В. Морозов - История инженерной деятельности
Современные методы анализа пыльцы растений говорят нам, что уже девять с половиной тысяч лет назад на территории современной Франции люди выращивали чечевицу. Несколько раньше началось земледелие на Ближнем Востоке, который многие ученые считают колыбелью цивилизации. Родившись в долинах полноводных рек, главным образом между реками Тигром и Ефратом, земледелие дало человеку один из первых продуктов биотехнологии – зерно. Здесь в Междуречьи (по-гречески – Месопотамия) существовали государства Шумер, Аккад, Ассирия. Древние шумеры изобрели клинопись на табличках, в шумерских городах функционировали школы, в которых детей учили решать задачи, о чем говорят глиняные таблички, которые находят археологии. Среди этих глиняных табличек встречаются и такие, где есть задачи на определение количества провианта, необходимого для определенного количества работников: меры зерна и кувшины ячменного пива. Наличие указаний на пиво является одним из древнейших свидетельств использования людьми биотехнологических процессов. Ведь пиво невозможно приготовить без применения микроорганизмов, превращающих сахар в спирт. К сожалению, на табличках ничего не говорится о выпечке хлеба. По-видимому, жители этого региона ели хлеб пресным.
Не так давно археологический мир заговорил об открытии величественной цивилизации в долине реки Инда, которая имела разносторонние связи с Шумером. С Индостана в Шумер поставлялись специи, шерсть, лен, растительное масло, кожи и многое другое. Археологи в долине Инда нашли в раскопках глиняные змеевики, с помощью которых древние жители перегоняли спирт – продукт жизнедеятельности дрожжей.
В Древнем Китае уже три тысячи лет назад в эпоху Западной империи Чжоу, жители провинции Шанси умели готовить рисовое вино. В древней «Книге песен» говорится, что «финики будем собирать в августе, а урожай риса в октябре, чтобы успеть к весне приготовить хмельной напиток и на веселом празднике пожелать друг другу здоровья».
Вообще, следует заметить, что само рисовое поле представляет собой прекрасно сбалансированную биотехнологическую систему симбиотирующих организмов. Рисовому кустику помогает расти и развиваться небольшой водяной папоротник, а сине-зеленые водоросли, которые способны усваивать азот непосредственно из воздуха, помогают накопить в рисовом зерне ценный белок.
Издревле в Китае культивировался шелк. Все знают, что шелк – это нить, получаемая при разматывании кокона, в котором прячется гусеница тутового шелкопряда. Кокон она делает из паутины, обматываясь ею со всех сторон. Меньше известно, что паутина представляет собой практически чистый белок, причем нить его прочнее стали. Еще Аристотель писал об этом удивительном продукте биотехнологии загадочного Востока. По великому шелковому пути ткани из него доставлялись в Египет, где очень высоко ценились на рынках Мемфиса и Александрии.
Древние Греция и Рим унаследовали эти знания, что отразилось в языке, а потом закрепилось и в современной научной терминологии. Сегодня химики и биохимики, не задумываясь, пользуются греческим словом «энзим» и латинским «фермент» для обозначения особых «рабочих» белков в клетках, которые и осуществляют все реакции в живом мире. В основе греческого слова лежит корень «зим» – поднимать (видимо, речь должна идти о поднявшемся дрожжевом тесте). Вообще о дрожжах как закваске часто говорили «ферментум – брожение», кипение, взрыв, разное увеличение в объеме.
Кстати, лингвисты считают, что латинское «ферментум» восходит к древнему «бреу», от которого произошло наше слово «брожение» и немецкое «брот» – хлеб, входящее составной частью в слово «бутерброт», то есть дословно «масло-хлеб». Сюда же можно добавить название морского ветра «бриз» и напитка «бренди».
Следует заметить, что в Александрии прекрасно знали процесс перегонки. Александр Афродизий писал о том, как матросы кипятили морскую воду, собирая пресные пары с помощью губок. Плиний описал другой метод конденсации летучих паров: холодный бараний мех с родниковой водой подвешивали над костром с кипящей смолой, собирая тем самым пары скипидара.
Много интересного известно о приготовлении вина. Само слово «вино» пришло в наш язык через латынь, которая заимствовала его из греческого, где оно называлось «ойнос». Еще древнеримский поэт Гораций писал о знаменитом фалернском вине, которое прославилось в 42 г. до н.э. в правление консула Минатиуса Планкуса. Кстати, в Древней Греции вино запрещалось пить неразбавленным. По римскому уголовному праву суд оправдывал мужа, если он убивал жену, подобравшую ключи к винному погребу.
В технологии производства вина накоплен огромный опыт. Имеются интересные факты, сохранились некоторые имена, вошедшие в историю. Известно, что Франция волею судьбы стала ведущей мировой державой винной биотехнологии, переняв эстафету от Египта и Греции. Теофраст, ученик Аристотеля, описывал способы выращивания виноградной лозы, а Александр Македонский брал лозу с собой в индийский поход. В Егитпе даже мумию в саркофаге клали на виноградные грозди.
Во Франции в конце ХVII в. появились первые бутылки. Горлышки бутылок стали заливать сургучом что позволяло дольше выдерживать вино. Это заслуга дона Пьера Периньо из Шампани, расположенной к востоку от Парижа. Его по праву считают «отцом шампанского».
В 1775 г. было сделано интересное открытие: если виноградную гроздь оставить на лозе до заморозков, то это приводит к увеличению сахаристости благодаря гидролизу углеводов (гидролиз означает «лизис» – расщепление с помощью «гидры», то есть воды). В истории виноделия были и довольно сложные моменты, когда вино болело, закисало. Французские виноделы обратились за помощью к Луи Пастеру, который стал к этому времени известным химиком. В то время господствовало мнение не менее известного немецкого химика Ю. Либиха, который считал, что брожение вина представляет собой чисто химический процесс.
Пастер великолепно справился с задачей, поставленной перед ним виноделами Франции. По ходу ее решения он сделал еще одно величайшее открытие: брожение обусловлено жизнедеятельностью живых микроскопических существ, или микробов. Размножаясь неуправляемо, микробы уксуснокислотного брожения «выедают» накопившийся в вине спирт и окисляют его в уксусную кислоту. Пастер нашел простой способ приостанавливающий нежелательное размножение микроорганизмов: необходимо прогреть 2–3 раза до температуры 60–70 °С то, что желаем защитить от биологической опасности. Этот способ получил название «пастеризация». Мы часто видим молочные пакеты с надписью «пастеризованное». Такой чести удостоен величайший французский химик и микробиолог Луи Пастер.
По мере развития биологии вообще и биотехнологий, в частности, стало ясно, что многочисленные недуги, терзающие с незапамятных времен человека, имеют генетическую природу, то есть возникают в результате «поломки» того или иного гена. Задачи биотехнологии – найти этот дефектный ген, определить характер «поломки». Разумеется, все это полностью относится также к животным и растениям. Рассматривая сущность биотехнологий (если можно сказать так), историю ее становления и развития, следует остановиться на некоторых открытиях, имеющих методологическое значение, являющихся «становым хребтом» для биотехнологий, дающих возможность понимания многого из того, что мы сегодня называем биотехнологиями. С какими же открытиями в первую очередь, мы связываем биотехнологии? Это выделение нуклеина, а впоследствии нуклеиновых кислот из белых клеток крови больных. Этой проблемой занимались швейцарский врач Ф. Мищер, опубликовавший в 1871 г. свою знаменитую статью о выделении нуклеина из белых клеток крови больных, и биохимик К. Альбрехт Коссел, сделал свой вклад – выяснил причину подагры в результате отложения в суставах нуклеина.
В первой трети ХХ века рождается хромосомная теория наследственности, которая гласит, что гены, или наследственные факторы, локализуются в хромосомах, передаваясь от поколения к поколению. В разработке этой теории огромная заслуга Т. Х. Моргана и Г. И. Менделя. В 1943 году произошло эпохальное событие – была определена химическая природа гена. Произошло это в лаборатории, руководителем которой был Освальд Эйвери. 4 февраля 1944 г. считается днем рождения дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом смысле слова. Стало ясно, что ген – это ДНК. Позже было доказано, что ДНК является носителем генетической информации, кодируя правильный порядок аминокислот в белковой цепи. В эти же годы впервые удалось прочитать три буквы генетического кода (М. Ниренберг). Это начало осознания того, что синтез белка начинается всегда с одной и той же аминокислоты.
В 60-е годы ХХ в. биология решила две величайшие загадки жизни. Она узнала, из чего состоят наши гены и как они работают, прочитав язык, на котором говорит вся жизнь. Биология поняла, что код жизни уникален и универсален. Биология получила в свое распоряжение инструмент с помощью которого можно говорить с любым живым существом. Открылась реальная возможность полного манипулирования геном.
