Феномен Зельмана Ваксмана: внесок видатного мікробіолога українського походження у глобальний розвиток агрономії

Сучасне високоефективне сільське господарство сприймає родючість ґрунту як належне. Ми розраховуємо дози азоту, фосфору та калію, підбираємо біопрепарати й оптимізуємо комерційне компостування. Проте мало хто з практиків агробізнесу задумується, що науковий фундамент цих процесів заклала одна людина – видатний мікробіолог та біохімік Зельман Абрахам Ваксман.

У світовій історії він закарбувався насамперед як творець стрептоміцину – першого ефективного антибіотика проти туберкульозу, за що у 1952 році отримав Нобелівську премію з фізіології та медицини. Але для аграрної науки Ваксман – це передусім «людина землі». Усе своє наукове життя він присвятив вивченню мікроскопічного населення ґрунту. Саме завдяки його праці агрономи світу зрозуміли: ґрунт – це не мертва геологічна маса, а складна жива екосистема.

Особливою гордістю для нас є те, що цей велетень світової науки має глибоке українське коріння. Його шлях до світового визнання розпочався серед безкраїх полів українського Поділля.

Дитинство серед подільських степів та перші життєві іспити

Зельман Ваксман народився 22 липня 1888 року в містечку Нова Прилука Бердичівського повіту Київської губернії (нині це територія Липовецької громади Вінницької області). Батько хлопчика, Яків Ваксман, орендував і обробляв кілька невеликих ділянок землі та будинків, а мати, Фрадія Лондон, тримала скромну крамничку промтоварів.

Майбутній вчений ріс в оточенні мальовничої та щедрої української природи. Через багато років, уже живучи за океаном, у своїх мемуарах «Моє життя з мікробами» (My Life with the Microbes) Ваксман із теплотою згадував рідний край:

«Я народився в понурому містечку, лише краплинці у безкрайому степу… Влітку на цих безмежних полях росли пшениця, жито, ячмінь, овес. Взимку степ вкривав сніг».

Він детально описував незабутні аромати квітучих вишневих, черешневих та яблуневих садів Вінниччини. Саме це близьке знайомство із землею та спостереження за фермерською працею заклали в підліткові глибокий інтерес до хімічної та біологічної природи ґрунтів.

Юність Зельмана не була простою. Через тогочасні дискримінаційні закони російської імперії («відсоткову норму» для євреїв) талановитий хлопець не міг вільно вступити до державної гімназії. Початкову освіту він здобував у місцевому хедері та з приватними репетиторами, яких наймала турботлива мати. Зельман виявився напрочуд обдарованим і самостійним: уже з 10 років він сам заробляв на життя репетиторством, навчаючи грамоти молодших дітей, а у 16 років організував у Новій Прилуці безкоштовну вечірню школу для бідних сільських малюків.

Після раптової смерті матері юнак зрозумів, що на батьківщині у нього немає наукового майбутнього. У 1910 році, успішно склавши іспити екстерном за повний курс знаменитої Одеської п’ятої гімназії, Зельман купує квиток на корабель і назавжди емігрує до США.

Американські університети та вибір аграрного вектора

Прибувши до Філадельфії, Ваксман оселився у своїх двоюрідних сестер, які мали невелику ферму в штаті Нью-Джерсі. Фізична праця серед грядок та в курнику знову повернула його думки до агронауки. У 1911 році він вступає до Ратґерського коледжу (нині Ратґерський університет).

Великий вплив на формування молодого вченого здійснив тодішній керівник Нью-Джерсійської сільськогосподарської експериментальної станції, також виходець з України (з Бережан на Тернопільщині) – професор Джекоб (Яків) Ліпман. Саме Ліпман переконав Зельмана обрати сільськогосподарський напрям і зацікавив його бактеріологією ґрунтів.

У 1915 році Ваксман здобуває ступінь бакалавра з сільського господарства. Працюючи помічником у теплицях Ратґерса за мізерні 20 центів за годину, він паралельно проводить дослідження для магістерської роботи, фокусуючись на маловивченій групі організмів – актиноміцетах (променевих грибах). Згодом, у 1918 році, в Каліфорнійському університеті в Берклі він захищає докторську дисертацію з біохімії ґрунту і повертається до Ратґерса, де присвячує наступні чотири десятиліття науковій та викладацькій діяльності.

Основні досягнення в агросекторі: революція під нашими ногами

Хоча широкому загалу Ваксман відомий завдяки медицині, його фундаментальні відкриття лежать саме в площині агрономії та ґрунтознавства. До його праць мікробіологія ґрунту була описовою наукою. Ваксман перетворив її на точну, прикладну дисциппліну.

1. Перевідкриття Актиноміцетів (Actinomycetota)

Тривалий час агрономи вважали, що головну роль у родючості відіграють виключно бактерії та великі гриби. Ваксман довів, що колосальну, а часом вирішальну роль у житті ґрунту відіграють актиноміцети (нитчасті бактерії). Він першим детально класифікував їх, вивчив їхню топографію в різних типах ґрунтів та описав їхню здатність розкладати складні органічні сполуки.

2. Секрети гумусоутворення та компостування

У 1936 році Ваксман видав монографію «Гумус: походження, хімічний склад і значення в природі» (Humus: origin, chemical composition, and importance in nature), яка миттєво стала біблією для агрохіміків світу. Він розкрив точний механізм розпаду рослинних і тваринних решток, пояснив, як утворюється стабільний гумус і як мікроорганізми роблять зв’язаний азот та фосфор доступними для кореневої системи культурних рослин. Його розробки лягли в основу технологій промислового вирощування грибів (печериць) та швидкого дозрівання органічних компостів.

3. Окислення сірки та мінералізація

Спільно з колегами (Дж. Джоффом та Р. Старкі) Ваксман детально вивчив кругообіг сірки в природі та виділив специфічні бактерії, здатні окислювати сірку в ґрунті. Це відкриття дозволило розробити технології меліорації солонців та залужнених ґрунтів за допомогою внесення елементарної сірки, що досі практикується у багатьох країнах світу із посушливим кліматом.

4. Термін «Антибіотик» та ветеринарна революція

Саме Зельман Ваксман у 1941 році запропонував використовувати слово «антибіотик» для позначення речовин, які виробляють одні мікроорганізми для пригнічення інших. Виділений його аспірантом Альбертом Шацом у лабораторії Ваксмана у 1943 році стрептоміцин став початком нової ери.

Для агросектору та тваринництва це означало справжній прорив. Антибіотики стрептоміцинового та неотриманого згодом неоміцинового ряду стали головною зброєю ветеринарів у боротьбі з маститами великої рогатої худоби, легеневими інфекціями свиней та шлунково-кишковими хворобами птиці, що дозволило зберегти мільйонні поголів’я.

Внесок і спадщина: від підручників до біотехнологій

Наукова спадщина Ваксмана вражає: понад 400 фундаментальних наукових статей, 28 книг та 14 наукових брошур. Його капітальна праця «Принципи мікробіології ґрунту» (Principles of Soil Microbiology, 1927 р.) впродовж майже пів століття вважалася головним підручником для аграрних вишів США та Європи.

Завдяки патентам на антибіотики Ваксман став заможною людиною. Проте, демонструючи неймовірну великодушність, більшу частину своїх роялті він передав Ратґерському університету для створення Інституту мікробіології (який зараз носить його ім’я).

Сьогодні, коли світовий агросектор переживає бум використання біопрепаратів – від азотфіксаторів до мікоризних грибів та біофунгіцидів на основі Streptomyces – ми безпосередньо користуємося плодами праці Ваксмана. Сучасні концепції регенеративного землеробства (Regenerative Agriculture) та біологізації ґрунтів цілком базуються на його тезах про збереження мікробіологічного різноманіття землі.

Цікаві факти з життя вченого

• Невдача на іспиті, що змінила долю: готуючись складати іспити екстерном у Житомирській гімназії, юний Ваксман «зрізався» на географії. Суворий екзаменатор запитав його, яка річка тече в Берліні. Перенервувавши, хлопець забув назву Шпрее. Цей провал закрив йому шлях до навчання в Україні, змусивши згодом шукати щастя в Одесі, а потім – в Америці.
• Бідність на старті: на першому курсі Ратґерса майбутній нобелівський лауреат жив у крихітній кімнатці при університетській фермі за 3 долари на місяць. Щоб зекономити на їжі, він купував на місцевому ринку биті яйця, які коштували всього 11 центів за дюжину.
• Повернення на Батьківщину: У 1924 році Ваксман разом із дружиною Деборою (яку ласкаво називав Боболі) відвідав Європу та заїхав у рідну Нову Прилуку. Проте візит до радянської України залишив важкий відбиток: розруха після Громадянської війни, бідність та руйнування колишнього ладу глибоко засмутили вченого. Попри це, він ніколи не цурався свого коріння і з гордістю зазначав місце народження у всіх офіційних анкетах.
• Щедрість Нобелівського лауреата: отримавши Нобелівську премію, Ваксман виділив значну частину особистих коштів для створення спеціального стипендіального фонду в Ратґерському університеті. Ця стипендія призначалася виключно для студентів-емігрантів або їхніх дітей, щоб допомогти талановитій молоді, яка опинилася в таких же скрутних умовах, як і він сам у 1911 році.
• «Запах дощу»: саме Ваксман та його колеги дослідили хімічну природу речовини геосмін – органічної сполуки, яку виділяють ґрунтові актиноміцети. Це той самий неповторний і улюблений багатьма «запах чистої землі після дощу».

Зельман Абрахам Ваксман пішов із життя 16 серпня 1973 року в місті Гаянніс (штат Массачусетс). Проте щоразу, коли сучасний комбайнер виходить у поле, а агроном оцінює стан ґрунтової біоти, вони невидимо взаємодіють зі спадщиною великого сина подільської землі, який навчив людство чути дихання рідної планети.

Підготував Петро Коцьолок