Взламывая биологию

Не было сомнений, что грязь, попавшая в рану после операции, приведет к болезни, и даже смертельной, но человек, объяснивший причины этого, не был ни врачом, ни химиком. В конце 1850-х гг. француза Луи Пастера попросили выяснить, почему вино и другие напитки иногда портятся в бочонках и бутылках. Пастер обнаружил, что это происходит из-за ферментации – в жидкости неизбежно присутствовали дрожжи и другие микроорганизмы. Более того, он доказал, что дрожжи – которые содержатся в фруктах – важны для изготовления вина и других алкогольных напитков. Без них виноградный сок вообще не превратится в вино. Находка противоречила принятой в то время теории о том, что дрожжи и другие микробы формируются самопроизвольно из неживого материала. Знаменитый опыт Пастера показал, что это не так. Ученый вскипятил бульон, чтобы убить все микроорганизмы и разлил его по колбам. Одни были греметично закупорены, в другие воздух мог поступать через горлышко, изогнутое, словно лебединая шея, а третьи оставались открытыми. Бульон в закупоренных колбах не испортился, а в открытых испортился через несколько дней. Сосуды с лебедиными шеями сохранили бульон значительно дольше. Пастер представил это как доказательство того, что причина всему – «микробы», которые переносятся по воздуху, а не возникают в самом бульоне. Им просто требуется больше времени, чтобы проникунть внутрь по искривленной трубке. Микробная теория Пастера имела значимые следствия: она показала, что именно микроорганизмы вызывают гниение и разложение, а не наоборот. Кроме того, всепроникающие микробы вскоре поставили во взамосвязь с инфекциями у людей и животных.

Патогенные организмы

В 1870-х гг. немецкий микробиолог Роберт Кох развил идеи Пастера, показав, что конкретное заболевание вызывают конкретные микробы. На агаре, желирующем агенте, получаемом из водорослей и богатом витаминами, он вырастил образцы бактерий, и это позволило ему выделить и изучить разные их виды. Кох определил, какие бактерии вызывают сибирскую язву (заболевание скота, влияющее и на людей), туберкулез и холеру. Организмы, вызывающие заболевания, сегодня называют патогенными. Патогенными могут быть бактерии, вирусы, микроскопические грибы и простейшие.

Копия сосуда с лебединой шеей, который использовал Пастер. Сегодня сосуд закупорен, а внутри осталось немного бульона.

Микробиология

Микробиология – это изучение микроскопических, обычно одноклеточных, организмов, в том числе бактерий и протистов.

Изучение микроорганизмов началось с изобретением микроскопа. С помощью этого нового инструмента в конце XVII в. Антони ван Левенгук смог разглядеть бактерии. Но отцом микробиологии тем не менее считается немецкий ученый Роберт Кох. В 1870-х гг. он продемонстрировал, какие именно микроорганизмы вызывают опасные заболевания.

Роберт Кох работает за своим микроскопом в начале 1900-х гг. Методика Коха для выделения причин инфекционных заболеваний используется и сегодня.

Две группы

Две наиболее важные группы, которые изучают микробиологи, – это одноклеточные бактерии и протисты. Клетка бактерии во много сотен раз меньше средней человеческой клетки. Многие бактерии живут внутри и снаружи тела человека. Считается, что на каждую человеческую клетку приходится 10 бактерий. Почти все они безобидны и даже полезны, но некоторые вызывают заболевания. Бактерии – прокариоты, то есть в их клетке нет ядра и других органелл. Обычно в клетках бактерий мембрану окружают прочные стенки, сохраняющие содержимое. У бактерий снаружи могут быть похожие на хвостики жгутики для перемещения и похожие на волоски отростки, называемые пилусами, которыми они держатся за другие клетки или за поверхность. Прокариоты археи внешне похожи на бактерии, но у них другое эволюционное наследие.

Чашку Петри изобрел Юлиус Петри. Впоследствии он разработал технику культивирования на агаре колонии бактерий из одной клетки. Этот метод лежит в основе бактериологии.

Эвглены – это протисты, берущие лучшее от двух миров. Оранжевые шарики используются для фотосинтеза, который снабжает клетку сахаром. Но эвглены – это и активные охотники, поглощающие и переваривающие любую пищу, какую находят.