Текст книги "Путешествие в страну микробов"

Автор книги: Владимир Бетина

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 31 страниц)

Предисловие

Написать научно-популярную книгу по микробиологии можно лишь в том случае, если ее автор не только хорошо знает эту область науки, но и обладает талантом популяризатора. Все должно быть предельно ясным для неспециалиста, но и достаточно увлекательным, чтобы у читателя не ослабевал интерес к содержанию книги.

Хороших научно-популярных книг по микробиологии очень мало. Между тем интерес к этой науке возрастает с каждым годом, так как нет человека, который не слышал бы о применении антибиотиков, заболеваниях, передаваемых микроорганизмами, роли микробов в приготовлении пищевых продуктов, а также в их порче.

Книга В. Бетины «Путешествие в страну микробов» знакомит читателя с научными основами общей и медицинской микробиологии. Она дает представление о форме, размерах, физиологии микроорганизмов и их роли в практической деятельности человека.

Обращают на себя внимание три положительные особенности книги. Прежде всего, она написана строго научно, все содержащиеся в ней сведения весьма тщательно отобраны из большого и разнообразного материала. Второй особенностью следует считать популярность изложения, которой строго придерживается автор независимо от степени сложности сообщаемых им данных. И наконец, третьей особенностью следует считать ее современность. Автор излагает последние данные вирусологии и микробиологии, которых нет в ранее публиковавшихся научно-популярных книгах по микробиологии.

Книга, по замыслу автора, должна привести читателя в мир микробов. Однако автор очень расширил круг своих интересов. Помимо сведений по общей, сельскохозяйственной, технической, медицинской и ветеринарной микробиологии, он уделил большое внимание химиотерапии, эпидемиологии, иммунологии, вирусологии, протозоологии, молекулярной биологии и другим научным дисциплинам. В результате о самих микробах мы узнаем меньше современных данных, чем могли бы узнать, отведи им автор больше места. Так, нет ссылок на новый мир микробов, недавно открытых и имеющих необычную морфологию. Нет сведений о микробах, невидимых в оптический микроскоп. Недостаточно освещена роль микробов в круговороте различных элементов в природе. Нет указаний на особенности круговорота азота, изменившегося за последнее время. В почве и воде происходит нежелательное накопление нитратов. Окислы азота, попадающие в атмосферу при сгорании различных видов топлива, а также при внесении в почву нитратов, приводят к евтрофикации водоемов и к значительным потерям азота из почвы в результате денитрификации.

Применение микробов в практике гораздо шире и многограннее, чем указано в книге. Сорок лет назад техническая микробиология занималась в основном процессами брожения. Возбудители спиртового брожения, дрожжи, широко применялись в виноделии, винокурении, пивоварении, хлебопечении; уксуснокислые бактерии – для получения уксуса; молочнокислые бактерии (иногда одновременно с дрожжами) – при производстве кисломолочных продуктов, а также в сыроделии.

В настоящее время картина изменилась. С помощью микроорганизмов получают более 20 различных антибиотиков, ряд витаминов, незаменимые аминокислоты, ферментные препараты для употребления в легкой, пищевой и медицинской промышленности. В медицине широко применяются кровезаменители, получаемые с помощью микроорганизмов; последние принимают также участие в синтезе новых лекарственных препаратов – стероидных гормонов. Во многих странах организовано микробиологическое производство лимонной, молочной, койевой, фумаровой и других кислот. Очень жаль, что автор не дал описания того, как за сравнительно короткий срок возникла мощная микробиологическая индустрия, которая продолжает бурно развиваться.

Второе замечание касается деления микробов на «добрых» и «злых». К последним автор относит возбудителей болезней растений, сельскохозяйственных животных и человека. Здесь, однако, уместно вспомнить, что теперь с помощью патогенных бактерий и токсигенных микробов успешно борются с грызунами и насекомыми – вредителями культурных растений и древесных пород. Помимо патогенных форм, все представители сапрофитной микрофлоры могут быть полезными в одних и вредными в других условиях. Это касается любого микробиологического процесса. Нитрификация, как правило, полезна, но сейчас ее угнетают в почве особыми веществами, так как быстрое накопление в ней нитратов нежелательно. На заводах, производящих аммиачные удобрения, развитие нитрифицирующих бактерий может привести к взрывам. Из углеводородов нефти микробиологическим путем получают белок, кислоты, аминокислоты, но в то же время разложение нефти в нефтехранилищах и развитие микроорганизмов в бензине стало серьезной проблемой.

В природе широко распространен процесс восстановления бактериями сульфатов. С помощью этого процесса десульфуризации лечебную грязь, добываемую в грязевых озерах, можно из серой, малоактивной превратить в черную, обладающую значительным лечебным действием. В некоторых странах, не имеющих залежей серы, сульфаты, которые содержатся в сточных водах, подвергают десульфуризации и из образующегося при этом сероводорода путем окисления кислородом воздуха получают чистую молекулярную серу.

Однако такое же восстановление сульфатов в почве и воде является причиной порчи газовых и других труб, а также металлического нефтяного оборудования, поскольку выделяющийся сероводород действует на железо и образует его сульфиды. Наиболее грандиозным по своим масштабам является процесс микробиологического разрушения целлюлозы. Такой процесс в лесных и полевых почвах необходим, так как он возвращает в атмосферу углекислый газ. Без разрушения целлюлозы изменился бы круговорот углерода, что в свою очередь, сказалось бы на нормальном течении жизни на Земле. К сожалению, целлюлозные микроорганизмы разрушают стволы живых деревьев, бревна, доски, железнодорожные шпалы, деревянные строения, хлопчатобумажные и льняные ткани, толь, бумагу, картон, а также вызывают порчу редчайших книг и гравюр.

Читая книгу В. Бетины мы узнаем, что под действием микроорганизмов из зеленой краски на обоях образуются ядовитые соединения мышьяка и что следы мышьяка можно обнаружить с помощью культуры гриба. (Этот прием обычно описывается в руководствах по судебной медицине.) Следует добавить, что концентраты золота и олова, содержащие мышьяк, можно освободить от него с помощью микробов, и работа металлургов перестает быть опасной. Не увеличивая числа примеров, подчеркнем только, что полезность и вредность любого процесса, вызываемого сапрофитными микробами, полностью определяется теми конкретными условиями, в которых протекает этот процесс. Следовательно, наши друзья из мира микробов могут стать нашими врагами и наоборот. По сравнению с числом видов сапрофитных микробов количество патогенных микробов ничтожно.

Все сказанное ни в коей мере не умаляет достоинств книги В. Бетины «Путешествие в страну микробов». В ней содержится много необычайно интересных и малоизвестных исторических данных, заимствованных из Древней истории или истории Средних веков и непосредственно связанных с микробиологией. Она читается с захватывающим интересом, и о ряде событий впервые узнает не только широкий круг читателей, но и специалист в области микробиологии. Нельзя не отметить блестящий, живой и, несомненно, талантливый стиль изложения. Интересные эпиграфы, яркие метафоры, оригинальные примеры, образные сравнения и сопоставления – все это делает чтение книги увлекательным. При этом автор полностью избежал вульгаризации. Научные данные преподносятся В.Бетиной в легко усваиваемом и художественном изложении, что выгодно отличает его книгу от ранее изданных научно-популярных книг по микробиологии.

Академик А. Имшенецкий

Предисловие автора к русскому изданию

Вперед же к светлому познанию вещей,

Учителем природа пусть нам станет!

У. Вордсворт, 1798

Весть о переводе «Путешествия в страну микробов» на русский язык была встречена мною с радостью. Для автора, представляющего небольшой словацкий народ, перевод его книги на язык великого русского народа – большая честь. Тем более что четверть века назад, когда я еще только начинал учиться в Словацкой высшей технической школе в Братиславе, моим первым иностранным пособием был русский учебник микробиологии.

Ученые всего мира отдают должное участию передовых русских биологов конца прошлого века в становлении микробиологии как самостоятельной науки. А. Г. Полотебнов уже в 1872 году с целью лечения гнойных ран с успехом применял гриб Penicillium, что доказало лечебное действие плесени задолго до открытия пенициллина. В 80-х годах прошлого века И. И. Мечников обнаружил явление фагоцитоза и на этой основе разработал в дальнейшем фагоцитарную теорию иммунитета. В 1887 году появилось первое сообщение С. Н. Виноградского об автотрофных бактериях. Два года спустя Д. И. Ивановский опубликовал результаты своих исследований мозаичной болезни табака. Полученные им новые факты многим казались невероятными, однако именно они легли в основу наших познаний о вирусах, положив начало вирусологии.

И вот сегодня, через сто лет после первых опытов Полотебнова, отрадно отметить, что научные и дружеские контакты нашей кафедры в Братиславе с советскими коллегами на поприще дальнейшего изучения антибиотиков успешно развиваются.

Путешествуя по стране микробов, читатель познакомится не только с учеными, о которых я уже упомянул, но и со многими другими выдающимися деятелями мировой микробиологической науки. По словам одного из них, молекулярная биология (о которой читатель узнает несколько позже) прошла в своей истории три этапа развития: романтический, догматический и академический. На первом этапе новые факты и открытия воспринимались как необыкновенные происшествия. На втором формулировались точные и подчас слишком категоричные представления о полученных фактах. На третьем этапе объективным и тщательным подходом к исследованию проверялись и по-новому оценивались уже полученные данные с полным сознанием того, как мало мы еще знаем. Подобным же образом и историю развития микробиологии, как нам кажется, можно было бы разделить на три аналогичных периода. Ее «романтические» открытия связаны с именем А. ван Левенгука, человека, который впервые наблюдал мир микроскопических организмов, в том числе и бактерий (1676). Догматическим периодом микробиологии можно назвать конец XIX и первые десятилетия XX века. Академический период начался лишь после второй мировой войны. В нашем совместном путешествии мы с читателем пройдем все три фазы развития микробиологии.

Цель этой книги – вызвать или воскресить интерес к полному тайн и невидимому простым глазом миру микроорганизмов. Микробиология и в наши дни, когда славных мореплавателей сменили отважные космонавты, занимает не последнее место в программе исследований космического пространства. И путешествие в мир живого микрокосмоса нашей планеты не будет лишено напряженных и волнующих моментов.

В последние десятилетия микроорганизмы стали объектом изучения цитологов, генетиков, биохимиков, биофизиков и даже кибернетиков. Эти бесконечно малые существа представляют для ученых исключительный интерес в связи с тем, что являются чрезвычайно благодарным объектом в качестве подопытных организмов. С микробами не могут не считаться и те специалисты, которые заняты поисками источников питания для все возрастающего населения нашей планеты.

Чего можно ожидать в будущем от микробиологии и смежных с ней областей науки? Академик А. А. Имшенецкий недавно в статье, посвященной микробиологическим исследованиям в космической биологии, сказал об этом так:

«Последние успехи в области молекулярной биологии, биохимии и генетики, такие, как синтез генов и ферментов, обогатили нас новыми знаниями. Все это – очень важные открытия, но в будущем мы будем знать больше. Оставшиеся двадцать пять лет нашего века, несомненно, принесут нам еще многие замечательные открытия в области биологии. Мы должны помнить, что находимся лишь в начале понимания явлений, составляющих основу жизни. И самым мудрым мотто для каждого биологического института могли бы стать слова Шекспира: «Есть многое на свете, друг Гораций, что и не снилось нашим мудрецам».

И под впечатлением этих мыслей, высказанных выдающимся советским микробиологом, мне хочется пожелать, чтобы издание книги «Путешествие в страну микробов» на русском языке способствовало, особенно среди молодых читателей, пробуждению неутомимого энтузиазма в раскрытии тайн и загадок удивительного мира микробов.

В. Бетина

Братислава, октябрь 1974 года

Пролог

Предисловие – это та часть книги, которую сочиняют последней, ставят первой и которую почти никто не читает.

А. Й. Лотка, 1925

С тех пор как человеческий глаз впервые увидел бактерии, минуло три столетия. Но потребовалось еще двести лет, прежде чем микробиология стала самостоятельной наукой. И еще долгое время, вплоть до середины нашего века, эта новая отрасль биологии постепенно раскрывала ту огромную роль микроорганизмов, которую они играют в жизни человека, сопровождая его от колыбели до могилы. Они как бы стоят на грани жизни и смерти: разлагая отмершие организмы, они возрождают условия для жизни новых существ. Неведомые в прошлом «злые» микробы сеют заразу и смерть, «добрые» же верно служат человеку, помогая ему в приготовлении продуктов питания, в создании ценного химического сырья, а в последнюю четверть века являясь поставщиками пенициллина и других антибиотиков. С появлением этих препаратов произошел очень важный переворот в методах борьбы со «злыми» представителями мира микробов.

Именно об этом я и попытался рассказать словацким читателям в вышедшей в конце 50-х годов книге «Таинственный мир микробов». В предисловии к ней Павел Немец, член-корреспондент Словацкой Академии наук, писал, что «она помогает читателям пережить приключения, связанные с познанием нового».

Для современной науки полтора десятилетия – срок большой. Благодаря усилиям ученых всего мира накопление новых знаний в микробиологии идет чрезвычайно быстрыми темпами. Но этим успехам мы обязаны не только микробиологам. Все больший интерес к миру мельчайших живых существ проявляют и такие отрасли биологии, как биохимия, биофизика, генетика, ставшие самостоятельными науками почти одновременно с микробиологией. К ним присоединилась и более молодая молекулярная биология, нашедшая в вирусах и бактериях прекрасную модель для изучения взаимоотношений между молекулами, роль которых на сцене жизни мы все еще стараемся понять и разгадать. Чрезвычайный интерес представляют микроорганизмы и для недавно развившейся космической биологии, которая находит свое применение там, где жюльверновская фантазия соприкасается с волнующей действительностью.

Микроорганизмы теперь уже не только верные спутники, враги или помощники человека в его повседневной жизни и в покорении природы. Они служат ему еще и подопытными существами, помогающими искать ответ на столь сложный вопрос: что такое жизнь?

Вот и эта моя книга о тех же микробах – новая не только по своему названию, но и по содержанию. Ее цель – сделать более доступными новые горизонты познания, одним из путей к которым является изучение самых мельчайших представителей живой природы.

Я приглашаю читателя совершить совместное путешествие в страну микроорганизмов. Он убедится, что и в век космических открытий можно испытать увлекательные приключения в этом, казалось бы, так хорошо знакомом, но еще полном тайн мире мельчайших живых существ.

Часть первая. Знакомство с микроорганизмами

После всех попыток узнать, какие силы в корне действуют на язык и вызывают его раздражение, я положил приблизительно пол-унции корня в воду: в размягченном состоянии его легче изучать. Кусочек корня оставался в воде около трех недель. 24 апреля 1676 года я посмотрел на эту воду под микроскопом и с большим удивлением увидел в ней огромное количество мельчайших живых существ.

Некоторые из них в длину были раза в три-четыре больше, чем в ширину, хотя они и не были толще волосков, покрывающих тело вши… Другие имели правильную овальную форму. Был там еще и третий тип организмов – наиболее многочисленный – мельчайшие существа с хвостиками. Животные четвертого типа, шнырявшие между особями трех других, были необыкновенно малы – настолько малы, что, по-видимому, и целая сотня их, выстроенная в ряд, не превысила бы песчинки. Чтобы сравняться с ней, потребовался бы по крайней мере десяток тысяч этих существ!

А. ван Левенгук

1. Путешествие в страну микробов

Характерная черта науки и прогресса состоит в том, что они постепенно открывают нашему взору все новые и новые области.

Л. Пастер

Неизвестные сожители

Было это очень давно, когда третья планета Солнечной системы получила нового обитателя – «единственное существо, сознающее свое место в природе», как охарактеризовал его У. М. Симпсон из Гарвардского университета. Шведский естествоиспытатель XVIII века К. Линней в своем сочинении «Система природы» дал этому существу имя Homo sapiens (человек разумный). Человек постепенно знакомился с окружающей его средой, стараясь использовать ее в своих целях. Сначала он жил в пещерах и, охотясь, постепенно узнавал царство животных; по мере развития скотоводства он еще более расширял свои познания. Не обошел он своим вниманием и царство растений, давшее ему возможность перейти со временем на оседлую жизнь землепашца.

Но кроме растений и животных были в окружающей среде и другие существа, которые сопровождали человека от его рождения до смерти. О них он ничего не знал, потому что не мог их видеть. Нередко эти существа врывались в его жизнь, порождая болезни и сея смерть.

В процессе покорения природы человек использовал этих невидимых спутников, даже не догадываясь об их существовании. Он научился печь хлеб из кислого теста, делать вино из перебродившего сока плодов, приготовлять пиво из зерен некоторых злаков.

Проходили века. Человек все шире и глубже познавал и осваивал природу, он стал удобрять почву, изменять течение рек, покрывать поля и луга каналами, приносящими животворную влагу или уносящими ее избыток. В неизведанные и таинственные моря вышли его лодки и корабли. Он поднимался на гребни гор и покорял простирающиеся за ними земли. Но всегда и повсюду человека сопровождали невидимые спутники; одни из них поражали его частыми и неожиданными болезнями, портили запасы пищи, другие помогали сохранять плодородие почвы, были надежными помощниками в приготовлении хлеба и напитков.

На заре

Шестнадцатый и семнадцатый века отмечены в истории многими значительными событиями. Но для нас, естественно, важно прежде всего то, что в этот период были заложены основы современной науки.

Английский философ XVI века Фрэнсис Бэкон в книге «Новый органон» высказал смелую мысль, что наблюдения – это единственный путь к познанию видимого мира, путь, который уже приносил свои ценные плоды. Так, в 1543 году великий польский астроном Николай Коперник на основе собственных наблюдений доказал, что Земля является планетой Солнечной системы, а не наоборот, как это думали раньше. Выдающийся итальянский мыслитель Джордано Бруно в 1600 году собственной жизнью расплатился за поддержку взглядов Коперника, а спустя тридцать три года итальянский астроном Галилео Галилей спас свою жизнь, отрекшись под давлением инквизиции от этих «еретических» суждений.

Развитие астрономии сделало огромный шаг вперед в начале XVII века, когда голландские шлифовальщики стекла создали свои первые подзорные трубы.

Это был инструмент, появление которого предсказывал еще в XIII веке английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон в своей необычной «Эпистоле»: «Прозрачные стекла можно расположить так, что очень отдаленные предметы покажутся близкими: на большом расстоянии мы сможем различить мелкие буквы и как бы приблизить к себе далекие звезды».

Живая природа также привлекала внимание исследователей. Итальянский врач Андреас Везалий в 50-х годах XVI века положил начало современной анатомии человека, а английский медик Уильям Гарвей в 1628 году описал цикл кровообращения в человеческом организме.

Линзы, изготовлявшиеся шлифовальщиками стекол, можно было расположить иначе, не так, как в телескопе. И тогда они увеличивали очень мелкие предметы. Так появились первые микроскопы, которые раскрывали перед исследователями живой природы картины не менее интересные, чем телескоп на звездном небе.

Немецкий естествоиспытатель Атанасиус Кирхер использовал микроскоп для изучения болезней. С помощью своего очень несовершенного прибора он рассматривал гной и кровь людей, пораженных сифилисом. Исследуя гниющее мясо, скисшее молоко и другие жидкости, он обнаружил в этих различных веществах, по его собственному выражению, «живых червей». Возможно, он действительно видел личинки червей или насекомых, а может быть, и кровяные тельца.

Во всяком случае, он счел их возбудителями болезней и был уверен, что они переносятся мухами, которые садятся на больных и умирающих людей, а потом, загрязняя своими экскрементами пищу, заражают таким образом здорового человека.

Усовершенствование микроскопа позволило английскому ученому Роберту Гуку впервые использовать этот прибор для тонких научных исследований. Проводя наблюдения над строением растений, он с удивлением увидел в ткани древесной пробки правильные ячейки, названные им впоследствии клетками и изображенные в книге «Микрография» (1665). Эти работы положили начало теории клеточного строения живых организмов.

Но ни один из перечисленных ученых в свои несовершенные, слабо увеличивающие микроскопы не смог увидеть того, что удалось открыть их современнику, простому голландцу, заслужившему тем не менее титул отца микробиологии.