Моно прибегает к помощи математики

Итак, мы видели, что определение жизни, данное К. Бернаром, вполне применимо к миру микробов. Микробы растут и размножаются. Рост и размножение макроорганизмов относительно легко наблюдать и изучать. Так например, размножение культурных растений можно определять, подсчитывая их урожай, а размножение животных - подсчитывая их потомство. Прирост или уменьшение населения в определенной области устанавливается периодическим подсчетом жителей. В более мелком масштабе можно проследить изменения в росте или весе отдельных лиц и изобразить это графически.

Как же наблюдать с достоверностью рост и размножение микроорганизмов? Как подсчитывать мельчайшие клетки бактерий или дрожжевых грибов? Этим вопросом занимался Ж. Моно из Пастеровского института в Париже в период, казалось бы, наименее благоприятный для подобных исследований, - в первые два года второй мировой войны. Свои наблюдения и заметки он опубликовал в книге "Исследование роста бактерий", вышедшей в 1942 году. Книга Ж. Моно и его методы стали классическим достоянием современной микробиологии. Размножение бактерий ученый графически изобразил при помощи "кривой роста", показывающей изменение численности бактерий за определенное время.

Для своего времени Моно был очень точен в оценке роста бактериальных культур. Он уже имел опыт ряда предшественников, внесших свой вклад в изучение размножения микробов. Некоторые из них использовали и понятие "кривая роста", а Лэйн-Клейпон установила четыре последовательные фазы роста бактерий.

Кривые роста. а - бактерии Escherichia coli, число которых в течение часа увеличилось втрое; б - дрожжи Saccharomyces cerevisiae с менее интенсивным размножением; в - микроскопические грибы: Aspergillus (1), Coccidioides (2), Trichosporon (3), Paecilomyces (4); г - опухолевые клетки человека, выращенные на искусственной среде; д - вес детей автора в первые недели их жизни; е - прирост населения США начиная с 1700 года; ж - прирост населения нашей планеты за последние 2000 лет

Согласно Моно, размножение популяции бактерий происходит следующим образом. При посеве бактерий на свежую питательную среду они приспосабливаются к новым условиям и первое время не размножаются; этот период принято называть лаг-фазой. После него следует фаза быстрого размножения с логарифмической зависимостью числа клеток от времени выращивания, что выражается экспоненциальной кривой. В связи с этим описанная часть кривой роста называется логарифмической фазой, или лог-фазой. Постепенно, однако, питательные вещества из раствора исчезают, а среда обогащается продуктами выделения бактерий, часто тормозящими процесс размножения. Бактерии вступают в стационарную фазу. Затем они начинают отмирать и распадаться, и кривая роста входит в фазу отмирания.

Кривая роста бактерий. А - лаг-фаза; Б - лог-фаза; В - стационарная фаза; Г - фаза отмирания

Подобные кривые роста могут быть построены и при изучении размножения других микроорганизмов. В процессе наблюдения можно отмечать и изменение диаметра растущих колоний. На фото 31 и 32 мы видим растущие колонии дрожжей. Клетки почкуются, и колония постепенно растет. Среди примеров различных кривых роста мы приводим кривую роста опухолевых клеток человека HeLa, выращиваемых в питательном растворе. Она заимствована из опытов автора, исследовавшего действие антибиотиков на клетки HeLa в лаборатории профессора Г. Гарриса в Оксфордском университете.

Фото 31. Периферическая часть растущей колонии дрожжей Torulopsis pintolopesii. Видны отдельные клетки, которые, размножаясь, постепенно увеличивают колонию

Заслуги Ж. Моно в развитии микробиологии не ограничились только изучением кривых роста. Позднее он был удостоен Нобелевской премии в области физиологии и медицины, о чем еще будет рассказано в одном из дальнейших разделов.

Фото 32. Крупные колонии дрожжей на агаре. а - Saccharomyces pastorianus; б - S. uvarum; в - S. rouxii; г - Candida humicola; д - C. humicola, другой штамм; е - C. brumptii

Кривые роста - не только количественные показатели. Результаты исследований последних лет показали, что в отдельные фазы кривой роста происходят существенные качественные изменения внутри клеток, в их ферментативной активности, в образовании различных соединений или телец, обеспечивающих в дальнейшем рост и размножение микроорганизмов.