У барной стойки. Алкогольные напитки как наука и как искусство

Итак, в конце концов и Пастер, и фон Либих оказались правы – некоторые вещества внутри живых дрожжевых клеток вызывают брожение, но и сами дрожжи определенно являются участниками процесса. В экспериментах Ганса и Эдуарда Бухнеров есть определенное изящество: для их проведения понадобилась совместная работа биолога и химика – представителей вечно противостоящих научных дисциплин. На то, чтобы в первом приближении понять, что именно происходит внутри дрожжевых клеток, понадобилось еще два десятилетия. Работы в этом направлении легли в основу совершенно новой области науки – биохимии.

Поняв, что дрожжи являются посредниками в процессе брожения, представители алкогольной отрасли оказались перед новым рядом вопросов. Почему в некоторых случаях брожение проходит более успешно, чем в других? Иными словами, какие дрожжи являются лучшими? В начале 1880-х годов – когда «дрожжевое противостояние» в научных кругах было в самом разгаре – изучением микробов занялся немецкий микробиолог Генрих Герман Роберт Кох. На его счету – разработка множества передовых технологий лабораторных исследований, среди которых – выращивание культур бактерий в чашках Петри и использование агара в качестве питательной среды. Эти революционные методики, ставшие в наше время стандартными, позволили Коху достичь выдающихся результатов – в частности, выделить бактерии, вызывающие сибирскую язву и туберкулез. Кох продолжал систематизировать свои предположения, и его разработки и сегодня используются при работе с этими микроорганизмами [53] .

53

Barnett and Barnett, Yeast Research, 29.

Осенью 1882 года лабораторию Коха посетил датский микробиолог Эмиль Христиан Хансен. Хансен работал на пивоваренном предприятии Carlsberg, авторитетном производителе классического лагера. В те годы компания столкнулась с проблемой горечи и неприятного запаха своей продукции. Хансен решил попробовать применить идеи Коха к пивным микроорганизмам. При помощи разработанных Кохом технологий ему в конце концов удалось выделить четыре разных штамма дрожжей, участвовавших в пивном брожении на предприятии Carlsberg. Проведя ряд экспериментов, он установил, что хорошее пиво получается только благодаря использованию штамма, обозначенного как «дрожжи низового брожения Carlsberg номер один». Остальные штаммы были исключены из производства [54] , и в 1908 году Хансен назвал этот штамм S. carlsbergensis [55] . (Биологи чрезвычайно щепетильны в вопросах названий; во времена, когда еще не были описаны геномные последовательности, эксперты по систематизации горячо обсуждали любые мельчайшие детали грибков – их внешнего вида и поведения, – чтобы определить, к каким видам они относятся [56] . Хансен думал, что обнаружил новый вид дрожжей, а вовсе не один из близких штаммов, и хотел отделить его от вида S. сerevisiae, который в процессе брожения всплывает на поверхность и годится для более плотного пива типа эля.) Штамм (или, если верить классификации Хансена, вид) Carlsberg – это дрожжи низового брожения, которые осаждаются на дно. С их помощью варится пиво типа лагер.

54

Ibid.

55

Ibid., 36.

56

Charles Bamforth. «Scientific Principles of Malting and Brewing» (St. Paul, Minn.: American Society of Brewing Chemists. 2006): 36.

На самом деле склонность некоторых видов дрожжей собираться в хлопья и опускаться во время брожения на дно – так называемая флокуляция – до сих пор представляет проблему для пивоваров и исследователей. Дрожжи для эля не собираются вместе, поэтому они всплывают на поверхность жидкости, а дрожжи, используемые для производства эля, весьма склонны к склеиванию, и образуемые ими хлопья тонут. Если вы используете дрожжи, чтобы изучать их рост в жидкой питательной среде, например в бражке, эта самая флокуляция доставит вам много хлопот. С клейкими дрожжами гораздо сложнее работать [57] . Но если вы пытаетесь создать конкретный вид пива или восстановить ваши дрожжи после получения браги – вам будет полезно знать, что это, черт возьми, за флокуляция такая.

57

Sebastiaan Van Mulders et al. «The Genetics Behind Yeast Flocculation: A Brewer’s Perspective». In: Yeast Flocculation, Vitality, and Viability. Proceedings of the 2^nd International Brewers Symposium, Alex Speers, ed. (St. Paul, Minn.: Master Brewers Association of the Americas, 2012): 36.

Оказывается, клеточные оболочки дрожжей верхового брожения отталкивают воду, что теоретически означает, что они более склонны прилипать к пузырькам углекислого газа и всплывать на поверхность [58] . Поверхности клеток дрожжей низового брожения покрыты ворсинками (их называют фимбриями), которые заставляют клетки приклеиваться друг к другу подобно колючкам репейника. Если удалить эти ворсинки, пропустив дрожжи через дезинтегратор (измельчитель, если попроще) [59] , то дрожжи больше не смогут «кучковаться» [60] .

58

R. Alex Speers. «A Review of Yeast Flocculation». In: Yeast Flocculation, Vitality, and Viability. Proceedings of the 2^nd International Brewers Symposium, Alex Speers, ed. (St. Paul, Minn.: Master Brewers Association of the Americas, 2012): 3.

59

Удалить ворсинки с поверхности дрожжевой клетки – задача очень сложная. Вряд ли пропускание через измельчитель позволит этого добиться. Скорее, дрожжи просто погибнут. Но сама по себе идея интересна. – Прим. ред.

60

Ibid., 5.

Дрожжи низового брожения для изготовления лагера – типа тех, что Хансен назвал S. сarlsbergensis, – в наше время обычно называют Saccharomyces pastorianus – дрожжи Пастера. Сегодня большинство пивоварен по всему миру используют именно этот тип дрожжей. По правде говоря, пивовары и виноделы не имеют ничего против флокуляции – благодаря ей проще извлекать дрожжи после того, как они переработали весь сахар. Возможно, именно поэтому после веков селекции штаммы пивных дрожжей склонны склеиваться в хлопья, а «дикие» штаммы обычно этого не делают [61] . Но вид S. pastorianus жил и процветал только благодаря пивной отрасли – без человека он бы не выжил. Никто не знал, откуда взялся этот вид дрожжей. Впрочем, и происхождение других видов было покрыто тайной – откуда они берутся в дикой природе? И как людям удалось найти дрожжи, с помощью которых можно делать хороший хлеб и хорошее пиво?

61

Chris White and Jamil Zainasheff. «Yeast: The Practical Guide to Beer Fermentation» (Boulder, Colo.: Brewers Publications, 2010): 27.

Именно этими вопросами уже в наше время задался ученый-генетик по имени Джастин Фэй. В начале 2000-х он начал собирать образцы дрожжей, обращаясь за ними к разным людям. Поступив на должность исследователя в Вашингтонский университет, он понял, что при помощи технологии секвенирования генома сможет получить ответы на некоторые из своих вопросов. «Мы имели на руках огромное количество информации о S. cerevisiae, добытой в результате многолетних лабораторных исследований. Но нам все равно было почти ничего не известно о происхождении этих микроорганизмов, – говорит Фэй. – Большинство образцов были получены из пекарен, пивоварен и виноделен. Какое-то время мы считали, что дрожжи – это одомашненный вид, как, например, собаки, рогатый скот или кукуруза». Но затем начали обнаруживаться образцы, которые не были получены в местах промышленного применения дрожжей. Люди стали размещать такие штаммы в хранилищах, подобных NCYC. Многие из таких образцов были взяты с деревьев, а некоторые – из больниц. «Вопрос был в том, являются ли эти дрожжи „одичавшими собаками“ – не „сбежали“ ли они с виноградника или пивоварни? Или же это дикие предки привычных нам дрожжевых штаммов?» – говорит Фэй.

Мы говорим об одомашнивании – процессе приручения чего-то дикого. Как объясняет Фэй, речь идет о «видах, специально модифицированных для того, чтобы они могли выполнять полезные функции для нашей пользы, решать наши конкретные задачи». Для этого недостаточно приручить и выдрессировать одно животное. Одомашнивание включает разведение и селекцию, в ходе которой на протяжении многих поколений на генетическом уровне происходит отбор наиболее подходящих к нашим нуждам свойств вида. Например, быки и коровы полностью одомашнены: человек употребляет в пищу их мясо и молоко, и в природе не существует диких коров. Фермерские свиньи не рождают диких кабанов. (Они отличаются клыками. И скверным нравом.)

Мы имеем довольно ясное представление о том, когда были одомашнены некоторые виды. В этом нам помогает секвенирование генома. Можно изучить различия между генами дошедших до нынешних времен одомашненных видов и родственных им диких видов – именно это Фэй надеялся проделать с генами дрожжей. Поскольку гены мутируют с известной скоростью, то чем больше различий в генах, тем больше времени прошло с момента разделения видов [62] .

Разница между дикими и одомашненными видами была лучше всего продемонстрирована одним классическим экспериментом, проведенным, кстати, не на микроорганизмах, а на довольно крупных млекопитающих. В 1953 году советский биолог Дмитрий Беляев, работавший в Новосибирском институте цитологии и генетики, решил узнать, как 15 000 лет назад волки превратились в собак [63] . Он обзавелся 150 дикими серебристо-черными лисицами, которых собрал в близлежащих пушных хозяйствах, и вместе со своими студентами и коллегами принялся за их разведение. Для эксперимента он выбирал только самых дружелюбных лисиц – тех, которые не боялись кормивших их людей и готовы были подходить к ним за едой (и не кусались), а не тех, которые в ужасе съеживались в глубине клеток. Всего через шесть поколений лисы Беляева были ручными, словно щенки. Они и были похожи на щенков – разной окраски, со свисающими ушами, игривые даже во взрослом возрасте [64] . Выведенные лисицы приобрели внешние характеристики домашних животных. Они были игривыми, и им навилось общество человека.

62

Следует заметить, что частота мутаций для разных организмов и даже для разных типов клеток может быть существенно различной. Для дрожжей за ориентир можно принять одно изменение гена на 6000 делений клетки. – Прим. ред.

63

Evan Ratliff. «Taming the Wild». National Geographic, March 2011, accessed September 7, 2013; http://ngm.nationalgeographic.com/2011/03/tam-ing-wild-animals/ratliff-text

64

На основе популяции серебристо-черных лисиц Дмитрием Беляевым и его коллегами была выведена группа лис, похожих по поведению на собак. Произошедшие в ходе эксперимента внешние изменения – появление у некоторых особей белых пятен из-за частичной потери меланина, а также закрученных хвостов и свисающих ушей – исследователи связывали с уменьшением уровня адреналина у лисиц из-за жизни в неволе. – Прим. пер.

Эксперимент Беляева все еще продолжается. В опытном хозяйстве содержится и контрольная группа обычных лис – специально отобранных, очень диких даже по сравнению с другими дикими собратьями, рычащих и скалящихся. За годы эксперимента сибирским исследователям удалось получить похожие результаты среди норок и крыс, и недавно генетики начали изучать ДНК лис, пытаясь связать изменения фенотипа в процессе одомашнивания с переменами, происходящими в генотипе животных. Это весьма сложная задача для любого признака, но особенно – для сложных типов поведения.

Эти эксперименты отражают исключительно рукотворные составляющие одомашнивания – то есть полученные человеком намеренно. Они не касаются более ранних непреднамеренных изменений, которые происходили, пока люди жили в осторожном симбиозе с существами, которые впоследствии были одомашнены. Но другие исследователи попытались заглянуть и за эту дверь. В одной из статей, вышедшей в 2003 году, венгерские биологи описывают эксперимент, аналогичный тому, который проводил Беляев. Они выращивали волчат и щенков-собак бок о бок. И те и другие выросли ручными. И те и другие оказались смышлеными. Но во время экспериментов по социальному взаимодействию обнаружилось, что собаки рассчитывали на помощь людей-хозяев, в то время как волки полагались только на свои силы. У них не было инстинктивного ощущения партнерства с человеком, отмечали исследователи. А собаки ожидали от людей поддержки и помощи [65] .

65

Jason G. Goldman. «Dogs, But Not Wolves, Use Humans as Tools», Scientific American Blogs, accessed September 7, 2013; http://blogs.scientificamerican.com/thoughtful-animal/2012/04/30/dogs-but-not-wolves-use-humans-as-tools/