لويس باستور - الرجل وأسطورة التكوين التلقائي الجزء الثالث

وهذه المرة سنخبرك كيف أنقذ باستور صناعة النبيذ الفرنسية

في عام 1854، عندما كان عمره 31 عامًا، انتقل باستور إلى جامعة ليل، حيث شغل منصب أستاذ الكيمياء وعميد العلوم. خلال السنوات التي قضاها في جامعة ليل، حقق باستور اكتشافاته الأولى المتعلقة بالكائنات وحيدة الخلية، وفي الوقت نفسه قام بتعليم صانعي النبيذ الفرنسيين كيفية صنع النبيذ عالي الجودة بطريقة فعالة وآمنة.

بعد عامين من وصول باستير إلى ليل، تم استدعاؤه للمساعدة من قبل بيجوت، الذي كان والد أحد طلاب الكيمياء في باستور. واجه بيغوت الأكبر مشكلة صعبة: فقد حاول تخمير عصير البنجر لإنتاج الكحول، كما كان معتادًا في ذلك الوقت. ولكن بدلاً من تدعيم عصير البنجر بالكحول، تلقى بيجوت حمض اللاكتيك في خزانات التخمير الخاصة به. حمض اللاكتيك ليس مثل الكحول على الإطلاق، خاصة في رأي سكان فرنسا، ووجد السيد بيجوت نفسه على وشك الإفلاس. وكان باستور أمله الأخير. كان بيجوت يأمل أن يتمكن باستور من حل اللغز وتكوين الكحول في خزانات تخمير عصير البنجر بدلاً من حمض اللاكتيك.

ومن أجل فهم الوضع بشكل أفضل في تلك السنوات، من المهم توضيح أن الكيمياء أصبحت بعد ذلك علمًا راسخًا وهامًا، على عكس الكيمياء التي سبقتها. نجح العديد من الكيميائيين في إنتاج مواد في أنبوب اختبار كان يُعتقد في السابق أن الكائنات الحية فقط هي التي يمكنها إنتاجها. أظهر كيميائي يدعى لافوازييه أنه يمكن تحويل السكر إلى كحول وماء وثاني أكسيد الكربون، وذلك ببساطة عن طريق تقطير محلول السكر على طبق من البلاتين الساخن. ومن السهل إذن أن نفهم لماذا اعتقد معظم العلماء في ذلك الوقت أن عملية تحول السكر إلى كحول التي تحدث في عصير البنجر أو عصير العنب، تحدث نتيجة تفاعلات كيميائية بسيطة، وليس لها أي علاقة بالكائنات الحية. . قرر الكيميائيون الخبراء في تلك الأيام أن السكر يتحلل إلى كحول أثناء عملية التخمير بسبب وجود اهتزازات تزعزع استقرار جزيء السكر. وأضافوا وحددوا أن هذه الاهتزازات يمكن أن تنتقل من صهاريج التخمير القديمة، وبالتالي استئناف عملية التخمير.

واليوم، بالطبع، أصبحنا نعرف أفضل. وتحدث عملية التخمر بسبب وجود الخميرة - وهي كائنات صغيرة وحيدة الخلية - في عصير العنب، أو عصير البنجر. تلتهم الخميرة الكمية الكبيرة من السكر الموجودة في العصير، وتقوم بتكسيرها لإنتاج الطاقة، وكمنتج ثانوي تنتج الكحول وتفرزه في المحلول. ولكن في تلك الأيام لم تكن الخميرة تعتبر ذات أهمية حقيقية في عملية التخمير. وكانت الخميرة الموجودة في النبيذ مرئية بالفعل تحت المجهر، لكن معظم العلماء زعموا أنها خلقت في عملية التخمير، أو أنها ليست أكثر من مجرد محفزات تؤدي إلى بداية التخمير.

واستندت هذه الآراء إلى تجارب سابقة، وقبل باستور لم يكن هناك علماء قادرون على مناقضة هذه الآراء بتجارب ناجحة. ولكن كما يوضح مناشدة السيد بيجوت لباستير، فإن تلك الآراء العلمية لم تساعد منتجي النبيذ والبيرة والخل. بالنسبة لهم، لم تكن هناك طريقة لمعرفة ما يخبئه العام المقبل. وفي سنة واحدة، سيكون هناك العديد من براميل التخمير لإنتاج النبيذ الفاخر، والباقي يتحول إلى خل. وفي العام التالي، ستنتج جميع البراميل محلولًا ضعيفًا من حمض اللاكتيك أو الخل. يمكن أن يصبح النبيذ حامضًا بشكل غير متوقع، أو يصبح مرًا، أو يفسد. في الواقع، لم تكن هناك طريقة للتحكم في صنع النبيذ أو مذاقه أو جودته. كل ما كان بوسع المنتجين فعله هو أن يعربوا عن أملهم في حظ سعيد في بداية كل سنة تخمير.

لقد تعمق باستور في سر تخمير النبيذ. كان يأتي كل يوم إلى مصنع بيجوت، حاملًا المجهر في يده، لفحص البراميل وعينات التخمير. أشارت مدام باستور بجفاف إلى أنه سيعود، "منقعًا حتى رقبته في عصير الشمندر" [د]. إن الخبرة التي اكتسبها باستير في استخدام المجهر ساعدته كثيرًا في دراسة التخمير أيضًا. وبالفعل في اليوم الأول، عندما فحص عينات عصير البنجر تحت عدسة المجهر، لاحظ نمو الكريات وظهور المزيد من الكريات في السائل. وقد تم العثور على هذه الكريات في عصير الشمندر الذي تخمر جيدا وتحول إلى كحول. لقد كانت الخميرة هي التي حولت السكر إلى كحول. وفي المقابل، اكتشف باستور في عصير البنجر الذي تحول إلى حامض اللبنيك، نوعا آخر من الكائنات الدقيقة، أصغر حجما وأطول من الخميرة. ستتولى هذه البكتيريا مهمة براميل التخمير وتحول السكر إلى حمض اللاكتيك، بدلاً من السماح للخميرة بتحويله إلى كحول.

أظهر باستير لبيجوت كيفية استخدام المجهر لفحص خزانات التخمير المختلفة. وأوضح له أنه إذا ظهرت البكتيريا في المحلول، فلن يخرج أي كحول من هذا البرميل. ولكن إذا كان هناك خميرة في العصير بدلاً من البكتيريا، فإن الكحول هو الذي يتم إنتاجه داخل البرميل.

نحن نعلم اليوم أن الخميرة والبكتيريا كائنات حية. ولكن كيف أثبت باستور ذلك؟

لقد شك باستور منذ البداية في أن هذه كائنات حية، وذلك بسبب النظرية التي كان يحاول الترويج لها، والتي بموجبها يرتبط عدم التماثل بالكائنات الحية. كان يعتقد أنه كما يتم إنتاج حمض الطرطريك اللولبي عن طريق الكائنات الحية، كذلك يتم إنتاج الكحول وحمض اللاكتيك ومجموعة متنوعة من المواد اللولبية عن طريق الكائنات الحية، وهي نفس الكرات والعصي. ومن أجل إثبات هذا الادعاء، أجرى باستور كعادته تجربة بسيطة وأنيقة. وكان أساس التجربة هو فرضية باستور بأن "البالونات" تستخدم السكر كغذاء، وتحوله إلى كحول. وقد أثبت باستور أنه كلما قل السكر في المحلول، زادت كتلة الخميرة في هذا المحلول. كما قام أيضًا بقياس المواد المذابة وثاني أكسيد الكربون في المحلول، وأظهر أنه من غير الممكن أن يتحول كل هذا السكر "المختفي" إلى ثاني أكسيد الكربون ومواد مذابة أخرى. ومن الواضح أن الخمائر هي التي تستخدم السكر لإنتاج الطاقة ولزيادة حجم الخلية وللانقسام المستمر.

وقد أظهر باستور بما لا يدع مجالاً للشك أن "التخمر الكحولي لا يحدث أبدًا دون أن يصاحبه تنظيم الخلايا وتطورها وانقسامها، أو استمرار حياة الخلايا الموجودة بالفعل". واعترف بأنه غير قادر على فهم العمليات المعقدة التي تحول الخميرة من خلالها السكر إلى كحول، لكنه ادعى بحق أن "الحقائق تظهر لي ببساطة أن كل التخمرات الحقيقية مرتبطة بالعمليات الفسيولوجية". [ه]

في أول مقال نشره باستور عن التخمير، وصف للجمهور المبهر في الجامعة كيف درس عملية التخمير بعمق، وكيف تمكن من عزل وتنمية المخمر الذي ينتج حمض اللاكتيك والمخمر الذي ينتج الكحول. وأوضح كيف كان قادرًا على إنشاء محلولين نقيين - أحدهما تنمو فيه تخمرات حمض اللاكتيك فقط، والمحلول الثاني الذي تنمو فيه تخمرات الكحول فقط. في المحلول مع تخمير حمض اللاكتيك، يتكون حمض اللاكتيك فقط. في المحلول مع تخمير الكحول يتكون الكحول فقط. كما أظهر أيضًا أن المتخمرات يجب أن تكون على قيد الحياة حتى تتمكن من العمل، وبذلك أظهر لأول مرة عملية البسترة، حيث يتم تسخين النبيذ أو الحليب إلى درجة حرارة عالية بما يكفي لقتل معظم الكائنات الحية في المحلول، ولكنها ليست عالية بما يكفي. لتدمير طعم وملمس الشراب. ولا تزال عملية البسترة موجودة حتى يومنا هذا، خاصة في الحليب المبستر، وهي تقتل معظم البكتيريا والفطريات وغيرها من الكائنات وحيدة الخلية التي يمكن أن تلحق الضرر بمعدتنا.

ومن خلال عرض تجارب باستور لعامة الناس، نكتشف أيضًا لأول مرة قدرته على أسر الجمهور بكلماته وتجاربه. كان باستير أستاذًا في الأداء العام والتواصل العلمي. لقد جعل كل فرد من الجمهور يفهم عملية البحث العلمي ويشعر كما لو كان هو نفسه يجري التجارب على المسرح. كان يجلب أبسط التجارب ويجريها، إن أمكن، أمام أعين الناس المندهشة من جميع مناحي الحياة. طوال حياته، استخدم باستور قدرته في تبسيط العلوم للجمهور واستخدمها لكسب القبول العام لنتائج أبحاثه. الكثير من الانتقادات الموجهة إليه اليوم تنبع من قدرة باستور على التلاعب بالسياسة المحيطة بأبحاثه وسحب الخيوط للحصول على الدعم لأبحاثه ومعارضة أبحاث خصومه. لقد كان رجلاً شجاعاً، نعم. طموح بالتأكيد ولا يرحم في سخريته وغضبه تجاه كل من لم يوافق على قبول تجاربه كحقيقة خالصة. ومن حسن حظ باستور - وحظنا - أنه بذل ما يكفي من الجهد وأجرى ما يكفي من التجارب ليثبت في نظره الاستنتاجات التي قدمها للجمهور. وبالفعل، فإن نفس الاستنتاجات لا تزال صالحة حتى اليوم، بعد أن أثبتها آلاف العلماء في آلاف التجارب المختلفة.

وقبل أن ننتهي من استعراض هذه الفترة من حياة باستور، سننظر إلى اكتشاف مهم آخر توصل إليه في نهاية بحثه عن التخمر. بين عامي 1857 و1863، نشر باستير مقالًا تلو الآخر حدد فيه المتخمرات التي تسبب التخمرات المختلفة، ووصف ظروف معيشتها وبالطبع - كيف يمكن قتلها. في عام 1861، تمكن باستور من إثبات أن الكائنات الحية الدقيقة التي تؤدي إلى تكوين حمض البيوتريك غير قادرة على العيش في بيئة بها أكسجين حر. وقد لاحظ هذه الظاهرة في تجربة روتينية قام خلالها بتقطير قطرة من مخمر حمض اللاكتيك على الزجاج، وفحصها تحت المجهر. ولاحظ أن هذه المتخمرات تحاول الانتقال إلى حافة القطرة، حيث تتعرض لأكسجين أكثر من الهواء. ومن ناحية أخرى، عندما قام بتقطير قطرة تحتوي على مواد متخمرة لحمض الزبد على الزجاج، لاحظ أن نفس المخمرات حاولت الابتعاد عن حافة القطرة والبقاء في المنتصف. وكان الاستنتاج الواضح أنهم تجنبوا الأكسجين الموجود في الهواء. وللتحقق من التشخيص، أجرى باستور تجارب إضافية أثبت فيها أن متخمرات حمض البيوتريك يمكنها العيش بدون الأكسجين - وفي الواقع، فإن التعرض للأكسجين يمكن أن يقتلها.

أطلق باستور على الميكروبات التي يمكنها العيش في وجود الأكسجين اسم "الكائنات الهوائية"، والميكروبات التي يمكنها العيش بدون الأكسجين باسم "اللاهوائية". وأصبحت هذه التعريفات منذ ذلك الحين أساس علم الأحياء الدقيقة، واليوم نتأكد من تحديد لكل كائن وحيد الخلية ما إذا كان هوائيًا أم لاهوائيًا. العديد من البكتيريا الخطيرة هي لاهوائية، بما في ذلك البكتيريا المسببة للكزاز.

عندما استخدم باستور أفكاره الجديدة واختبر الخمائر التي تؤدي إلى التخمر الكحولي، اكتشف أنها قادرة على العيش في وجود الأكسجين وبدونه. وكشف في الوقت نفسه عن أن الخميرة عندما لا تتعرض للأكسجين فإنها قادرة على تحويل السكر إلى كحول بكفاءة عالية جداً. عندما تتعرض الخميرة للأكسجين، لا تكون العملية فعالة ويتحول معظم السكر إلى ماء وثاني أكسيد الكربون. ولا يزال هذا التأثير يسمى "تأثير بيستر". أدى التطبيق العملي لتأثير باستور إلى تحسين عملية إنتاج النبيذ والبيرة. تلقى المصنعون تعليمات صريحة من باستور بضرورة التأكد من إغلاق خزانات التخمير الخاصة بهم جيدًا، حتى لا تسمح للخميرة بتنفس الأكسجين من الهواء وإفساد إنتاج الكحول.

عندما قرر باستور تحويل انتباهه إلى مسألة التكوين التلقائي في عام 1859، ترك وراءه ست سنوات من الأبحاث التي جعلت من فرنسا قوة نبيذ في أوروبا. بعد أن خسرت فرنسا الحرب الفرنسية البروسية في عام 1870، مكنت الأرباح الضخمة التي حققتها التجارة الكبيرة في النبيذ الفاخر فرنسا من دفع مبلغ الخمسة مليارات فرنك لألمانيا التي طالبت بها كتعويضات. وبالطبع أسعد النبيذ الممتاز قلب الأمة الفرنسية وترك طعمًا حلوًا حتى بعد الهزيمة الكبرى.

وغدًا سنختتم الفصل الذي يتناول مناقشة لويس باستور بالجزء د، حيث سنرى كيف أن كل ما تعلمناه في هذا الفصل يصل إلى حد دحض التنشئة العفوية ومحاربة باستور لتلك الأسطورة.

الجزء الأول من المقال
الجزء ب من المقال
الجزء د من المقال