаборатории не изменяются, а слово "эволюция" в лексиконе Виноградского не фигурирует. Что это - отзвук религиозной традиции молодости или хорошо усвоенная мысль о целесообразности мира, его организованности? Думаю, что для консервативно настроенного Виноградского последняя мотивировка в то время не была чуждой. 

Открыв источник энергии для живых существ, Виноградский осознал, что доказательство нового способа жизни - не полное. Возможно, были и высказанные сомнения и требования соответствовать канонам. Во всяком случае, именно так оценивал эти первые работы Ивановский в своей замечательной "Физиологии растений" [11].