Не только Бадд задавался вопросом спонтанного возникновения инфекции и ее распространения по воздуху. Хирург Джон Сноу также начал проводить исследования, когда в 1854 году недалеко от его дома в Сохо (районе Лондона) случилась вспышка смертельной инфекции. Сноу отметил все случаи заболевания на карте и именно тогда осознал, что большинство заболевших людей получали воду из скважины на юго-западном углу пересечения Брод-стрит (сегодня – улицы Бродвик) и Кэмбридж-стрит (сегодня она носит название Лексингтон). Даже случаи, которые на первый взгляд не были связаны со скважиной, в конце концов были объяснены. Например, одна женщина 59 лет жила довольно далеко от колонки, но в разговоре с ее сыном Сноу выяснил, что его мать часто посещала Брод-стрит, потому что ей нравился вкус воды из колонки на этой улице. Она умерла через два дня.
Как и Бадд, Сноу пришел к выводу, что холера передается через загрязненную воду, а не через ядовитые газы или миазмы в воздухе. Он даже опубликовал карту распространения эпидемии в поддержку своей теории. Несмотря на сильный скептицизм со стороны местных властей, Сноу удалось уговорить их снять ручку с насоса колонки на Брод-стрит, после чего вспышка инфекции быстро сошла на нет.
Подобные случаи ставили под сомнение господствующее в медицинском сообществе мнение о том, что болезнь возникает из грязи и передается по воздуху ядовитыми газами или миазмами. Еще одно доказательство появилось в 1858 году, когда ужасная, неотвратимая вонь распространилась по Лондону, пронизывая каждый уголок и трещину в радиусе мили от Темзы. Палящая летняя жара усилила неприятный запах. Люди старались изо всех сил избегать приближения к реке. «Великая вонь» возникла из-за человеческих экскрементов, сваленных по берегам реки, – проблема, которая усугублялась по мере того, как Лондон становился все более и более населенным. Как заметил ученый Майкл Фарадей, известный своими работами по электромагнетизму: «Мутный осадок сформировал сгустки настолько плотные, что они плавали на поверхности». Однажды днем он плыл по реке и заметил, что вода имеет бледно-коричневый цвет. Запах был столь отвратителен, что членам парламента приходилось покрывать окна тяжелой тканью, чтобы хоть как-то продолжать работать. The Times сообщила, что правительственные чиновники, «стремясь расследовать дело до самой глубины, отважились выбраться в библиотеку, но вынуждены были отступить, плотно прижимая надушенные платки к лицам».
Лондонцы предполагали, что «ядовитые стоки» (то есть миазмы), возникающие из воды, приведут к вспышке инфекции в городе. Ходили даже слухи, что лодочник уже умер от вдыхания вредных паров; тысячи людей в страхе бежали из города. Много лет пытаясь обеспечить финансирование новой канализационной системы в Лондоне, реформаторы гигиены заметили, что было бы поэтично, если б парламент, наконец, вмешался под угрозой собственного уничтожения. И все же, как ни странно, эпидемий тем летом не случилось.
Хоть это и был заметный переход от теории миазмов к теории цепной реакции в 1850-х и 1860-х годах, многих врачей это не убедило. Исследования Сноу, к примеру, так и не указали на вероятный механизм передачи заболевания. Да, его выводы увязывают вспышки холеры с загрязненной питьевой водой. Но, как и другие «инфекционисты», Сноу не в состоянии сказать, что же передается через воду. Микроорганизмы? Или ядовитый химикат? Если химикат, то разве он не растворился бы в водах такой огромной реки как Темза? Более того, сам Сноу признал, что «инфекционизм» не дает удовлетворительного объяснения всем заболеваниям, и продолжал учитывать возможность спонтанного возникновения возбудителей заболеваний, вызывающих разложение тканей (таких как рожа).
Все громче звучали голоса, требующие достойного объяснения инфекционных процессов и механизмов возникновения заболеваний.
Проблема больничной инфекции досаждала Листеру столь долго, что он задавался вопросом, найдется ли решение когда-либо вообще. Но после разговора с профессором Андерсоном о последних исследованиях Пастера в области ферментации Листер ощутил прилив оптимизма. Он немедленно разыскал публикации Пастера о разложении органического материала и с воодушевлением принялся повторять эксперименты французского ученого в своей домашней лаборатории. Впервые казалось, что он подобрался невероятно близко к разгадке.
Исследования, с которыми Листер знакомился, начались девять лет назад, когда местный торговец вином обратился к Пастеру с проблемой. Месье Биго изготавливал вино из свекольного сока и заметил, что в большом количестве чанов оно закисает во время брожения. Пастер тогда был деканом факультета наук университета Лилля. Его репутация как блестящего химика сформировалась годами ранее, когда он продемонстрировал, как взаимосвязаны форма кристалла, его молекулярная структура и его влияние на поляризованный свет. Вскоре он выработал теорию о том, что только живые агенты могут формировать оптически активные асимметричные соединения, и что дальнейшее изучение молекулярной асимметрии откроет секреты происхождения жизни.
Но зачем же Биго советоваться с химиком по поводу своих проблем? Дело в том, что в то время ферментация считалась скорее химическим, нежели биологическим процессом. Хотя многие ученые признали, что дрожжи действуют как катализатор, превращая сахара в спирт, большинство полагало, что дрожжи – это лишь сложная химическая субстанция. Биго был знаком с работами Пастера, поскольку его сын был одним из учеников Пастера в университете. Вот почему для Биго казалось естественным обратиться именно к химику.
В действительности у Пастера имелись свои причины расследовать портящееся вино в чанах. Уже в течение некоторого времени он интересовался природой амилового спирта, который, как он обнаружил, был «сложной средой, состоящей из двух изомеров; один, который… провоцировал преломление света под поляриметром; другой же не имел оптической активности». Кроме того, первый изомер обладал теми асимметричными характеристиками, которые (если следовать логике предыдущих исследований Пастера) могут возникнуть только у живых агентов. Свекольный сок содержал смесь как неактивных, так и активных амиловых спиртов и поэтому предоставлял уникальную возможность изучения двух изомеров в различных условиях.
Пастер начал ежедневно посещать винодельню, где со временем превратил погреб в импровизированную лабораторию. Как и Биго, он заметил, что некоторые партии вина пахли хорошо, в то время как другие источали почти гнилостный запах. Также эти чаны были покрыты таинственной пленкой. Озадаченный, Пастер взял образцы из каждого чана и исследовал их под микроскопом. К своему большому удивлению он обнаружил, что форма дрожжей в них различается. Если вино не было испорчено, в нем присутствовали круглые дрожжи, если же скисало – дрожжи вытягивались, а в вине обнаруживались меньшего размера палочковидные структуры: бактерии. Биохимический анализ испорченных партий также показал, что при неправильных условиях водород соединяется с нитратами в свекле, образуя молочную кислоту, которая была причиной неприятного запаха и скисания вообще.
Крайне важно, что Пастер смог показать, что амиловый спирт, который обладал оптической активностью, возник при участии в реакции дрожжей, а вовсе не сахара, как ранее утверждали некоторые ученые. Пастер продемонстрировал, что при измерении под поляриметром амиловый спирт слишком сильно отличался от сахара с его структурой. И поскольку Пастер считал, что жизнь сама по себе способна к асимметрии, он сделал вывод, что ферментация – биологический процесс, а дрожжи, которые помогают производить вино, – живой организм.
In vino veritas – секрет разгадки больничной инфекции, которая досаждала хирургам веками, зародился в исследованиях о вине.
Противники Пастера указали, что дрожжи не участвуют в сахарных ферментациях, при которых возникают молочная или масляная кислоты, и что невозможно увидеть дрожжевые организмы в гниющем мясе. Но не дрожжи отвечали за порчу чанов; скорее, это бактерии (палочковидные микробы) заставляли вино портиться. В аналогичном ключе Пастер продемонстрировал, что то же самое верно для кислого молока и прогорклого масла, хотя в каждом случае бактерии отличались друг от друга. Казалось, что у разных бактерий, над которыми он вел наблюдение под микроскопом, существует разная «специализация».
Выводы Пастера были смелыми. Сказать, что дрожжи действовали на свекольный сок, потому что представляют собой живой организм, – это шло вразрез с основными принципами химии в середины XIX века. Хранители старой парадигмы были готовы принять присутствие микроорганизмов в ферментируемых веществах, но только на том основании, что эти микроорганизмы возникали спонтанно, как часть процесса ферментации. Тем не менее Пастер считал, что микробы переносятся по воздуху на частицах пыли и рождаются они независимо от процесса ферментации. Они не появились de novo[7].
В серии экспериментов Пастер кипятил ферментируемые вещества, чтобы избавится от любых существующих микроорганизмов. Затем он помещал эти вещества в два разных вида колб. Первые представляли собой обычные колбы с открытым верхом. У вторых было горлышко в форме буквы S, которая предотвращала попадание пыли и других частиц в колбу. Такие колбы Пастер также оставлял открытыми. Через некоторое время в первой колбе появились микробы, в то время как колба с «лебединым горлышком» оставалась незагрязненной. Подобными экспериментами Пастер доказал, что бактерии не возникают спонтанно; в противном случае колба с горлышком также подверглась бы заражению. Его эксперименты подтвердили то, что сейчас считается одним из фундаментальных принципов биологии: только жизнь порождает жизнь. В речи, посвященной выводам, сделанным в Сорбонне, Пастер сказал: «Учение о спонтанном происхождении никогда не оправится от смертельного удара этого простого эксперимента». Это было незадолго до того, как слово «микроорганизм» начали использовать применительно к бактериям.