В 1794 году эта работа была наконец возобновлена, хотя и под несколько другим углом. Французский ученый Антуан Лоран Лавуазье, известный благодаря открытию кислорода и водорода, провел первые вычисления, касающиеся превращения сахара в этиловый спирт и углекислый газ. Лавуазье был специалистом в химических вычислениях – возможно, как предполагают некоторые биографы, благодаря своей основной работе в крупной налоговой фирме[32]. Он пришел к выводу, что по завершении любой химической реакции должно оставаться такое же количество вещества, как и перед началом реакции. Это было первое изложение принципа сохранения массы, который гласит, что материя не может быть создана или уничтожена, а может быть лишь изменена.
Когда Лавуазье обнаружил, что виноградный сок на 25 % состоит из сахара, он предположил, что именно сахар является тем, что каким-то образом превращается в этиловый спирт. Чтобы подтвердить свою догадку, он проделал хитрый эксперимент. Лавуазье подверг реакции брожения чистый сахар, а затем сжег получившийся этанол и отдельно от него сжег такое же количество сахара. При помощи собственноручно сконструированных точных весов ученый взвесил оба продукта, получившихся в результате горения. Лавуазье начал с 26,8 фунта (12,1 кг) углерода (в сахаре), которые в результате брожения превратились в 27,2 фунта (12,3 кг) углерода (в составе этанола и углекислого газа). В рамках экспериментальной погрешности можно считать, что количество углерода не изменилось. Так что наличие дрожжей из-за их незначительной массы было проигнорировано Лавуазье[33],[34]. Знаменитый французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак провел более точные измерения количества этанола, но и он не принял во внимание дрожжи.
Жизнь Лавуазье закончилась трагически: французский революционный трибунал приговорил его к гильотине[35].
Девять лет спустя – в 1803 году – Институт Франции пообещал наградить золотой медалью весом в килограмм того, кто сможет объяснить процесс брожения[36]. Эта награда так и осталась неврученной. Через двадцать лет только винная промышленность Франции стоила 22,5 миллиона фунтов – в деньгах 1820-х годов. И это без учета производителей пива, сидра и дистиллятов. А медаль все еще пылилась в недрах Института Франции.
Наконец в 1837 году немецкий физиолог по имени Теодор Шванн[37] предположил, что за брожение отвечают микроорганизмы, которые увидел в свой микроскоп ван Левенгук. Шванн был настоящим экспертом в клеточной биологии, это он описал леммоциты – вспомогательные клетки нервной системы, называемые сегодня шванновскими клетками. Он был первым человеком, понявшим, что дрожжи размножаются бесполым путем, что они питаются сахаром, что для выживания им необходим азот и что они выделяют этиловый спирт. Он назвал их «сахарным грибком» – Zukerpilz, а его коллега Франц Мейен перевел немецкое название на латынь, и в результате вид дрожжей, используемый в хлебопекарном деле и пивоварении, был назван Saccharomyces cerevisiae (cerveza на латыни означает «пиво»).
Вот и решение проблемы, не правда ли? Пора вручать этим ребятам килограмм золота. Но тут за дело взялись химики.
Химики и биологи всегда воевали между собой – это настоящие Монтекки и Капулетти научного мира. Химики могут более детализированно объяснить то, что биологи изучают более целостно. Два немецких химика – Фридрик Велер и Юстус фон Либих вместе со своим учителем – шведским ученым Йенсом Якобом Берцелиусом яростно ополчились против идеи о том, что какой-то микроб способен вырабатывать алкоголь. Вполне понятно, что химики считали брожение химической реакцией – самопроизвольным процессом, который происходит во фруктовом соке, если оставить его в покое. И никакие микробы для этого не нужны.
Эти ребята не были какими-нибудь шарлатанами. У них была репутация людей, которые всегда правы. Согласно некоторым источникам, именно Берцелиус начал называть молекулы, состоящие только из углерода, водорода, кислорода и азота, «органическими», поскольку их можно было найти в составе живых существ, и тем самым стал родоначальником органической химии – дисциплины, из-за которой столько школьников рассталось с надеждой стать врачами. Либиху принадлежит идея о том, что студенты должны изучать химию в настоящих лабораториях[38]. А вместе эта троица открыла химические изомеры – вещества, состоящие из одинаковых атомов, но обладающие разными характеристиками из-за различий в структурах соединения этих атомов. Говоря проще, представим, что, смешивая кулинарные ингредиенты в другом порядке, мы вместо пирога получаем колбасу[39].
А еще им было не чуждо чувство юмора. Когда Велер случайно синтезировал мочевину – один из основных компонентов урины, – он написал Берцелиусу письмо, фраза из которого позднее стала широко известной: «Я, так сказать, больше не в состоянии сдерживать свою химическую воду и должен сообщить тебе, что способен производить урину без помощи почки»[40].
Либих полагал, что, когда дрожжи умирают и разлагаются, возникает некое подобие вибрации, которая разрушает сахар, который затем превращается в этиловый спирт[41]. Идея была не более сумасшедшей, чем многие другие распространенные в то время представления. Поэтому, когда этот биолог-выскочка Шванн посмел не согласиться, Либих и Велер направили все силы своего разума на то, чтобы подорвать его авторитет – как при помощи науки, так и посредством жесткой сатиры. В выпускаемом ими научном журнале Annalen der Chemie und Pharmacie они анонимно опубликовали комическое описание дрожжей («имеющих форму перегонного сосуда»), наблюдаемых в микроскоп: «Говоря кратко, эти инфузории поедают сахар, выпуская из пищеварительного тракта алкоголь, а из мочеполовой системы – CO2». Крохотные волшебные существа, которые писают углекислым газом, а испражняются пивом? Вот уж увольте.
На заре существования микроскопов качество этих приборов оставляло желать лучшего, и работающие с ними ученые имели репутацию людей, которые видят то, чего на самом деле нет. И может показаться, что эти химики ошибались, но по сути они были не так уж и неправы[42]. Споры продолжались до середины XIX века, вызывая раздражение всех производителей алкоголя в мире – ведь им приходилось строить целую отрасль, полагаясь лишь на некую загадочную абстракцию. Пока все работало хорошо, это не имело большого значения. Но когда возникали проблемы, никто толком не знал, как их решать.
Вот вам пример: с 1800 по 1815 год из-за британской блокады тростниковый сахар из Вест-Индии и Азии не доставлялся во Францию. Поэтому Франции пришлось найти замену в виде сахарной свеклы – единственного растения помимо сахарного тростника, из которого довольно легко добыть сахар. К середине 1850-х годов регион Лилль на севере Франции стал лидером по производству алкоголя на основе сахарной свеклы – производству выгодному, но сопряженному с различными проблемами, аналогичными тем проблемам, с которыми сталкиваются производители вина и пива.
Один винодел из района Лилля – человек по имени Биджо – столкнулся с такой проблемой: в нескольких бродильных чанах вместо нормальной браги получалась кислая мутная жидкость, напоминающая по вкусу испорченное молоко. Биджо поделился этой бедой с сыном, и юноша ответил, что знает профессора в своем университете, который, возможно, сумеет помочь.
Ученого, о котором говорил сын Биджо, звали Луи Пастер, и было ему тогда всего двадцать пять лет. Он был непреклонным роялистом, имел репутацию человека, хорошо разбирающегося в кристаллах, и работал с изомерами – открытыми Берцелиусом веществами с одинаковым составом, но разной структурой молекул.
Работы Пастера с оптическими изомерами к 1854 году обеспечили ему место профессора в университете Лилля. Годом позже он начал изучать изомеризацию спиртов, содержащихся в перебродившем растворе свекловичного сахара. Он обнаружил, что два из обнаруженных изомеров являются зеркальными по отношению друг к другу. Это открытие заставило Пастера углубиться в изучение удивительных и непонятных химических процессов, происходящих при брожении.
Итак, Пастер согласился взглянуть на бочки Биджо. Поездка на фабрику произошла задолго до того, как была предложена техника пастеризации; до того, как были заложены основы микробной теории инфекционных заболеваний и установлена специфичность возбудителя бешенства, – до всех его многочисленных и великих открытий и достижений. В то время процесс, при котором образовывался алкоголь, назывался «спиртовым брожением». (Впрочем, он и сейчас так называется.) Но и образование уксусной и молочной кислоты (которая сквашивает овощи и молоко) тоже было похоже на брожение. Более того, некоторые исследователи смогли привести убедительные аргументы в пользу того, что гниение – порча и разложение – тоже является разновидностью брожения. (Сейчас все такие процессы объединены термином «ферментация»[43].) Каждый из этих процессов загадочным образом превращал одно вещество в иное вещество.
