לואי פסטר – האיש ואגדת ההיווצרות הספונטנית חלק ג'

והפעם נספר לכם כיצד הציל פסטר את תעשיית היין הצרפתית

בשנת 1854, בגיל 31, עבר פסטר לאוניברסיטת ליל (Lille), בה שירת כפרופסור לכימיה ודיקן למדעים. בשנותיו באוניברסיטת ליל עשה פסטר את התגליות הראשונות שלו הקשורות ביצורים החד-תאיים, ובה באותה העת לימד את יינני צרפת כיצד להכין יין באיכות גבוהה בצורה יעילה ובטוחה.

שנתיים לאחר הגעתו של פסטר לליל, הוא נקרא לעזרה על-ידי ביגוט, שהיה אביו של אחד מהסטודנטים לכימיה של פסטר. לביגוט האב היתה בעיה קשה : הוא ניסה להתסיס מיץ סלק ליצירת אלכוהול, כמקובל באותה התקופה. אך במקום שמיץ הסלק יועשר באלכוהול, קיבל ביגוט חומצה לקטית במיכלי ההתססה שלו. חומצה לקטית אינה דומה לאלכוהול כלל וכלל, במיוחד לדעתם של יושבי הבארים בצרפת, ומר ביגוט מצא את עצמו על סף פשיטת רגל. פסטר היה תקוותו האחרונה. ביגוט קיווה שפסטר יוכל לפתור את התעלומה ולגרום לאלכוהול להיווצר במיכלי ההתססה של מיץ הסלק, במקום חומצה לקטית.

כדי להבין טוב יותר את המצב באותן השנים, חשוב להסביר שהכימיה הפכה אז למדע מבוסס וחשוב, להבדיל מן האלכימיה שקדמה לה. כימאים שונים הצליחו לייצר במבחנה חומרים שבעבר סברו שרק יצורים חיים יכלו לייצרם. כימאי בשם לבואזיה הראה כי ניתן להפוך סוכר לאלכוהול, מים ופחמן דו-חמצני, פשוט ע”י טפטוף של תמיסת סוכר על לוח פלטינה מחומם. קל להבין, לפיכך, מדוע מרבית המדענים של התקופה סברו כי תהליך הפיכת הסוכר לאלכוהול המתרחש במיץ-סלק או במיץ-ענבים, מתרחש כתוצאה מתגובות כימיות פשוטות, וללא קשר ליצורים חיים. הכימאים המומחים של אותם הימים החליטו כי סוכר מתפרק לאלכוהול בתהליך ההתססה בשל נוכחותן של ויברציות שמערערות את מולקולת הסוכר. הם הוסיפו וקבעו כי ניתן להעביר את הויברציות הללו ממיכלי התססה ישנים, ובכך להתחיל מחדש את תהליך ההתססה.

כיום, כמובן, אנו יודעים טוב יותר. תהליך ההתססה מתרחש בשל נוכחותם של שמרים – יצורים חד-תאיים זעירים – בתוך מיץ-הענבים, או מיץ-הסלק. השמרים זוללים את הסוכר הרב שבמיץ, מפרקים אותו על מנת להפיק אנרגיה, וכתוצר לוואי הם מייצרים אלכוהול ומפרישים אותו לתמיסה. אך באותם הימים לא התייחסו לשמרים כאל בעלי-חשיבות של ממש בתהליך ההתססה. השמרים שביין אמנם היו גלויים לעין תחת המיקרוסקופ, אך רוב המדענים טענו כי הם נוצרו בתהליך ההתססה, או שהם לא יותר מהזרזים המביאים לתחילת ההתססה.

דיעות אלו היו מבוססות על ניסויים קודמים, ועד לפסטר לא קמו מדענים שהצליחו לסתור אותן בניסויים מוצלחים. אך כפי שפנייתו של מר ביגוט לפסטר מוכיחה, אותן דיעות מדעיות לא עזרו ליצרני היין, הבירה והחומץ. עבורם לא היתה דרך לדעת מה צופה השנה הקרובה. בשנה אחת, היו חביות התססה רבות מפיקות יין משובח, והיתר היו הופכות לחומץ. בשנה הבאה, היו עלולות כל החביות להפיק תמיסה חלשה של חומצה לקטית, או חומץ. היין היה עלול להפוך באופן בלתי-צפוי לחומץ, או להפוך מר, או להתקלקל. לא היתה, למעשה, כל דרך לשלוט על יצור היין, על טעמו או על איכותו. כל מה שיכלו היצרנים לעשות היה להצליב את אצבעותיהם ולקוות למזל טוב בתחילת כל שנת התססה.

פסטר נכנס לעומק הקורה של תעלומת התססת היין. מדי יום ביומו הוא היה מגיע למפעל של ביגוט, כשהמיקרוסקופ בידו, על מנת לבחון חביות ודגימות התססה. מאדאם פסטר ציינה ביובש כי הוא היה חוזר, “שרוי עד הצוואר במיץ סלק” [D]. הנסיון שרכש פסטר בשימוש במיקרוסקופ שירת אותו היטב גם בחקר ההתססה. כבר ביום הראשון, כאשר בחן את דגימות מיץ הסלק תחת עדשת המיקרוסקופ, הוא הבחין בכדורונים שגדלו והנצו כדורונים נוספים בתוך הנוזל. כדורונים אלו נמצאו במיץ הסלק שתסס היטב והפך לאלכוהול. אלו היו שמרים, שהפכו את הסוכר לאלכוהול. לעומתם, במיץ הסלק שהפך לחומצה לקטית גילה פסטר סוג אחר של יצורים קטנטנים, שהיו קטנים ומאורכים יותר מהשמרים. חיידקים אלו היו משתלטים על חביות ההתססה והיו הופכים את הסוכר לחומצה לקטית, במקום להניח לשמרים להפוך אותו לאלכוהול.

פסטר הראה לביגוט כיצד להשתמש במיקרוסקופ על מנת לבחון את מיכלי ההתססה השונים. הוא הסביר לו כי אם מופיעים חיידקים בתמיסה, הרי שמחבית זו לא יצא אלכוהול. אך אם במקום החיידקים, נמצאים שמרים במיץ, הרי שהאלכוהול הוא זה שייוצר בתוך החבית.

אנו יודעים כיום כי השמרים והחיידקים הם יצורים חיים. אך כיצד הוכיח זאת פסטר?

פסטר חשד מלכתחילה כי מדובר ביצורים חיים, עקב התיאוריה שניסה לקדם, לפיה א-סימטריה קשורה ביצורים חיים. הוא סבר שכשם שחומצה טרטרית כיראלית מיוצרת על-ידי יצורים חיים, כך גם האלכוהול, החומצה הלקטית ומגוון של חומרים כיראליים מיוצרים על-ידי יצורים חיים, שהם אותם כדורונים ומקלונים. על מנת להוכיח את הטענה, עשה פסטר ניסוי פשוט ואלגנטי, כדרכו. בבסיס הניסוי עמדה השערתו של פסטר היתה כי ה- 'כדורונים' משתמשים בסוכר בתור מזון, והופכים אותו לאלכוהול. פסטר הראה כי ככל שיש פחות סוכר בתמיסה, כך עולה מאסת השמרים שבאותה תמיסה. הוא גם אמד את המומסים ואת הפחמן הדו-חמצני בתמיסה, והראה כי לא יתכן שכל אותו סוכר ש- 'נעלם' הפך לפחמן דו-חמצני ולמומסים אחרים. ברור שהשמרים הם אלו שהשתמשו בסוכר להפקת אנרגיה, להגדלת נפח התא ולחלוקה מתמדת.

פסטר הראה מעבר לכל ספק כי, “התססה אלכוהולית אינה מתרחשת לעולם מבלי שתהיה מלווה בהתארגנות התפתחות וחלוקה של תאים, או המשך חייהם של תאים שכבר קיימים.”. הוא התוודה כי הוא אינו מסוגל להבין את התהליכים המורכבים בעזרתם הופכים השמרים סוכר לאלכוהול, אך טען בצדק כי, “העובדות מראות לי בפשטות שכל ההתססות האמיתיות קשורות לתהליכים פיזיולוגיים.” [E]

במאמר הראשון שפרסם פסטר אודות ההתססה, הוא תיאר בפני הקהל המרותק באוניברסיטה כיצד חקר את תהליך ההתססה לעומקו, וכיצד הצליח לבודד ולגדל את המתסיס הגורם ליצור חומצה לקטית ואת המתסיס הגורם ליצור אלכוהול. הוא הדגים כיצד ביכולתו ליצור שתי תמיסות טהורות – אחת בה גדלים רק מתסיסי חומצה לקטית, ותמיסה שניה בה גדלים רק מתסיסי אלכוהול. בתמיסה עם מתסיסי החומצה הלקטית, נוצרה אך ורק חומצה לקטית. בתמיסה עם מתסיסי האלכוהול נוצר אך ורק אלכוהול. הוא גם הראה שהמתסיסים חייבים להיות חיים על מנת לפעול, ובכך הדגים בפעם הראשונה את תהליך הפיסטור, במהלכו מחממים את יין או חלב לטמפרטורה גבוהה מספיק כדי להרוג את רוב האורגניזמים בתמיסה, אך לא מספיק גבוהה כדי להרוס את הטעם והמרקם של המשקה. תהליך הפיסטור קיים עד היום, בעיקר בחלב מפוסטר, והוא הורג את מרבית החיידקים, הפטריות והיצורים החד-תאיים האחרים שהיו יכולים להזיק לקיבתנו.

בחשיפתו של פסטר את ניסוייו לציבור הרחב אנו גם מגלים לראשונה את יכולתו לשבות את הקהל במילותיו ובניסוייו. פסטר היה אומן ההופעה בציבור וההסברה המדעית. הוא גרם לכל אדם בקהל להבין את תהליך המחקר המדעי ולהרגיש כאילו הוא עצמו עורך את הניסויים על הבמה. הוא היה מביא את הניסויים הפשוטים ביותר ועורך אותם, במידת האפשר, אל מול עיניהם המשתאות של אנשים מכל שכבות החברה. לכל אורך חייו נעזר פסטר ביכולתו לפשט את המדע עבור הקהל וניצל אותה כדי להשיג הסכמה ציבורית לתוצאות מחקריו. חלק גדול מהביקורת המוטחת בו כיום נבע מיכולתו של פסטר לתמרן את הפוליטיקה שמסביב למחקריו ולמשוך בחוטים כדי לקבל תמיכה במחקריו והתנגדות למחקרים של יריביו. הוא היה אדם אמיץ, כן. שאפתן, בהחלט, וחסר רחמים בלעגו ובחמתו כלפי כל מי שלא הסכים לקבל את ניסוייו כאמת צרופה. מזלו של פסטר – ומזלנו אנו – הוא שהוא עבד מספיק קשה וערך מספיק ניסויים כדי לבסס בעיניו את המסקנות אותן הציג לציבור. ואכן, אותן מסקנות תקפות גם היום, לאחר שאלפי מדענים הוכיחו אותן באלפי ניסויים שונים.

לפני שנסיים לסקור תקופה זו בחייו של פסטר, נתבונן בתגלית חשובה נוספת שערך בשלהי המחקר על ההתססה. בין השנים 1857 ל- 1863 פרסם פסטר מאמר אחר מאמר בהם זיהה את המתסיסים הגורמים להתססות שונות, ותיאר את תנאי המחיה שלהם וכמובן – כיצד ניתן לקטול אותם. בשנת 1861 הצליח פסטר להראות כי המיקרו-אורגניזמים המביאים ליצירת חומצה בוטירית אינם מסוגלים לחיות בסביבה עם חמצן חופשי. הוא הבחין בתופעה בניסוי שגרתי במהלכו טפטף טיפה עם מתסיסי חומצה לקטית על זכוכית, ובחן אותה במיקרוסקופ. הוא שם לב כי המתסיסים הללו משתדלים לנוע לאיזור קצה הטיפה, שם הם חשופים ליותר חמצן מהאוויר. לעומת זאת, כאשר טפטף טיפה עם מתסיסי חומצה בוטירית על הזכוכית, הוא הבחין כי אותם מתסיסים משתדלים להתרחק מקצה הטיפה ולהישאר במרכזה. המסקנה הברורה היתה שהם נמנעים מהחמצן שבאוויר. כדי לאמת את האבחנה, ערך פסטר ניסויים נוספים בהם הוכיח כי מתסיסי החומצה הבוטירית יכולים לחיות ללא חמצן – ולמעשה, שחשיפה לחמצן יכולה להרוג אותם.

פסטר כינה את המיקרובים שיכלו לחיות בנוכחות חמצן בשם 'אירוביים', ואת המיקרובים שיכלו לחיות ללא חמצן בשם 'אנאירוביים'. הגדרות אלו הפכו מאז לבסיס מדע המיקרו-ביולוגיה, וכיום אנו דואגים לציין עבור כל יצור חד-תאי האם הוא אירובי או אנאירובי. חיידקים מסוכנים רבים הם אנאירוביים, וביניהם החיידק הגורם למחלת הטטנוס.

כאשר השתמש פסטר בתובנות החדשות שרכש ובדק את השמרים המביאים לתסיסה אלכוהולית, הוא גילה כי הם מסוגלים לחיות גם בנוכחות חמצן וגם בלעדיו. יחד עם זאת, הוא חשף את העובדה כי כאשר השמרים אינם נחשפים לחמצן, הם מסוגלים להפוך סוכר לאלכוהול ביעילות גבוהה מאד. כאשר השמרים חשופים לחמצן, התהליך אינו יעיל באותה המידה ורוב הסוכר הופך למים ולפחמן דו-חמצני. אפקט זה נקרא עד היום 'אפקט פסטר'. היישום המעשי של אפקט פסטר הביא להשבחת תהליך יצור היין והבירה. היצרנים קיבלו מפסטר הוראות מפורשות כי עליהם להקפיד על אטימה טובה של מיכלי ההתססה שלהם, על מנת שלא לאפשר לשמרים לנשום חמצן מן האוויר ולקלקל את יצור האלכוהול.

כאשר החליט פסטר להעביר את תשומת לבו לסוגיית ההיווצרות הספונטנית ב- 1859, הוא הותיר מאחוריו מחקר בן שש שנים שהפך את צרפת למעצמת יינות באירופה. לאחר שצרפת הפסידה במלחמת צרפת-פרוסיה ב- 1870, הרווחים העצומים שהתקבלו מהסחר הגדול ביינות משובחים אפשרו לצרפת לשלם לגרמניה את 5 מיליארד הפרנק שדרשה זו כפיצוי. וכמובן, היינות המצויינים שימחו את לבב האומה הצרפתית והשאירו טעם מתוק גם לאחר התבוסה הגדולה.

מחר נחתום את הפרק הדן בלואיס פסטר עם חלק ד', בו נראה כיצד כל מה שלמדנו בפרק זה מסתכם בהפרכת ההיווצרות הספונטנית ובמאבקו של פסטר באותו מיתוס.

חלק א' של המאמר
חלק בי של המאמר
חלק ד' של המאמר