Гений естествознания

Чтобы дать строгое доказательство использования для роста энергии окисления неорганических веществ, нужны количественные данные об отношении окисленного вещества к полученному урожаю органического углерода. (Сейчас эти величины называют "константой урожая", и её определению посвящено множество работ в 1960-1970-х годах.) В качестве объекта Виноградский выбрал нитрификацию, бактериальная природа которой была тогда известна. Он перебрался в Цюрих и в местной санитарно-бактерио-логической лаборатории, куда его на непонятных основаниях пустил её шеф ("такого осла в роли профессора я ни до ни после не видел" [3]), приступил к решению своей задачи. Он решил её блестяще, отвергнув с сарказмом традиции кохов-ской школы и выделив, в частности, свои бактерии с коховских пластинок плотной среды из тех мест, "где ничего не росло". Агаризованные пластинки с колониями Виноградский исключил из числа своих методических приёмов. Возможно, именно вследствие "стандартизованных методов" микробиология сейчас претерпевает кризис, когда оказывается, что "узаконенные чистой культурой" виды в природе не доминируют, что, впрочем, было ясно любому, кто, как Виноградский, умел смотреть в микроскоп.

Установив, что урожай органического вещества нитрификаторов пропорционален количеству окисленного азотистого вещества - аммиака для одной группы и нитрита для другой, Виноградский мог написать: "...Уже теперь можно установить новый факт, имеющий первостепенное значение для физиологии: органическое вещество на земном шаре образуется при жизнедеятельности живых существ не только в процессе фотосинтеза, но и в процессе хемосинтеза (разрядка оригинала. - Г.З.) <...> С полным основанием можно заметить, что совокупность вышеупомянутых свойств присуща не одной лишь нитромонаде и что открытые мною бактерии, окисляющие серу и закисное железо, принадлежат к тому же физиологическому типу" [2, с. 169].

Когда Виноградский писал эти строки, в соседней комнате его жена рожала четвёртую дочь, Елену...

Статьи по нитрификации были напечатаны в "Annales de l'lnstitute Pasteur" (1890, № 4). После их опубликования  Виноградский  стал  знаменито-

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК     том 76     № 8      2006

 

726 

ЗАВАРЗИН

 

стью: современники сразу же сумели оценить значение сделанного им открытия. Чуткость общества к открытиям в биологии была в ту эпоху обострённой.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ РУССКОЙ ШКОЛЫ В МИКРОБИОЛОГИИ

"Впечатление, произведённое работами по нитрификации, было так велико, что отовсюду последовали весьма лестные предложения. В Цюрихском политехникуме ему было предложено начать чтение лекций в качестве приват-доцента. Из Парижа приехал в Цюрих И.И. Мечников со специальным приглашением от имени Пастера занять кафедру бактериологии в институте его имени. Наконец, последовало приглашение из Петербурга организовать отдел микробиологии в только что основанном в то время Институте экспериментальной медицины. После долгих колебаний С.Н. Виноградский в конце концов остановился на последнем предложении. Главным мотивом к его принятию послужило нежелание порывать с родиной", - так писал Омелянский, ближе всех знавший Виноградского. Автобиография последнего подтверждает это мнение.

Чтобы получить более полное представление о ситуации, нужно хотя бы несколько слов сказать об истории возникновения Императорского Института экспериментальной медицины, как она излагается в автобиографических записках Виноградского. По понятным причинам в СССР эта история сохранилась в устных преданиях. Институт был организован по инициативе принца А.П. Ольденбургского, младшего по рангу члена императорской фамилии, кавалерийского генерала. Институт создавался на деньги еврейских банкиров для Мечникова в первую очередь. Предполагалось, что это учреждение будет аналогом Института Пастера, но с более широким медицинским уклоном. Однако Мечников уехал за границу, сославшись на невыносимую атмосферу в России. Поэтому выбор пал на Виноградского, имя которого в тот момент было широко известно. Принимая предложение, Сергей Николаевич, вероятно, полагал, что едет работать в учреждение, аналогичное Институту Пастера, но на родине. К моменту его приезда институт находился в стадии организации и помещался в случайных зданиях на Каменном острове.

Виноградский организовал в одном из таких зданий свою лабораторию и после ряда неудачных попыток привлёк в неё в качестве помощника молодого химика Омелянского. На возражения последнего, что он с микробиологией не знаком, Виноградский отвечал: "Она сама к вам придёт". Первое время Виноградский работал запоем. Помощниками он себя не обременял, и всю жизнь нуждался в том, чтобы работать своими ру- 

ками и наблюдать самому; скоро он пустил Омелянского в самостоятельное плавание.

В Петербурге Виноградский открыл первого анаэробного свободноживущего азотфиксатора Clostridium pasteurianum и таким образом замкнул цикл азота в почве, поскольку деятельность де-нитрификаторов, открытых ранее, вызывала опасение, что растительность погибнет от исчерпания связанного азота. Симбиотическая азот-фиксация у бобовых была обнаружена незадолго до этого. Однако более значимым было формулирование принципа элективных культур. Идея заключалась в том, что в крайних условиях могут выживать только организмы, осуществляющие специфическую функцию. Именно элективный метод был применён для открытия и описания нитрифи-каторов. Создать специальные условия для искомого организма можно, подбирая состав питательной среды. Состав среды служит основным селективным фактором, - Виноградский употребил слово "элективный", то есть "исключающий", "выбирающий". По сути, метод представляется лабораторным воплощением дарвиновского принципа селекции. Виноградский был убеждён, что в природе действуют только строго специфические организмы. Микроорганизмы, растущие на универсальных глюкозо-пептонных средах коховской медицинско-санитарной школы, в природе не осуществляют важных специфических функций.

Принцип элективных сред позволяет вести дедуктивное изучение природных процессов. Исследователь конструирует среду и условия роста и таким способом получает возможность выделить интересующий его процесс из массы протекающих одновременно. Методология элективных условий была наиболее мощным средством в руках микробиологов на протяжении столетия. Именно она дала общую картину деятельности микроорганизмов в природе.

Было бы несправедливо связывать изучение роли микроорганизмов в природе только с именем Виноградского. Одновременно с ним в Дельфте (Голландия) работал М. Бейеринк, создавший голландскую микробиологическую школу, во многом параллельную русской, но более плодотворную, потому что рядом с Бейеринком работали его ученики [12]. Если бы Виноградский не открыл хемосинтез, то, вероятно, это сделал бы Бейеринк. В отличие от Виноградского, Бейеринк не испытывал идиосинкразии к агаризован-ным средам и выделял чистые культуры быстрее. Он обнаружил и описал сульфатредуцирующие бактерии, а его ученик Н. Зёнген в 1906 г. полностью описал микробный цикл метана. Сравнение двух великих основателей общей микробиологии не раз делали очень крупные учёные.

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК     том 76     № 8      2006

 

ГЕНИЙ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ 727

Как же складывалась русская школа в микробиологии? Когда Виноградский вернулся в Петербург, здесь уже существовала группа микробиологов, интересующихся процессами в природе, а не медицинскими проблемами. У истоков её наряду с Фаминцыным нужно поставить Х.Я. Гоби. В своё время именно он настоял на поездке Виноградского к де Бари. Среди учеников Гоби, кроме Виноградского, следует назвать микробиологов ТА. Надсона, Ъ.Л. Исаченко, И. Л. Серби-нова, микологов Н.Н. Воронихина, Н.А. Наумова, В.А.  Траншеля,  альгологов  и  физиологов А.Г. Генкеля и Н.М. Гайдукова. Перечисление этих имён и даёт нам возможность определить точку ветвления в русской микробиологии. При этом не следует забывать, что рядом с ботаником Гоби находился физиолог Фаминцын, который пользовался большим авторитетом, а в университете активно работал создатель почвоведения В.В. Докучаев и его ученики - люди, в среде которых сложилось мировоззрение Вернадского. Истоки русской микробиологической школы становятся определёнными: она формируется как часть физиологии низших растений на базе университета; вспомним, что немецкая микробиология формировалась как часть медицины под влиянием Р. Коха, голландская - на химической кафедре технического университета у М. Бейеринка, а французская объединила разных специалистов вокруг личности Л. Пастера.

Какие бактерии важнее всего в природе? Какие из них привлекли наибольшее внимание русских исследователей? Здесь переходим к функциональной системе с её физиологическими группами. В микробиологии функции организма нашли своё отражение в номенклатуре благодаря традиции, введённой Виноградским. Оказалось, что интересы русских исследователей в этой области были весьма специфическими. Во-первых, это организмы серного цикла, включая 12 родов бесцветных и пурпурных серных бактерий, описанных Виноградским; зелёная бактерия Chlorobium limicola, описанная Г.А. Надсоном; гигантские одноклеточные серные бактерии, обнаруженные В.Т. Шевяковым и СМ. Вислоухом. Во-вторых, основной объект плеоморфистов - железобактерии, которым Виноградский посвятил лишь короткую статью, а систематика их была затем упорядочена Н.Г. Холодным. Первоисточником многих этих исследований явились гидробиологические наблюдения, проводившиеся под микроскопом. Открытие водородных бактерий обычно приписывается австрийцу Казереру, но одновременно с ним это сделал в Одессе А.Ф. Лебедев, а по полноте и глубине изучения его работа далеко превосходит заметку Казерера. Метод, применённый Виноградским при изучении нитрификаторов, стал стандартным. Итак, только тионовые бакте- 

рии из всей группы хемосинтезирующих описаны зарубежными учёными.

Теперь возникает вопрос: каким образом Виноградский, всеми силами избегавший публичных действий и чуравшийся преподавания вплоть до социофобии, стал основателем русской и советской школы общей микробиологии? Ведь несмотря на просьбы студентов Петербургского университета и настойчивою рекомендацию Докучаева Департаменту земледелия привлечь Виноградского к организации преподавания сельскохозяйственной микробиологии, он категорически отказывался принять эти предложения. Как разрешить этот парадокс?

Дело в том, что Омелянский, сформировавшийся под сильным влиянием Виноградского, в 1920-х годах написал учебник "Основы микробиологии" и "Практическое руководство по микробиологии". В них он изложил идеи Виноградского систематическим образом. Учебник много раз переиздавался, пополняясь сначала самим Омелянским, а после его смерти - Б.Л. Исаченко, его наследником по лаборатории микробиологии в Институте экспериментальной медицины. В замкнутом пространстве Советского Союза "Основы микробиологии" были едва ли не единственным источником знаний вплоть до 1950-х годов, когда этот учебник сменили биохимически ориентированные книги, прежде всего Шлегеля. Микробиологическая часть учебника Омелян-ского отражала достижения "золотого века микробиологии", как он сложился под влиянием идей Виноградского и Бейеринка.

ВИНОГРАДСКИЙ КАК ЕСТЕСТВОИСПЫТАТЕЛЬ

Уже упоминалось, что Сергей Николаевич избегал публичных выступлений и тем более популярных статей, дающих обобщённый взгляд на предмет. И всё-таки один раз он был вынужден высказать свои взгляды в популярной лекции. Она состоялась 8 декабря 1896 г. на общем собрании членов Императорского Института экспериментальной медицины в присутствии приглашённых высокопоставленных лиц. Приведу заключительные слова этой лекции: "В такой связи явлений вся живая материя восстаёт перед нами как одно целое, как один огромный организм, заимствующий свои элементы из резервуара неорганической природы, целесообразно управляющий всеми процессами своего прогрессивного и регрессивного метаморфоза и, наконец, отдающий снова всё заимствованное назад мёртвой природе" [13].

Сформулированный в лекции взгляд на биосферу соответствует современному пониманию биогеохимии, не говоря уже о примечательном созвучии некоторых выражений с современной

 

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК 

том 76 

№ 8 

2006

 

728 

ЗАВАРЗИН

 

терминологией гипотезы Геи и прилегающих к ней гипотез о биосферной системе, хотя употребляются другие слова, присущие эпохе. Например, в тексте вместо слов микроорганизмы, часто употребляется французское "ферменты", что ещё более усиливает понимание роли микроорганизмов как специфических катализаторов. Всё это было произнесено за 40 лет (!) до выхода в свет в Париже "Биосферы" В.И. Вернадского, книг Т. де Шардена и последующей биосферной литературы. Более того, произнося свою речь, Вино-градский был уверен (и не ошибся) в её правильном восприятии слушателями. Совершенно очевидно, что эти идеи не могли возникнуть и быть сформулированы учёным на основе его контактов с санитарными микробиологами в Цюрихе и даже в Страсбурге у систематика де Бари. Нет вероятия, что очень щепетильный Вернадский заимствовал свои идеи у Виноградского. За 40 лет источник мог стереться из памяти и войти в сферу подсознательного. Да и трактовка предмета совсем другая: Виноградский говорит о качественной картине микробного катализа природных процессов, отказываясь обсуждать те "миллиарды пудов", которые вовлекаются в природные процессы, а геохимик Вернадский именно на этих миллиардах пудов и сконцентрирован, хотя как геолог смотрит более на конечные результаты, чем на вызывающие их агенты. Он, как и многие геологи до сих пор, с трудом верил в деятельность невидимых, хотя логически в полной мере признавал их значимость. Очевидно, что источник идей у Виноградского и у Вернадского общий. Остаётся одно: эти взгляды вырабатывались русскими естествоиспытателями в круге блестящего состава Петербургского университета в 1880-- 1890 годах.

"Организм" у Виноградского, несомненно, эквивалентен современной "системе" или "организации". Понимается, что "метаморфоз" - это современный метаболизм. Если перейти на язык современной терминологии, то согласно Виноградскому, природу, имеющую метаболические пути с катализирующими их специфическими микроорганизмами-ферментами, можно рассматривать как единую систему. Трудно дать более точное изложение современного понимания биосферы.

Особо следует обратить внимание на слова "целесообразно управляющий" в приведённом выше отрывке из лекции Виноградского. Напомню: суть дарвинизма состояла именно в том, что понятие целесообразности было исключено из языка науки. Его подменило представление о всесоздающей случайности и последующем отборе из хаоса. Даже сейчас слова о целесообразном управлении вызовут непонимание. Для естествоиспытателя Виноградского - потом он сознается в полном отходе от религиозных привычек своей молодости - управление звучит иначе. По-види- 

мому, он имеет в виду сбалансированность природных процессов, что-то вроде управления в рамках принципа Ле Шателье (ботаник Виноградский был настолько грамотным химиком, чтобы иметь в своем сознательном багаже это понятие). Природа реагирует на возмущения таким образом, чтобы погасить их масштаб до того, как они приведут её к разрушению. Точно так же реагирует и живой организм, а эта аналогия очень близка той мысли, которую Виноградский стремился передать своим слушателям.

Следует иметь в виду, что Виноградский искал свои "ферменты", исходя из идеи организованности природы. Если составить список природных веществ органической природы (то есть биотического происхождения), то против каждого из них можно поставить название микроорганизма, специфически вызывающего его трансформацию, -так говорил Виноградский. Это были не слова, а экспериментально им доказанное правило: он и его коллеги-современники, используя сформулированный Виноградским принцип избирательных сред, доказали справедливость правила.

МЕДИЦИНСКАЯ И ПРИРОДОВЕДЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

В начале статьи в резкой форме противопоставлены цели общей и медицинской микробиологии. Виноградский работал в Институте экспериментальной медицины, где большинство лабораторий было тесно связано с медициной, её биохимическими и физиологическими аспектами. Поэтому в какой-то момент в деятельности учёного должен был наступить кризис. Он настал, когда в 1898 г. на горизонте появилась угроза чумы, и правительственный институт должен был на эту угрозу откликнуться. Принц Ольденбург-ский как кавалерийский генерал привык действовать оперативно и с размахом. Он стал уговаривать Виноградского заняться проблемой чумы, потому что его коллеги из аналогичного Института Пастера в Париже этой проблемой занялись и даже имели уже культуру возбудителя. Спасём Россию от чумы! Виноградский уговорам поддался из патриотических побуждений и привёз из Парижа разводку бактерий в своём багаже. О его собственных работах над чумной проблемой лучше умолчать, как сделал это он сам, горько раскаиваясь в своём слабодушии [3]. Негоже ботаникам браться не за своё дело. В автобиографии Сергей Николаевич упоминает лишь о своей административной деятельности. Он проявил себя как организатор, сумев найти в Киеве энергичного молодого медика, ученика Мечникова, Д.К. Забо-лотного, замешанного в революционных делах. Принц Ольденбургский от жандармских сводок отмахнулся и тут же отправил его в Индию на чуму, а потом так же стремительно в Манчжурию,