Сергей Виноградский: памяти «гения микробиологии»

Судьба основателя экологии микроорганизмов и почвенной микробиологии, выдающегося русского ученого Сергея Николаевича Виноградского полна неожиданных поворотов. В его жизни нашлось место и громкой славе, и долгому забвению и неожиданному для всех возвращению в науку.

Сергей Николаевич Виноградский родился 13 сентября 1856 г. в Киеве в семье государственного служащего и землевладельца Николая Константиновича Виноградского. Детство будущего ученого прошло в Киеве, в просторной родительской усадьбе. Причастность к высшему обществу и значительное финансовое состояние родителей позволили детям Виноградских (а их в семье было четверо – старший брат Александр, затем Сергей, сестра Мария и младший брат Николай, скончавшийся в отроческом возрасте), не задумываться о необходимости будущего заработка и служебной карьеры, а развиваться согласно своим интересам и душевным устремлениям.

В 1866 г. старшие братья Виноградские были определены во второй класс 2-й Киевской гимназии. Предпочтение было отдано именно этой гимназии потому, что в ней преподавалась не только латынь, но и греческий язык, который по мнению родителей должен был развивать детей не только умственно, но и эстетически и духовно. Из года в год братья Виноградские оставались первыми учениками, меняясь местами, и окончили гимназию с золотыми медалями. Хорошее музыкальное образование братьев дополняло их классическое образование в гимназии.

В 1873 г. оба старшие брата решили продолжить семейную традицию и поступить на юридический факультет Киевского университета. Музыкальные успехи тоже продолжали играть важную роль в их жизни. Достаточно сказать, что брат Александр впоследствии стал директором Киевского отделения Русского музыкального общества и дирижером симфонических концертов этого отделения, и, как отец, - директором банка. Другой путь избрал Сергей, хотя музыкальные увлечения также наложили неизгладимый отпечаток на всю его долгую жизнь.

Проучившись на юридической факультете два года, Сергей перевелся на отделение естественных наук Киевского университета, но уже в начале третьего года обучения он перестал посещать занятия и, наконец, решил оставить университет, несмотря на протесты семьи. Увлечение музыкой привели его в Санкт-Петербург. Там он поступил в Консерваторию и определился в фортепианный класс Теодора Летешицкого, польского пианиста и блестящего педагога, давшего миру плеяду крупнейших исполнителей. Виноградский с большим усердием отдался занятиям музыкой, хотя осознание того, что «одни эстетические эмоции без всякой активности мозга» не могут исчерпывать всю полноту жизни, уже присутствовало у него в этот период. Еще до отъезда Летешицкого в Вену в 1878 г., повлиявшего на изменение жизненных ориентиров его ученика, Виноградский укрепился в сознании, что путь профессионального музыканта ему не подходит.

В 1877 г. Виноградский поступил на 2-й курс естественного отделения физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета и погрузился в изучение аналитической химии под патронажем профессора Н.А. Меншуткина. Среди преподавателей университета в то время блистали А.Н. Бекетов, А.М. Бутлеров, А.И. Воейков, В.В. Докучаев, А.А. Иностранцев, К.Ф. Кесслер, Д.И. Менделеев, А.С. Фаминцын и др. В начале третьего года обучения он отдал предпочтение физиологии растений и оказался в лаборатории знаменитого ботаника А.С. Фаминцына. На последних курсах обучения в университете, в 1879 г., С.Н. Виноградский женился на Зинаиде Александровне Тихоцкой, с которой совместно прожил 60 лет, имея четырех дочерей, младшая из которых – Елена – стала микробиологом, ассистентом и соавтором поздних работ отца.

В 1881 г. Виноградский окончил Санкт-Петербургский университет и был оставлен при нем для подготовки к профессорскому званию. В лаборатории А.С. Фаминцына он обнаружил незаурядные способности экспериментатора и исследователя, впервые применив новые методы в изучении микроорганизмов. В 1884 г. он успешно выдержал магистерский экзамен по ботанике. Но болезнь жены вынудила его перебраться на некоторое время в Крым. Затем последовала обязательная после университета кратковременная служба в армии.

Однако уже в ноябре 1885 г., не нарушая традиции подготовки русской профессуры стажироваться в лучших университетах Европы, Виноградский отправляется в Страсбург в лабораторию знаменитого микробиолога Г.А. де Бари, научные интересы которого в эти годы были сосредоточены на изучении автотрофных бактерий.

В Германии Виноградский нашел прекрасные лабораторные условия и благожелательное отношение коллег; там он провел свои первые исследования автотрофных бактерий, а также начал и завершил цикл работ по изучению серо- и железобактерий. В 1880-е годы микробиология переживала противостояние двух научных направлений. Одно из них утверждало постоянство видов микробов. Другое направление высказывалось за огромное многообразие микроорганизмов небольшого количества видов.

Виноградский принял аргументацию первой группы ученых. Объектом его исследования стали обитающие в воде бактерии Beggiatoa и Cladothrix, работая с которыми Виноградский открыл новый принцип хемиосинтетического получения энергии и синтеза автотрофных бактерий. Первый выдающийся вклад ученого в бактериологию связан с тремя важнейшими представителями групп этих бактерий: окисляющими серу микроорганизмами, железобактериями и нитрифицирующими бактериями. Работа по морфологии и физиологии серобактерий была завершена в 1888 г. и опубликована в виде монографии в Лейпциге. В том же году Виноградский завершил изучение железобактерий, впервые применив свой пионерский для того времени метод элективных культур для изучения микроорганизмов специфичных по своему питанию. Публикация результатов исследований Виноградского возбудила острый интерес к оригинальным идеям и методикам молодого ученого, которые не только пополняли конкретные знания о микромире, но и давали повод глубоко задуматься о важности малоприметных форм жизни в планетарном аспекте.

Скоротечная болезнь и кончина де Бари в 1887 г. послужили поводом для отъезда Виноградского из Страсбурга. Завершив свои дела в лаборатории, он через год возвратился на родину. Посетив Киев и Санкт-Петербург Виноградский не нашел университетского центра, где ему хотелось бы продолжить научные исследования. Виноградский принял решение поселиться в швейцарском Цюрихе – крупном мировом научном центре.

С 1888 по 1891 гг. Виноградский провел в Цюрихе, где вначале был занят усовершенствованием своей химической подготовки у проф. Э. Шульца, затем в химической лаборатории Политехнической школы под руководством проф. Е. Ханта. С осени 1888 г. он начал исследования в Цюрихской лаборатории санитарии и гигиены, которые ознаменовались серией классических работ о микроорганизмах, отвечающих нитрификацию в природе.

Факт, что процесс нитрификации состоят из двух фаз, был известен ученым и до Виноградского, но его величайшая заслуга состояла в том, что он подробно показал, что эти фазы (первая – окисление аммониевых солей до нитритов, и вторая – окисление нитритов до нитратов), следующие одна за дугой, производят ту энергию, которая используется затем бактериями для ассимиляции двуокиси углерода из атмосферы. Этот тип метаболизма у микроорганизмов получил впоследствии название хемосинтеза и стал одним и величайших открытий биологии ХХ века.

Механизм этого процесса был настолько полно и тщательно изучен Виноградским в 1889-1890 гг., что лишь немногое удалось добавить последователям в течение следующих десятилетий. По сути, Виноградский решил одну из наиболее сложных проблем общей микробиологии, касающихся процесса, исключительно важного для питания растительного мира и образования почвы, очистки сточных вод и процессов жизнедеятельности, протекающих на глубинах Мирового океана. Открытие Виноградского поставило его имя в один ряд с выдающимися учеными планеты и сыграло большую роль в формировании современных экологических воззрений. За эту работу ученый был удостоен премии А. Левенгука, присуждавшейся один раз в десять лет.

Признание выдающихся заслуг Виноградского перед наукой повлекло за собой ряд предложений занять те или иные должности. Политехнический институт в Цюрихе предложил прочитать курс лекций по бактериологии в качестве приват-доцента. И.И. Мечников по просьбе Пастера посетил Виноградского и передал ему приглашение возглавить отдел в его институте в Париже. В марте 1891 г. в Париже Виноградский лично представился Пастеру и тот повторил ему свое предложение. Когда ученый был уже готов воспользоваться гостеприимством пастеровского института, последовало еще одно предложение - из Петербурга – возглавить отдел общей биологии в новом, создаваемом по подобию пастеровского, Институте экспериментальной медицины (ИЭМ) в Петербурге, которое он в конечном итоге и принял.

Виноградский прибыл в Санкт-Петербург осенью 1891 г. и вступил в должность заведующего Отделом общей микробиологии ИЭМ. Признание выполненных им работ было столь высоко, что Совет Харьковского университета в 1892 г. присвоил ему степень доктора ботаники без представления диссертации, а в 1894 г. последовало его избрание членом-корреспондентом Петербургской академии наук по физико-математическому отделению (биологическому разряду).

В ИЭМе Виноградский выделил из окружающей среды первую свободноживущую бактерию, способную фиксировать азот атмосферы – Clostridium pasterianum и дал первое описание созданного им метода элективных культур, ставшего методической основой всей современной микробиологии.

Заведуя Отделом, он становится также первым ответственным редактором журнала «Архив биологических наук» и много времени уделяет этому роду деятельности. В январе 1894 г. в Москве на IX съезде естествоиспытателей и врачей Виноградский выступил с докладом «О круговороте азота в природе», где ознакомил научную общественность с открытием, сделанным в России – о существовании специфических бактерий, способных ассимилировать азот атмосферы. В декабре 1896 г. в актовой речи на общем собрании членов Института экспериментальной медицины «О роли микробов в общем круговороте жизни» он изложил главную идею, в русле которой продолжались его прикладные исследования – о постоянном взаимодействии живой материи и неорганической природы.

С 1897 г. Виноградский участвует в работе Особой комиссии для предупреждения занесения чумной заразы и борьбы с нею в случае ее появления в России. Он привозит в Россию культуру возбудителя чумы, и длительное время проводит исследования на животных, участвует в опасных противоэпидемических мероприятиях.

Период жизни Виноградского, связанный с экспериментами в области эпидемиологии, часто называют непродуктивным в научном отношении, но, действуя из гуманных соображений и патриотических побуждений, ученый видел свое призвание и в этих усилиях. «Русский период» в жизни ученого ознаменовался избранием его в 1901 г. в почетные члены Московского общества любителей естествознания, антропологии и этнографии и в 1902 г. членом-корреспондентом Французской академии наук.

Желая объединить силы русских микробиологов в 1903 г. Виноградский сам основал Микробиологическое общество и в течение двух лет оставался его председателем. Летом 1902 г. состоялось назначение Виноградского директором ИЭМ. Должность директора он исполнял фактически до лета 1905 г. и номинально до 1912 г., уже проживая в Подолии или за границей, отказавшись от всякой научной работы.

Основными причинами ухода от научной деятельности стали проблемы со здоровьем, не позволявшие ему длительно находиться в климатических условиях Санкт-Петербурга, бюрократическая атмосфера в ИЭМ, выражавшаяся в желании чиновников вмешиваться в дела управления научно-организационной деятельностью Института, потерю интереса к службе усилил личный кризис ученого.

После ухода с поста директора Виноградский переезжает в свое поместье на Украине в Подолии (Городок Каменец в Подольской губернии), которое досталось ему в наследство от отца.

Новое амплуа сельского хозяина, умело ведущего дела, пришлось по душе отставному ученому. Сельское хозяйство своих владений он довел почти до совершенства, используя современные методы лесоводства, развернув экспериментальный питомник для ценных пород деревьев, организовав первоклассную конюшню и молочную ферму, построив фабрику по переработке сахарной свеклы, мукомольные мельницы и т.п. Реализовав себя как землевладелец, Виноградский настолько отошел от научной работы, что западный научный мир не имел представления о перипетиях его биографии. Первая мировая война внесла коррективы в уклад жизни семьи Виноградского: дочери стали медицинскими сестрами, зятья оказались на службе в армии, сам он занимался поставками зерна и других продовольственных культур, а также лошадей русской армии.

Наступившая революция 1917 г. и последовавшая за ней гражданская война поломали налаженный быт и разрушили образцовое хозяйство ученого. В январе 1920 г. Виноградский принял решение эмигрировать. На самом деле, уезжать из России он не хотел, но его чуть ли не силой заставила это сделать ближайший тогда к нему человек, скромная железнодорожная служащая Ксения Никитина (и, нужно признать, именно настойчивость этой женщины спасла ученому жизнь – вооружение люди пришли за Виноградским через несколько дней после его отъезда). На борту французского военного корабля он отплыл из Одессы в Марсель, начинался долгий эмигрантский период в жизни ученого.

Нужно отметить, что еще до отъезда из Одессы Виноградский получил приглашение из Белграда занять должность профессора Сельскохозяйственного института при университете, поэтому его переезд в Югославию, где в тому же обосновались его знакомые русские профессора, казался оправданным. Однако Институт не смог предоставить Виноградскому необходимых условий для работы: не было лаборатории, практически отсутствовали необходимые оборудование и библиотека. Не имея склонности к преподаванию, Виноградский был вынужден отказаться читать курс. Единственной большой удачей белградского периода было то, что в кабинете директора Института оказалась полная подборка Centralblatt für Bakteriologie – журнала, публиковавшего все новости немедицинской бактериологии. Оценив достижения в микробиологии за годы своего «научного отсутствия», Виноградский обнаружил, что мало что удалось добавить ученым к знаниям об автотрофных бактериях, а ряд исследований, особенно касавшихся железобактерий, неверно истолкован многими его последователями. Это обстоятельство подтолкнуло Виноградского к написанию статьи «Железобактерии как неорганические окислители», которая увидела свет уже в 1922 г. в Centralblatt, и краткой заметки, касавшейся нитрифицирующих бактерий, опубликованной во французском журнале Comhtes Rendus. Эти публикации немедленно привлекли внимание ученого мира, за которым последовало приглашение директора Пастеровского института Эмиля Ру переехать во Францию и организовать при Институте отделение сельскохозяйственной бактериологии. Ру писал: «Мои коллеги и я были бы Вам признательны, если бы Вы приехали работать в нашем Институте. Вы дадите ему свою блестящую научную подготовку и сможете без всяких забот о преподавании продолжить Ваши великолепные исследования. Мы были бы горды считать Виноградского вместе с Мечниковым своим сотрудником. Вы будете для нас мэтром в почвенной бактериологии».

Получилось так, что приглашение, переданное Пастером через Мечникова, было повторено почти через 30 лет и на сей раз принято Виноградским. После 15-летнего перерыва, в возрасте 67 лет состоялось возвращение ученого в науку. Виноградский получил должность заведующего отделом сельскохозяйственной микробиологии Института Пастера, фактически созданного для него и которым он руководил до самой смерти.

Кроме этого, в распоряжение нового заведующего отделом поступал участок земли, расположенный в Бри-Конт-Робер, на расстоянии 30 километров от Парижа, с лабораторией, домом для проживания, оранжереями и конюшней, садом и парком – идеальными условиями для лабораторных исследований и практических полевых работ в области почвоведения. Разработка новых методов изучения физиологических особенностей представителей почвенной микробиологии (частности изучение ее роли в круговороте азота) - основные проблемы, над которыми Виноградский плодотворно работал во Франции.

Французская академия наук, почетным членом который Виноградский был с 1895 г., избрала его в 1924 г. своим членом-корреспондентом, в 1926 г. он стал членом Лондонского королевского общества. (В разные годы Виноградский был избран почетным членом французского Национального сельскохозяйственного общества, Немецкого ботанического общества, Королевской сельскохозяйственной академии Швеции, Туринской медицинской академии, Лондонского королевского общества, Общества американских бактериологов, французской Сельскохозяйственной академии, Итальянского научного общества, голландской Королевской академии).

В декабре 1923 г. его научные заслуги были официально признан на родине, и Российская академия наук избрала его (единогласно) своим почетным членом – случай исключительный по отношению к ученому-эмигранту. Современники Виноградского отмечали его удивительную особенность работы, своеобразный стиль гениального ученого одиночки. У него никогда не было учеников, он всячески избегал толпы и был любителем работать в одиночку и все делать своими руками.

Виноградский обладал редкой способностью глубоко концентрироваться на выбранной научной задаче. Он был блестящим экспериментатором, но вместе с тем – и тонким наблюдателем. Для любого биолога это чрезвычайно важно. Ведя в эмиграции фактически жизнь затворника, он, тем не менее, старался всегда быть в курсе того, что делалось в его области в мировой науке. Значимость своих открытий он тоже прекрасно понимал и потому публиковал результаты работ в известных научных журналах на немецком и французском языках (английский еще не был тем языком науки, каким он стал сейчас).

Возвращение в науку ознаменовалось работами, в которых Виноградский подверг критическому анализу методы, получившие широкое распространение в микробиологии почвы. За общей схемой основополагающих принципов изучения микроорганизмов почвы последовала серия статей относительно методов изучения микробиологической популяции в почве и характера этой популяции. Первые исследования, выполненные в Институте Пастера между 1923 и 1925 гг., были связаны с прямым микроскопическим изучением почвы. Модификация метода самопроизвольной культуры широко использовалась Виноградским для оценки роли микроорганизмов в почвенных процессах.

В течение последующих трех лет Виноградский опубликовал серию статей, подводивших итог текущего состояния науки в области изучения азотфиксирующих организмов почвы, методов изучения их наличия и распространенности, условий, благоприятствующих их деятельности, и их значению для процессов, протекающих в почве. Продолжение изучения механизма фиксации азота Azotobacter последовало в 1930-1932 гг. Значительного прогресса в изучении данной проблемы Виноградский достиг, заинтересовавшись процессом разложения целлюлозы бактериями. Он показал, что эти бактерии играют важную роль в образовании органического коллоида гумуса почвы. В 1930-ые годы также последовало детальное изучение представителей микрофлоры, задействованной в процессе нитрификации. Им были описаны три группы бактерий, способных окислять аммиак в нитрит (Nitrosomonal, Nitrosocystis, Nitrosospira). Позднее его дочь Елена добавила четвертую группу (Nitrosogloea), выделенную из активного ила. В конце 1930-ых годов Виноградским были выполнены критические обзоры научной литературы по механизму нитрификации и фиксации азота с упором на экологические взаимосвязи.

В 1941 г. появилась последняя статья в «Анналах» Института Пастера с оценкой процессов синтеза аммиака в почве и водных бассейнах. 85-летний ученый оставался энергичен и трудоспособен. Препятствием его дальнейшей научной деятельности послужила Вторая мировая война с ее моральными и экономическими тяготами. После смерти жены Виноградский остается с младшей дочерью Еленой и той самой Ксенией Никитиной, которая в свое время спасла ему жизнь, заставив уехать из Одессы (в 1923 г. Виноградскому с большим трудом удалось вызволить Никитину с Украины, и с тех пор она жила в их доме).

Когда гитлеровские войска вошли во Францию Виноградский отослал дочь в Швейцарию, а сам же выезжать куда-либо категорически отказался и решил оставаться на месте, препятствуя разграблению лаборатории и дома. С ним оставалась на время оккупации только Ксения Никитина.

В своем решении Виноградский оказался прав, так как большая часть оставленных хозяевами домов и помещений была приведена оккупантами в полную негодность.

После 1941 г. работа в лаборатории стала невозможной, так как отсутствовало все необходимое: реактивы, газ, отопление. Дисциплинированный ум ученого не мог терпеть бездействия, и Виноградский приступил к давно задуманной работе над собранием своих трудов, которое он предварительно озаглавил «Полвека микробиологических исследований». Все свои работы Виноградский разделил на несколько разделов, к которым написал отдельные вступления и заключения, перевел на французский язык статьи, написанные им ранее на других иностранных языках, некоторые публикации сократил – то есть, проделал всю подготовительную работу по изданию книги, включавшей в себя труд всей его жизни. Послевоенные годы были посвящены изданию этой книги, которое потребовало участия международного научного сообщества.

Благодаря заботам и материальным усилиям ученика и друга Виноградского З.А. Ваксмана, при финансовой поддержке Национальной академии наук США, Фонда Рокфеллера и других учреждений книга была издана во Франции в 1949 году. Академия наук СССР еще в 1946 г. получила от ученого право на переиздание труда на русском языке, и он был издан в СССР в 1952 г. под названием «Микробиология почвы. Проблемы и методы. 50 лет исследований». Свою последнюю научную работу в 1952 году Виноградский посвятил систематике бактерий.

Скончался Виноградский 24 февраля 1953 г. и был похоронен в Бри-Конт-Робер. Заслуги этого ученого перед наукой трудно переоценить. Открытие Виноградским хемосинтеза дало возможность русской микробиологии занять ведущее положение и оказало большое влияние на её развитие в других странах. Его многочисленные научные труды и результаты многолетних исследований, выдержав испытание времени, остаются классическим образцом экспериментального мастерства, его идеи положены в основу современной микробиологии.

Опубликовано в издании: Ресурсосберегающее земледелие 2(26)/2015