Жизнь беспросветная

Он прожил очень долгую жизнь, сделал многое в области микробиологии, но помнят его в первую очередь как первооткрывателя хемосинтеза — способа производства бактериями органического вещества из неорганического без участия света.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Учение Виноградского о биосфере

В декабре 1896 года заведующему отделом общей микробиологии Императорского института экспериментальной медицины Сергею Виноградскому, как он выразился, «выпала честь занять беседой на научную тему членов и почетных гостей, почтивших это годичное собрание своим присутствием».

«Издавна вошло в обычай выбирать в подобных случаях темы более широкого, общенаучного интереса, отрешаясь на время от тех отдельных фактов повседневной лабораторной практики, которую мы, как натуралисты, призваны терпеливо и трезво наблюдать и изучать,— начал он свой доклад.— Следуя этому давнему академическому обычаю и, вместе, желая остаться на почве своей специальности — общей микробиологии, я решился сделать предметом своей беседы широкий общий очерк деятельности микробов на нашей планете». Но фактически он занял внимание коллег беседой о биосфере, сделав это не столь многословно, как потом то же самое делал Вернадский.

«Организованные существа черпают материалы для постройки своих тел из резервуара минеральной природы, где они находят нужные им углерод, азот, водород, кислород и элементы золы (минеральные вещества.— Прим. ред.),— рассказывал Виноградский.— Простая логика уже говорит нам, что если бы накопление углерода, азота и прочих элементов продолжалось бесконечно в одном направлении и не было бы процессов обратных, то запас этих веществ в конце концов истощился бы рано или поздно, как бы велик он ни был. …Итак, нам вполне ясна необходимость следующего вывода: без круговорота веществ немыслимо правильное и продолжительное существование организованного мира за счет запасов неорганического. В природе должны одновременно происходить две группы химических процессов: процессы создания органического вещества и процессы разрушения, синтез и анализ».

Далее он рассказал о том, что было известно ранее и что появилось в этой области человеческих знаний только сейчас: «Обращая взор наш на внешнюю природу и наблюдая явления жизни, мы сразу видим и понимаем роль и взаимоотношения царства растений и царства животных. Каждую весну голыми выходят поля из-под снега, покрываются потом обильной растительностью, и продуктами ее питаются люди и животные. Растения накопляют органическое вещество, заключаем мы, животные его разрушают, и заключение это плод самого бесхитростного наблюдения. …Для наших знаменитых авторов других факторов органической природы, кроме растений и животных, еще не существовало, и вот как авторы эти представляли себе вызванный жизнью круговорот веществ: “Все, что растения берут из воздуха, они отдают животным, животные же возвращают воздуху — вечный круг, в котором вращается жизнь, но где материя только меняет место”».

Фотосинтез был уже известен. В 1842 году Майер на основании закона сохранения энергии постулировал, что растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей, чуть позже этот процесс был назван фотосинтезом. Было также ясно, где именно в зеленых растениях происходит синтез органических веществ из атмосферного углекислого газа: хлорофиллы были выделены еще в 1818 году. А научный руководитель студента, а потом аспиранта Петербургского университета Виноградского завкафедрой ботаники профессор Фаминцын в 1860-х годах экспериментально доказал, что крахмал в тканях растений образуется и под светом керосиновых ламп.

«Схема эта уже более не подкупает нас своей простотой и изяществом, как она подкупала современников: слишком ощутительна для нас ее неполнота и недостаточность,— продолжал Виноградский.— Самое ядро вопроса, а именно, какими влияниями обусловливается процесс превращения отживших организмов и их частей в простейшие неорганические соединения, остается без ответа; опыт химической статики обходит его молчанием, как бы боясь приближаться к этой тогда еще темной области. Труды Пастера озарили ее ярким светом. La vie preside au travail de la mort dans toutes ses phases (“Жизнь направляет работу смерти во всех ее фазах”). Положение это, высказанное им в такой яркой форме, легло в основу нашей науки и определило направление наших исследований на столетия вперед. Как мы знаем теперь, великий естественный процесс превращения организованных веществ в неорганические соединения есть результат деятельности микробов».

И дальше Виноградский переходит к тому новому, чего ранее ученые не знали, а узнали благодаря его исследованиям. «В нашем очерке свойств микробов как деятелей круговорота веществ мы поставили на первый план способность микробов разрушать органические вещества. Но роль их далеко этим не исчерпывается, и мы сейчас приведем несколько интересных групп микробов, по функции своей глубоко отличающихся от большинства собратий. Примем, что органическая материя распалась вполне. Весь углерод выделился в виде углекислоты, которая рассеялась в атмосфере, весь азот — в виде аммиака, которого большая часть осталась в почве. Разрушать больше нечего. Но вот тут-то и выступают те специфические микробы, о которых мы только что упомянули. …Всем известно теперь, что опять-таки деятельностью специфических микробов инертный атмосферный азот переводится в связанное состояние и тем вовлекается в общий круговорот. И мы обращаем особое внимание на тот факт, что эти новые микробы служат природе уже не посредством процессов анализа, как обыкновенно, а посредством процессов синтеза».

Потом этих микробов в отличие от зеленых растений (фототрофов) назвали хемотрофами, Они вместе с автотрофами в биосфере — продуценты, а все остальные организмы, включая нас с вами, редуценты. Они производят, мы потребляем. Пока они живы, живем и мы. «В такой связи явлений вся живая материя восстает 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 все заимствованное назад мертвой природе» — этими словами завершил в декабре 1896 года свою беседу о биосфере Виноградский.

Дети банкира

Так уж получилось, что в результате, казалось бы, случайных обстоятельств Виноградский открыл явление хемосинтеза в самом начале своей научной карьеры. Он родился в Киеве в семье крупного землевладельца Подольской губернии, а когда он заканчивал гимназию, его отец стал одним из учредителей и директором Киевского земельного банка, одного из десяти акционерных земельных банков Российской империи, учрежденных в 1871–1873 годах в ходе реформ Александра II и поделивших между собой всю ее территорию.

Учредителями Киевского земельного банка были землевладелец Киевской и Подольской губерний, шталмейстер двора Его Императорского Величества князь Кочубей; землевладелец Киевской и Полтавской губерний, гофмейстер двора Селецкий; землевладельцы Киевской губернии князь Кудашев и Тарновский и землевладелец Подольской губернии Виноградский. Киевский банк осуществлял как долгосрочное, так и краткосрочное кредитование под залог земли и городской недвижимости на территории Киевской, Черниговской, Подольской и Волынской губерний.

Будущую профессию своим сыновьям их отец выбрал понятно какую. Сначала на юридический факультет Киевского университета поступил его первенец Александр. Он был на три года старше Сергея. В 1876 году Александр Виноградский окончил юрфак, но в том же году их отец умер, и, хотя Александр успел поступить на службу в Министерство финансов, он занялся тем, что считал своим призванием в жизни,— музыкой. Не бросая госслужбы, он одновременно учился по классу фортепиано в Московской консерватории у Рубинштейна, а затем теории композиции в Петербургской консерватории у Соловьева, некоторое время занимался под руководством Балакирева.

Свою музыкальную карьеру начал в Саратове, куда был командирован в качестве временного заведующего делами Саратовско-Симбирского земельного банка. Был там дирижером симфонических концертов Саратовского отделения Русского музыкального общества (РМО), из личных средств оплачивая приглашение музыкантов из других городов. Потом вернулся в Киев, где занимал должность члена правления Киевского земельного банка и состоял в дирекции нескольких сахарных заводов. А попутно стал бессменным дирижером симфонических концертов Киевского отделения РМО, приглашая за собственный счет к участию в концертах Шаляпина, Чайковского, Рахманинова. Сам стал ездить на гастроли по стране и за границу. В то самое время, когда его младший брат Сергей рассказывал на общем собрании Императорского института экспериментальной медицины о роли хемосинтеза в биосфере, он дирижировал на симфоническом концерте в честь приезда императора Николая II в Киев.

Фортепьяно и бактерии

Неудивительно, что, глядя на брата, Сергей Виноградский, который против воли отца не отучился и месяца на юридическом факультете в Киевском университете, перейдя на его естественно-математическое отделение, потом бросил и его и уехал в Петербургскую консерваторию учиться по классу фортепьяно. Такая уж музыкальная семья у них была. Однако по завершении музыкального образования в консерватории Сергей Виноградский в 1877 году поступил на второй курс естественного отделения физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета. По его окончании в 1881 году был оставлен для «приготовления к профессорскому званию». К слову сказать, в том же 1881 году он прошел обязательную тогда для выпускников университета трехмесячную военную службу вольноопределяющимся и успел постоять в почетном карауле у гроба убитого народовольцами Александра II.

Еще в университете студент Виноградский выбрал себе в качестве своей будущей научной специальности микробиологию, а научным руководителем — профессора Андрея Сергеевича Фаминцына, ею же он занимался и в период «приготовления к профессорскому званию» (аналог современной аспирантуры). Возможно, на выбор Виноградского повлияли наделавшие тогда много шума работы Пастера. Но не менее вероятно, что свою роль тут сыграла музыка. Сергей Виноградский пришел в университет из консерватории, где преподавал младший брат микробиолога Фаминцына профессор музыки Александр Фаминцын, он же секретарь главной дирекции Императорского русского музыкального общества.

Трудно поверить, что братья Фаминцыны никогда не обсуждали между собой своего необычного студента, бросающегося из крайности в крайность. Так что, вполне вероятно, не студент Виноградский выбрал себе в наставники профессора Фаминцына, а все было ровно наоборот: профессор-микробиолог Фаминцын взял его под свою опеку, чтобы наставить на путь истинный в науке. В пользу этого говорит и то, что после защиты магистерской диссертации Виноградский отправился на постдоковскую, как сказали бы сейчас, стажировку в Страсбург в лабораторию Антона де Бари, у которого 25 лет назад стажировался сам Фаминцын. Впрочем, у де Бари стажировался и сам Пастер.

Открытие хемосинтеза

В Страсбурге Виноградский проработал с 1885 по 1890 год, и первым делом он здесь занялся серо-железобактериями. В работе «О серобактериях» (1887) он описал микробов, способных окислять неорганические соединения и использовать образующуюся при этом энергию на усвоение углекислоты, содержащейся в воздухе, что объясняло развитие этих микроорганизмов в средах, не содержащих органических веществ. Ранее считалось, что бактерии могут питаться только органическими веществами. Далее последовало открытие хемосинтеза у нитрифицирующих бактерий, которые тоже не нуждались в органических веществах, а сами их производили. Эти организмы, получающие энергию для жизни за счет окисления сероводорода и аммония, то есть неорганических соединений, тоже были хемосинтетиками.

Если шеф Виноградского профессор Фаминцын показал, что для фотосинтезирующих растений довольно даже искусственного света, то его ученик нашел первичных производителей органического вещества, для которых свет вообще не нужен. Картина круговорота веществ в биосфере стала полной. А Виноградский стал европейски известным ученым. В своей области, разумеется. Его знаменитость, о которой много пишут в современных учебниках и энциклопедиях, конечно же, сильное преувеличение. Это сейчас все настолько повернуты на экологии, что знаменитостями у нас становятся даже такие авторитеты, как Грета Тунберг. Тогда же это было не более чем интересное открытие одного из «охотников за микробами», использовать которое можно было в агробиологии и даже, как казалось настоящей знаменитости того времени Пастеру, в медицине, поэтому от него последовало приглашение Виноградскому переехать на работу к нему в Париж.

Возвращение домой и эмиграция

Виноградский работал тогда в Цюрихе, куда в 1888 году переехал из Страсбурга после смерти де Бари. Работа как источник зарплаты едва ли его интересовала, он унаследовал от отца довольно большие земельные угодья с налаженным там сельхозпроизводством и пакет акций Киевского земельного банка, за которым присматривал его старший брат. Так что он мог ехать куда хотел и делать то, что хотел.

Он захотел вернуться в Санкт-Петербург, где его ждали степень доктора ботаники, присвоенная ему без защиты диссертации, заведование отделом общей микробиологии в Институте экспериментальной медицины, звание члена-корреспондента Российской академии наук и заботы по организации Русского микробиологического общества. Но все это как отрезало после Русско-японской войны и последовавшей за этим первой русской революции 1905 года.

Виноградский переложил все свои научно-административные обязанности на заместителей и удалился в свое имение в Подольской губернии. Сам он потом назвал этот отрезок своей жизни «годами скрытой жизни ученого». В начале 1920 года, незадолго до занятия Одессы войсками атамана Григорьева, он на французском судне навсегда покинул Россию. В Европе он вспомнил про старое приглашение Пастера. Тот давно уже умер, но в Пастеровский институт в Париже Виноградского приняли без вопросов. Какое могли быть вопросы к почетному члену Французской академии наук с 1902 года. В Пастеровском институте он заведовал агробиологическим отделом. Очень долго заведовал — с 1922 года до своей смерти в 1953 году в возрасте 96 лет.

Интересно, что в том же 1922 году, в декабре месяце, он был избран почетным членом Российской академии наук и остался таковым в АН СССР. Случай действительно уникальный — «белогвардейский академик», да еще почетный, в советской академии наук! Но объяснимый. Тут не было никакой фронды со стороны «старорежимных академиков». Первичной партийной организации в академии, которая следила за такими делами, тогда еще не было, она появилась там только в 1928 году, а дефицит толковых ученых был налицо. Вероятно, это был сигнал Виноградскому, что он может вернуться на родину и заниматься тут наукой. Тогда многие возвращались, из известных — генерал Слащев в 1921 году и Алексей Толстой в 1923 году.

Остается, наверное, сказать, что за век с лишним наших знаний о хемосинтезе прибавилось. В 1970-е годы на дне океана были обнаружены так называемые черные курильщики — выходы геотермальных вод со взвесями сульфидов металлов. В их зоне хемосинтезирующие бактерии служат основой оазисов жизни в беспросветной тьме для 500 описанных на сегодня видов простейших, медуз, червей (в том числе гигантских), моллюсков, ракообразных. Наведываются в эти необычные биоценозы подкормиться их населением и пришлые редуценты — глубоководные хищные рыбы с подходящим случаю названием «адские церберы» и осьминоги.

Ася Петухова