Год 1964-й

Уже на следующий день только что рассказанную историю я вспомнил с улыбкой. Ну куда не залетишь в пылу спора! Можно даже оказаться на ОВЗ. Хотя в общем-то, если во всем разобраться серьезно, особой фантастики и не было.

Сейчас твердо доказано, что воздух не только смесь газов кислорода, азота, водорода и так далее, но он насыщен еще и многими сложными по своему химическому строению веществами, в том числе витаминами, вырабатываемыми почвенной микрофлорой.

Еще в 1950 году академик Николай Григорьевич Холодный показал экспериментально, что переносимые воздухом витамины усваиваются микроорганизмами, которые в них нуждаются. Несколько позже на примере витамина В₁₂, используя метод меченых атомов, это подтвердил и другой советский ученый, Максим Николаевич Мейсель. Так что витаминособиратели в природе существуют.

Не выдуман и краснодарский механик Кирлиан, открывший новый способ фотографирования при помощи токов высокой частоты. Семен Давыдович выпустил книгу, где рассказано о взаимодействии токов высокой частоты с биологическими объектами и удивительных энергетических картинах, возникающих при этом.

Фотографии листов с "факелами" излучения лежат у меня на столе. Но вот высокочастотный полувакуумный стереоскопический микроскоп еще не создан, хотя принципиальная схема такого прибора существует и желающие могут познакомиться с ней в Патентной библиотеке.

Давно созданы гистологические комбайны и информационные машины типа "Гения", а биохимические и микробиологические автоматы, несомненно, со временем будут построены.

Если же говорить о самом ОВЗ, то, как бы невероятно это сейчас ни выглядело, я верю, что в будущем человечество научится использовать огромные питательные ресурсы воздушного океана, которые постоянно пополняют почвенные микробы.

Что касается возможности зарождения новых организмов в наше время, то проблема эта очень сложна, и здесь взгляды исследователей расходятся.

Однако среди различных точек зрения есть и такая, по которой зарождение первичного белка предполагается возможным, но считается, что он уничтожается уже существующими микроорганизмами.

Некоторые же ученые, например профессор Анатолий Александрович Смородинцев, полагают, "что и сейчас в природе существуют древние формы свободно живущих неклеточных организмов - предки современных вирусов и клеточных микробов".

Вот, собственно, и все. Как говорится, осталось только поставить точку. Так бы я, наверно, и сделал, если бы очерк писался каких-нибудь полгода назад. Но жизнь идет вперед, а наука в своем развитии иногда делает такие повороты, которые не в силах предугадать не только писатели-фантасты, но и даже специалисты.

Методы исследования

Чаще всего это случается тогда, когда ученые в результате технических открытий получают в свои руки новые методы исследования. Так, Левенгук, применив микроскоп для изучения живой природы, открыл мир микробов, о существовании которого никто в те времена и не подозревал.

Однако на этот раз все произошло несколько по-иному.

Двое московских ученых - микробиолог-почвовед Денис Иванович Никитин и специалист по электронной микроскопий вирусолог Стефан Борисович Стефанов в отличие от Левенгука пользовались в своей работе инструментом, теперь уже довольно распространенным и сравнительно хорошо освоенным биологами, - обычным электронным микроскопом, и тем не менее... Но сначала все-таки несколько слов о самом электронном микроскопе.

Как известно, самые малые предметы, различаемые человеческим глазом, имеют размер около 0,2 миллиметра. Для наблюдения более мелких частиц обычно прибегают к оптическим системам, позволяющим получить увеличенные изображения. Наиболее совершенные из них - световые микроскопы - дают возможность наблюдать структуры, которые в 2 тысячи раз меньше предметов, различимых невооруженным глазом. Спрашивается: можно ли при световой микроскопии добиться больших увеличений? Оказывается, можно. Но бесполезно. Бесполезно потому, что при этом не становятся видимыми какие-либо новые, более мелкие детали рассматриваемых объектов, а изменяется лишь масштаб изображения. Другими словами, разрешающая способность остается такой же, что и у системы с увеличением в 2 тысячи раз. Никакие технические усовершенствования тут не помогут, так как разрешающая способность микроскопов ограничивается самой природой света, длиной световой волны. При -идеальных условиях самые лучшие оптические микроскопы позволяют наблюдать частицы размером около одной трети световой волны.

Для видимого света с длинами волн от 0,4 до 0,7 микрона это соответствует объектам размером не менее 0,2 микрона; для более коротких невидимых ультрафиолетовых лучей - объектам в 0,1 микрона.

Отсюда ясно, почему дальнейшее проникновение в мир малых объектов недоступно самым совершенным световым микроскопам. Ясно и другое, что в приборах, которые могут позволить рассмотреть более мелкие объекты, недоступные для обычного микроскопа, следует использовать лучи не световые, а какой-то иной природы, имеющие меньшую длину волны.

Таким прибором и является электронный микроскоп. В нем изображение исследуемых объектов получается с помощью электронных лучей. Длина волны пучка электронов в условиях безвоздушного пространства - вакуума - оказывается в 100 тысяч раз более короткой, чем длина волн видимого света. В остальном же принципиальная схема электронного микроскопа не отличается от схемы микроскопа светового. Но здесь вместо оптических линз установлены особые, так называемые магнитные и электромагнитные линзы. Кроме того, электроны в этом микроскопе движутся в пустоте (вакууме), а изображение исследуемых объектов получается на специальном экране, почти таком же, как экран телевизора. Современные электронные микроскопы дают полезное увеличение более 100 тысяч раз, и с их помощью можно увидеть даже отдельные крупные молекулы.

Электронная микроскопия биологических объектов

Первый электронный микроскоп был сконструирован в 1932 году. Сделали это немецкие ученые Кнолл и Руски. Прошло всего семь лет, и в печати появились работы, в которых рассказывалось об исследованиях, проведенных при помощи электронного микроскопа. Освоение чудесного и загадочного мира ультрамалых объектов началось. Человеческий гений проник еще в одну область неизвестного. Однако впереди ученых ждали не только новые замечательные открытия и разгадки тайн природы, но и новые трудности, разочарования и поражения.

Особенно тяжело пришлось биологам. Прошло довольно много времени, прежде чем электронный микроскоп вошел в их лаборатории. Можно сказать, что только теперь биологи начинают со всей полнотой использовать этот прибор. В сотнях лабораторий, с необыкновенным упорством преодолевая бесконечные методические трудности и неудачи, под стук вакуумных насосов ученые создают новую главу биологии, главу, которая уже имеет свое название - электронная микроскопия биологических объектов.

Непосвященному человеку может показаться, что дело это не особо сложное, - ведь на помощь биологам пришел электронный микроскоп. Возьмите теперь любой микроорганизм, поместите в микроскоп и рассматривайте его строение вплоть до отдельных молекул. Тем более что лучшие марки электронных микроскопов дают возможность не только видеть отдельные крупные молекулы, но позволяют различать даже некоторые детали их строения. Так или примерно так может рассуждать человек, мало знакомый с электронной микроскопией. Но в действительности все обстоит значительно сложнее.

Допустим, мы взяли амеб. Обработали их специальными веществами (фиксаторами), которые убили клетки, но сохранили при этом их прижизненное строение.

Дальше следует длинный ряд всяческих манипуляций и ухищрений, в результате которых клетки, наконец, оказываются нанесенными на специальную сеточку с очень маленькими (100 микрон) ячейками.

Приготовленный таким путем препарат помещаем в электронный микроскоп.

Включаем вакуумные насосы и следим за приборами. Движение стрелки показывает, как создается в колонне микроскопа вакуум. Частички воздуха убираются с пути следования электронов. Но вот вакуум есть. Включаем электронную пушку (так называется та часть микроскопа, где помещается вольфрамовая нить, дающая под действием сильного тока пучок электронов).

Микроскоп работает, его экран светится, и на нем хорошо видно мутно-черное расплывшееся пятно неправильной формы, закрывающее почти все поле зрения. Что же это за пятно?

Как это ни печально, но мы видим клетку, ту самую амебу, детали строения которой так хотелось рассмотреть. Но о каких деталях строения здесь можно говорить, когда нельзя даже различить ядра клетки? Темное пятно! Мрак! Вот все, что мы видим. Клетка оказывается непроницаемой для электронного пучка. Она для этого слишком толста. "Позвольте, - скажете вы, - ведь ее толщина всего несколько микрон". Да, действительно, несколько микрон, всего несколько тысячных долей миллиметра, но для электронов это непреодолимая стена. Стена, поглощающая все электроны и, значит, не прозрачная для электронного пучка. Рассмотреть строение целой клетки в электронный микроскоп не удается. Нужно сделать отдельные срезы, разрезать амебу на тоненькие, прозрачные ломтики, причем толщина таких срезов должна быть 3000-4000 ангстрем, то есть составлять сотые доли микрона. Только в этом случае можно надеяться рассмотреть клеточные структуры и детали их строения.

Но когда мы имеем дело с такими мелкими существами, как вирусы, размеры которых обычно лежат за гранью разрешающей способности светового микроскопа, то их резать нет никакой необходимости: электронный микроскоп позволяет изучать вирусы в целом виде.

Стефан Борисович Стефанов работал с вирусами. Однако его не совсем удовлетворяла общепринятая методика электронно-микроскопического изучения этих объектов. Вирусы приходилось выделять из их среды обитания, очищать, фильтровать, и только в таком рафинированном виде они попадали в электронный микроскоп. Ученому же хотелось изучить вирусы в их естественной обстановке, как выражаются биологи, в нативном состоянии. Оригинальная методика, дающая такую возможность, и была разработана Стефановым несколько лет назад. Работа с вирусами двинулась вперед, и увлеченный исследователь меньше всего думал о почвенной микрофлоре. Уж слишком далеко в стороне от сферы его научных интересов находилась эта область микробиологии.

Выделение вирусов из среды

Но в то же время в той же Москве другой исследователь горел страстным желанием изучить под электронным микроскопом микробное население почвы. Не устраивали Дениса Ивановича Никитина и общепринятые подходы.

Выделить из почвы или воды отдельные виды микроорганизмов и изучить их строение под электронным микроскопом - дело в конце концов не такое уж сложное.

Но не это было нужно Никитину.

Его интересовала почва в ее естественном состоянии, со всем, что там есть. Вот взять из природы кусочек микромира и рассмотреть с увеличением в десятки тысяч раз. Разве это не заманчиво?!

Но тут на пути встали многие технические трудности.

Приготовить препарат для электронной микроскопии, как известно, вообще не легко, даже когда имеешь дело с простыми и заранее очищенными объектами. Здесь же речь шла о таком сложном конгломерате, как почва. В общем преодолеть методические затруднения Никитину не удавалось, несмотря на многие попытки.

Попробовать же искать решение поставленной задачи среди методов, применяемых в вирусологии, ему просто не приходило в голову. Слишком далек был Денис Иванович от этой науки.

Дело решил случай. Как-то Стефанов и Никитин встретились в одном из коридоров биоотделения Академии наук и разговорились. Один поделился своими неудачами, другой посоветовал, что предпринять.

Решили попробовать вместе.

Так родился творческий дуэт, в котором голоса столь удачно дополняли друг друга, а каждый исполнитель так хорошо знал свою партию, что результаты не замедлили сказаться. И результаты поразительные.

...С напряженным вниманием гляжу в боковое смотровое окошко электронного микроскопа. Центральное, как его называют, операторское, окно в распоряжении Стефана Борисовича. Он сидит за пультом микроскопа и, работая штангами препаратоводителя, медленно перемещает в поле зрения сеточку с препаратом. Мы просматриваем ячейку за ячейкой, однако пока ничего интересного нет. Но вот, наконец...

Перед нашими глазами на экране располагается целая россыпь каких-то странных существ. Представьте себе очень нежные и тонкие диски совершенно правильной круглой формы. Строго к центру каждого диска прикреплена довольна длинная, постепенно заостряющаяся к концу трубочка. Хорошо видны ее стенки и внутренняя полость, местами забитая чем-то темным.

Размеры этого ажурного существа меньше микрона, и, конечно, рассмотреть его строение в обычный световой микроскоп едва ли возможно.

- Кто это? - спрашиваю я Стефана Борисовича.

- У нас их называют "зонтики", - отвечает он с улыбкой. - Тут такое многообразие форм, что у нас в лаборатории за каждое удачное название выдается премия - шоколадка.

'Зонтики'

Вскоре недалеко от "зонтиков" нам попалось целое поселение "гитар": это тоже что-то вроде "зонтиков", только их диски по форме действительно похожи на гитары, а ножки-трубочки длиннее и немного толще.

Видели мы и уже совсем странные "граммофончики" - трубочки с обязательной, четко выраженной тарелкой-присоской на одном конце и широким раструбом из пяти правильных лепестков на другом. Здесь же присутствовали и "гвоздики", напоминавшие при большом увеличении пионерский горн без ручки.

Внутри их просматривалось зернистое содержимое. И весь этот богатый улов нам дал один препарат, на котором была зафиксирована всего лишь микроскопическая капелька воды из Москвы-реки.

- Интересно, сколько еще таких же существ, которых в обычный микроскоп не могли, а в электронный еще не успели рассмотреть, обитает в водоемах? - подумал я вслух.

Но Стефан Борисович очень осторожен в выводах.

- Почему именно существ? - возразил он. - Еще надо доказать, что они живые. Конечно, ясно, что это не скопление каких-то кристаллов и не растворы неорганических коллоидов. Но почему бы не допустить, что это не самостоятельные организмы, а останки, так сказать, осколки обычных живущих в воде микроорганизмов? Ну, например, "зонтики" - это реснички погибших инфузорий, а "гитары" - жгутики каких-то жгутиконосцев?

Конечно, допустить можно все. Но уж слишком натянутым представляется такое допущение. Уж больно хорошо приспособлены "зонтики" и "гитары" к тому, чтобы находиться в воде во взвешенном состоянии. К чему это мертвым ресничкам и жгутикам? А вот на одной фотографии хорошо видна пара "зонтиков", наполовину слившихся своими шляпками и концами ножек. А может, это не слияние, а, наоборот, деление - способ размножения, широко распространенный в микромире? К тому же замечено, что количество "зонтиков" в воде иногда вдруг значительно возрастает!

А как быть с "гвоздиками", "граммофончиками"?

Трудно как-то поверить, что всегда одинаково устроенные ультрамикроскопические стебельки с присоской на одном конце и нежными лепестками на другом не самостоятельные целостные организмы, а части микробных трупов.

А почему бы не представить, что, прикрепившись своей подошвой-присоской к чему-то крупному (может быть, к какому-нибудь другому микроорганизму), и существует удивительный "граммофончик", нагнетая внутрь стебелька воду, которая в естественных водоемах всегда насыщена органическими веществами?

Кстати, "граммофончики" на препаратах встречаются довольно часто. И хотя все они имеют одинаковое строение, стебельки у них разных размеров. А не растут ли они? Впрочем, на эти вопросы ответы даст будущее.

Изучение субмикроскопической водной микрофлоры лишь только начато.

И я уверен, что пройдет какое-то время, и многие из этих "граммофончиков", "зонтиков", "гвоздиков", "гитар" и т. д. займут место в ряду живых существ, сменив свои прозаические названия на мудреную и звучную латынь.

Не менее удивительные вещи ожидали исследователей и при изучении препаратов микрофлоры почвы. Вот фотографии. В электронной микроскопии это хотя и единственные, но неопровержимые документы - ведь фотографирует сам электронный микроскоп. Здесь вы не можете изменить ракурс, убрать задний план, снять с насадочными кольцами или сделать какой-нибудь другой фотофокус. Тут просто экран отводится в сторону, и все, что вы видели в нем секунду назад, оказывается запечатленным на расположенной внизу фотопластинке.

Фотографий микроскопических препаратов почвы у Никитина и Стефанова многие сотни. Существа, найденные исследователями в почве, зачастую во много раз мельче тех, что наблюдались в воде. Рассмотреть их можно лишь с увеличением в 60 или даже в 100 тысяч раз. Это так называемые "халы", "четки" и "спирали". Кстати, в одном случае удалось видеть существо размерами немногим больше вируса, а формой напоминающее крестик.

И опять тот же вопрос: существа ли это? Авторы предпочитают сомневаться. Но вот другая группа организмов, назовем их пока субмикроскопическими инфузориями, едва ли может вызвать сомнение в своей принадлежности к живой природе даже у самого строгого критика.

Попробуем их описать.

Увеличение в 32 тысячи раз.

Хорошо видно овальное студенистое тело с расходящимися во все стороны выростами - трубочками. На конце трубочек четко выражены валики - утолщения. Это присоски.

Спросите любого протистолога (специалиста по простейшим), и он, взглянув на фотографию, не задумываясь, скажет, что это суктория. По-видимому, так оно и есть.

Фотография

Подкласс суктория (сосущие инфузории) характеризуется именно наличием у его представителей вот таких трубочек с присосками.

Однако эту сукторию никто из протистологов никогда раньше не видал, да и не мог увидеть. Ее размеры - десятые доли микрона, и в световом микроскопе она в лучшем случае будет выглядеть в виде едва заметной точки. Но в коллекции Стефанова и Никитина такие экземпляры, наоборот, считаются крупными, поскольку другие - карлики даже среди существ микромира.

Вот один из них. Его более короткие и толстые, по сравнению с предыдущим видом, трубочки-присоски прильнули к телу бактерии, которая при таком огромном увеличении (в 100 тысяч раз) выглядит великаном. У субмикроскопической инфузории отлично видно строение тела. Четко обозначенная оболочка охватывает выросты-присоски и, загибаясь внутрь, выстилает их внутренний канал. Смотришь - и не веришь глазам!

Неужели в природе существуют инфузории, уступающие во много раз по своим размерам бактериям! Но электронномикроскопическая фотография - документ неоспоримый.

Еще одна фотография. Увеличение в 120 тысяч раз. Здесь микросуктория располагается, уперев несколько своих присосков в тело нитчатых бактерий. Ножек-трубочек у этого вида микросукторий нет. Присоски располагаются прямо на теле, однако устроены они намного более сложно, чем у других видов. Нет, конечно же, это живое существо!

Наблюдаемое Никитиным и Стефановым в почве разнообразие субмикроскопических сукторий очень велико. Количество ножек-трубочек колеблется у этих существ от 2 до 17. Различна у разных видов и длина трубочек. Неодинаковы, как мы видели, и размеры самих сукторий.

В общем в почве, как и в воде, исследователям открылся целый мир дотоле неведомых науке существ, скрытых природой за грань разрешающей способности светового микроскопа. Конечно, здесь предстоит во многом разобраться, но нельзя не согласиться с академиком Александром Ивановичем Опариным, что, если удастся прямыми опытами доказать живую природу найденных "существ" (пока на всякий случай поставим кавычки), это будет открытие общебиологического значения.

При изучении почвенных препаратов, кроме сукторий, обращает на себя внимание и еще один момент. Очень часто при больших увеличениях (более 100 тысяч раз) можно видеть тончайшие нити, пронизывающие почву во всех мыслимых направлениях. Когда рядом оказывается бактериофаг, легко наблюдать, что толщина этих нитей соответствует толщине хвостика бактериофага.

Как известно, фаги - постоянные спутники и внутренние паразиты бактерий - самые мельчайшие живые существа в природе. По химическому составу они представляют собой нуклеопротеид, соединение молекул белка с молекулами нуклеиновой кислоты.

А каков химический состав нитей, составляющих в почве субмикроскопическую сеть?

Их диаметр и всегдашнее присутствие рядом разных, пока лишь получивших условные названия структур, ненамного превышающих по размерам вирусы, наводит на многие размышления.

Может быть, эта сеть "живых" молекул и дает начало всему великому разнообразию "трубочек", "спиралей", "четок" и "крестиков". Может быть, самозарождение субмикроскопических форм жизни происходит и сейчас, кто знает... Время покажет. Ведь в развитии науки иногда происходят такие резкие повороты, предугадать которые не в силах ни писатели-фантасты, ни даже специалисты, работающие в данной области.