Все эти представления были опровергнуты Пастером при помощи блестяще поставленных точных опытов. Пастер заявил, что каждое бурное превращение веществ, называемое брожением, представляет собой результат работы одного определенного микроорганизма.
Никакие разложения или колебания частиц белковых и других веществ здесь не при чем. Очень сильное впечатление произвело молочнокислое брожение без участия молока, произведенное Пастером в искусственных условиях. Он взял чистый раствор сахара, прибавил к нему небольшое количество азотистого вещества и солей, необходимых для развития микробов, тщательно прокипятил смесь, чтобы убить в ней все живое, и внес в нее невесомое количество жидкости, в которой происходило молочнокислое брожение; столько, сколько ее пристанет к предварительно прокаленной, а затем погруженной в бродящее молоко тонкой платиновой проволоке. Раствор сахара стал быстро превращаться в раствор молочной кислоты, хотя в жидкости не было никаких белковых веществ, а одновременно на дне сосуда начал накопляться какой-то осадок. Он был исследован по окончании брожения и оказался состоящим из мельчайших живых существ однородного вида (рис. 16). Это была неизвестная до того бактерия молочнокислого брожения, виновница всего процесса скисания молока. В настоящее время мы знаем уже несколько разных сортов этой бактерии и применяем их для лечебных и технических целей сообразно с их особенностями.
Итак, обнаружилось, что сахар переходит в молочную кислоту при всяких условиях, только бы были на лицо бактерии молочнокислого брожения. Наоборот, в отсутствии бактерий никогда не происходило брожения, хотя бы в жидкости находилось большое количество белковых веществ из молока или из других питательных материалов.
Здесь мы присутствуем при чисто поставленном научном опыте и видим, как ясно и определенно отвечает природа даже на трудные вопросы, когда вопросы эти заданы правильно: «Может ли быть брожение в отсутствии белковых веществ». Ответ: «Может». «А может ли быть брожение в отсутствии специального микроба?» Ответ такой же определенный: «Никогда не может». Вывод отсюда ясен: белковые вещества брожения не вызывают, а происходит оно только как жизненный акт определенного микроорганизма.
Совершенно такие же приемы были применены Пастером к спиртовому и уксуснокислому брожениям и дали точно такие же результаты. Оказалось, что при спиртовом брожении дрожжи не разлагаются, а напротив, нарастают с огромной быстротой, самое же брожение может происходить с большой энергией при полном отсутствии белковых веществ, если только внести в раствор сахара ничтожное невесомое количество дрожжей и предоставить им азотистое вещество, в виде аммиака, а также некоторые необходимые для их жизни минеральные соли. Спиртовое брожение производят только дрожжи, которые при этом сильно нарастают и быстро размножаются; простые белковые вещества вызвать брожения не в состоянии.
При уксуснокислом брожении древесные стружки оказались сами по себе бессильными произвести превращение спирта в уксус. Виновницей этого химического процесса является бактерия уксуснокислого брожения, всегда населяющая стружки и впервые открытая Пастером.
Но раз брожения оказались жизненными актами мельчайших существ, естественно задать себе вопрос, какой смысл этих процессов для самих микробов. И этот вопрос был разъяснен Пастером в его знаменитой формуле: «Брожение есть жизнь без кислорода». Все живые существа можно уподобить сложной фабрике, если сравнить действия отдельных органов и частей тела с работой различных машин и станков. Как и на фабрике в организме потребляется разнообразный материал и из него строятся различные новые продукты. Чем же приводятся в движение машины и станки живой фабрики? Двигателем на стоящей фабрики является теплота сжигания топлива; оно же питает и работу живого существа, но топливом его служит съедаемая пища, а сжигание ее происходит во время дыхания. Химическая сторона сжигания топлива в топке фабрики и сжигания пищи в теле живого существа вполне однородна; она заключается в том, что находящийся в воздухе газ-кислород соединяется с различными составными веществами пищи или топлива и превращает их в углекислый газ и водяной пар, причем выделяется много тепла. Только ради этого тепла и имеет значение дыхание для живого существа; если бы энергию можно было бы получить каким-нибудь иным путем, то дыхание перестало бы быть необходимым. И вот, брожения заменяют собой дыхание, потому что при них всегда выделяется тепло. Организм, производящий брожение, может жить без доступа воздуха, то есть в таких местах, куда не могут проникнуть нормально дышащие живые существа и где по этому меньше конкуренции, меньше борьбы за существование. Даже и при доступе воздуха, организм, получающий свою жизненную энергию от брожения, часто вследствие этого свободен от конкуренции других животных и растений, оспаривающих друг у друга необходимый для дыхания материал. Микроорганизмы, обладающие способностью жить без доступа воздуха насчет различных брожений, называются анаэробами; до какой степени далеко заходит иногда природа на этом пути, видно из того, что существуют, открытые опять-таки Пастером, микробы, только и могущие жить без воздуха, который является для них, следовательно, сильным ядом. Таковы бактерии маслянокислого брожения, образующие из различных материалов, посредством таинственных пока химических процессов, масляную кислоту и пользующиеся теплом, которое выделяется при этом превращении веществ. Эти странные создания, для которых воздух сильно ядовит, называются облигатными анаэробами. Они размножаются в неимоверных количествах на дне болот, стоячих вод и заболоченных почвах, куда не проникает воздух, и производят там массовые разложения органического вещества.
Почему же всего этого не замечали раньше? — невольно хочется спросить, ознакомившись с работами Пастера, в которых все кажется так просто и очевидно. Только потому, что не искали микробов, вызывающих брожение, потому что работали ощупью, не имея определенной идеи для постановки опытов. Так, например, молочнокислых бактерий не могли заметить, когда молочнокислое брожение происходило в мутном молоке, при изобилии кусочков творога, слизи и случайно попавших в жидкость других микробов. Но задавшись специальной целью разыскать и выделить микроба молочнокислого брожения, Пастер нарочно стал производить брожение в прозрачном растворе чистого сахара, и притом убив кипячением всех случайных микробов, которые могли оказаться в жидкости; доступ же зародышам новых организмов был прегражден посредством простых приспособлений, о которых еще будет речь впереди. Великий поэт Гете говорит в своем «Фаусте»:
«Увы, чего не мог постигнуть духом ты,
Не объяснить тебе винтом и рычагами».
Но из этого не следует, что сделанная заранее догадка непременно должна быть правильной. Как ни странно, но она может быть ошибочна, и в этом нет ничего опасного: опыт, непогрешимый в искусных руках, источник истины, исправит все ошибки человеческого ума и непременно приведет к конечной цели, но необходимо во что бы то ни стало иметь стройную последовательную идею для постановки опытов. Только такие научные теории представляют для нас ценность, из которых вытекает необходимость производства точных опытов. Это так называемые «рабочие теории». В них мы дорожим не столько их абсолютной правильностью, сколько их пригодностью как руководящих идей для научной работы в живой природе или в лаборатории, потому что «теории гибнут, а факты остаются». В самом деле, представим себе на минуту, что руководящая идея Пастера была неправильна, что в действительности брожение вызывается не микробами, а разлагающимися белковыми веществами. На основании неправильной, но стройной руководящей идеи великий химик поставил бы те самые опыты, о которых у нас шла речь, а так как мастерство Пастера в постановке опытов было очень велико, то и результаты получились бы совершенно ясные и определенные, только обратные тем, которые оказались на деле. Обнаружилось бы, что в отсутствии микробов брожение возможно, но в отсутствии разлагающихся белковых веществ оно никогда не происходит. Истина и в этом случае восторжествовала бы. На деле, мы имеем в истории науки целый ряд таких случаев, когда неправильные, но «рабочие» теории вели к раскрытию важных истин.
Велико было торжество научного творчества, когда удалось прямыми опытами не только произвести разные брожения в чистом виде, без посторонних микробов и не имеющих прямого отношения к делу веществ, но также разъяснить смысл брожений, доказав, что микробы, производящие брожения, могут жить без доступа воздуха и вовсе не дышать. Пастер вырастил значительное количество дрожжей в отсутствии воздуха и, таким образом, подчеркнул значение брожения, как источника жизненной энергии.
Благодаря этим работам первый луч света озарил темные стороны жизни и выяснилось значение мельчайших созданий; вместо первоначального хаотического беспорядка научное исследование открыло нам строгую специализацию микробов; каждый из них представляется необычайно искусным, но весьма узким специалистом-химиком: он производит такие превращения веществ, до которых человек все еще не додумался, несмотря на успехи современной химии, но за то он может произвести только одно именно ему свойственное брожение. В то же время некоторые микробы, производящие брожения, находятся в такой связи между собой, как рабочие одной фабрики, из которых часто один доводит производство до определенной ступени, а другой продолжает дело именно с этой ступени. Так, например, дрожжи готовят из сахара спирт и на этом останавливаются; спирта они дальше разрушать не могут; мало того, при накоплении известного процента спирта все брожение останавливается. Для дрожжей спирт является ненужным отбросом, но он то и нужен бактериям уксуснокислого брожения, которые из спирта готовят уксусную кислоту и в то же время освобождают дрожжи от стесняющего их работу вещества. Молочнокислые бактерии превращают сахар в молочную кислоту и на этом их работа заканчивается. Но молочная кислота подхватывается бактериями маслянокислого брожения и перерабатывается в масляную кислоту.