Михаил Семёнович Цвет (1872-1919)

Михаил Семёнович Цвет

Замечательный русский ботаник Михаил Семёнович Цвет известен своими исследованиями хлорофилла. Он является творцом нового метода анализа вещества - адсорбционного метода хроматографического анализа, открывшего широчайшие возможности для тонкого химического исследования. Метод хроматографического анализа осуществляет заветную мечту химиков - разделить смесь на компоненты до её анализа. Он даёт возможность открыть искомое вещество в смеси многих родственных химических веществ там, где обычные химические методы оказываются совершенно бессильными: в промышленности органических соединений, в биохимии и в других отраслях науки и техники. В силу исторической случайности адсорбционный метод хроматографического анализа, полностью разработанный М. С. Цветом и успешно им применённый практически, был в забвении почти 30 лет. Лишь начиная примерно с 1931 г., метод М. С. Цвета стал находить всё более и более растущее применение во многих областях науки. Сейчас этот метод признан по своему значению совершенно исключительным. На основе его возникла обширная химия каротиноидов, развёртываются работы большой практической важности по исследованию пигментов жёлчи и порфиринов; исследуются физиологически важные пигменты - флавины и т. д. Метод Цвета применяется при контроле продуктов и товаров. В будущем он найдёт ещё и другие важные применения.

Михаил Семёнович Цвет родился 19 мая 1872 года в итальянском городке Асти. Мать его была итальянка, Мария Дороццо; отец, Семён Николаевич Цвет, был русский. Одну из книг своих М. С. Цвет посвящает отцу: "Мыслителю и деятелю". Учился М. С. Цвет в Швейцарии, сперва в колледже в Лозанне, затем в Женеве и в 1891 г. поступил на факультет естествознания Женевского университета. Здесь он проявил особый интерес к химии, физике и ботанике. Особенно много времени он проводил в лаборатории общей ботаники. Уже в 1893 г., при переходе на третий курс университета, М. С. Цвет собрал материал для серьёзной анатомической работы по стеблю паслёновых и выполнил её настолько удачно, что она была премирована Женевским университетом. Несколько лет спустя М. С. Цвет опубликовал её в печати. В лаборатории общей ботаники М. С. Цвет работал и над своей докторской диссертацией, которую защитил в 1896 г. Тема диссертации была из области клеточной физиологии; в ней М. С. Цвет впервые столкнулся с вопросом о строении хлорофильного зерна, того органа клетки, который является единственным носителем хлорофилла - зелёной окраски растения. А с зелёной окраской неразрывно связана способность растения к великому синтезу, совершающемуся в природе, - к образованию углеводов из углекислого газа и воды.

Сидя на студенческой скамье, М. С. Цвет узнал на лекциях о том, каким энергичным химическим воздействиям ботаники того времени подвергали растительный зелёный материал, чтобы извлечь из него для исследования зелёный пигмент. Так, например, согласно Ганзену, рекомендовалось спиртовую вытяжку из зелёного листа кипятить в течение трёх часов с едким кали. Сознание неудовлетворительности такого рода методов и исследований, видимо, ещё в эти ранние годы отложило свой след в уме М. С. Цвета. Он понял, что в результате таких процедур в руках учёных оказывались не естественные составные части хлорофильного зерна, а искусственные продукты, артефакты.

Переехав после окончания университета в Петербург, М. С. Цвет получил должность научного работника в Петербургской биологической лаборатории, за год до того учреждённой П. Ф. Лесгафтом. И хотя в отчёте лаборатории за 1897 г. мы читаем, что её сотрудник М. С. Цвет в отчётном году занимался "изучением вопроса о значении гемоглобина и хлорофилла и вообще анатомией и физиологией растений", его особенно занимал хлорофилл. В 1898 г. М. С. Цвет опубликовал небольшую работу под заглавием "Гемоглобин и хлорофилл. В каком направлении желательно изучение последнего тела". Вслед за тем одна за другой появляются характерные для М. С. Цвета очень короткие сообщения о его работах. Лишь за небольшими исключениями они отклонялись от уже им избранного направления. В редкие годы не появлялось ни одной работы М. С. Цвета; иногда он давал за год даже 5-7 работ. Заглавия их нередко бывали очень выразительны: "Снова о филлоксантине", "Существует ли зелёное вещество, называемое хлорофиллом?", "Так называемый кристаллический хлорофилл - смесь", "Двойственность хлорофиллинов", "К познанию растительного хамелеона". Переехав в Петербург, М. С. Цвет - ещё очень молодой учёный - привлекает к себе внимание крупнейших русских ботаников. Академик А. С. Фаминцын, научные интересы которого лежали как раз в областях, к которым М. С. Цвет подошёл так близко, предоставил ему возможность работать в своей лаборатории. В 1900 г. И. П. Бородин, М. С. Воронин и Д. И. Ивановский провели М. С. Цвета в члены Петербургского общества естествоиспытателей. Здесь уместно указать, что прекрасные личные отношения с Бородиным не помешали М. С. Цвету впоследствии с большой горячностью развенчать "бородинские кристаллы хлорофилла", так много нашумевшие в своё время. С большой убедительностью Цвет доказал, что эти кристаллы являются не естественным пигментом зелёных частей растений, а результатом воздействия на естественные пигменты различными средствами их обработки.

К 1901 г. М. С. Цвет подготовил свою русскую магистерскую диссертацию "Физико-химическое строение хлорофильного зерна. Экспериментальное и критическое исследование". В Казани он сдал магистерский экзамен и в сентябре защитил диссертацию. Защита эта надолго осталась в памяти тех, кто на ней присутствовал. Помимо того, что она по существу прошла прекрасно, М. С. Цвет проявил на ней в полной мере присущий ему талант блестящего лектора, любившего и умевшего мастерски обставить своё выступление. Вся манера его держаться была артистична, и по общей приподнятости настроения заседание факультета больше походило на празднование юбилея, чем на защиту диссертации.

К январю 1902 г. М. С. Цвет переехал в Варшаву, где вначале занимал скромную должность сверхштатного лаборанта, а затем ассистента и приват-доцента в университете. Через пять лет он получил профессуру по ботанике и агрономии в Варшавском ветеринарном институте, а после того как в 1908 г. он был избран профессором ботаники и микробиологии в Варшавском политехническом институте, он в 1909 г. оставил работу в университете. В ноябре 1910 г. М. С. Цвет защитил диссертацию на степень доктора ботаники под заглавием "Хлорофиллы в растительном и животном мире". Работа эта была удостоена Академией наук большой премии имени Ахматова. За последующие годы М. С. Цвет опубликовал ещё несколько работ. К 1914 г. число их достигло 62. Но разразилась мировая война. Политехнический институт спешно эвакуировался из Варшавы в Нижний Новгород. М. С. Цвет при этом потерял своё имущество и ценную библиотеку. Здоровье его вообще не отличалось крепостью, а после этих невзгод оно было подорвано ещё больше. На новом месте ему не удалось наладить работу, и 26 июня 1919 года он умер, в сущности совсем ещё молодым человеком, на пороге новых успехов и достижений.

Основные работы М. С. Цвета относятся к исследованию хлорофилла. Когда он приступал к ним, сведения о хлорофилле были ещё очень скудны, и даже элементарный состав его был недостаточно известен. Так, например, считалось, что он содержит железо, и не было известно, что в нём содержится магний. В терминологии господствовала неопределённость: хлорофиллом называли и сумму пигментов, которые переходят в спиртовой раствор из листьев (а кроме зелёного пигмента, в листьях содержится ещё и жёлтый), и тот изумрудно-зелёный пигмент, который различными приёмами удавалось выделить из этого раствора. М. С. Цвет, энергично поддерживая К. А. Тимирязева, считал необходимым сохранить термин "хлорофилл" за суммой всех пигментов зелёного листа, а зелёный пигмент без каких-либо примесей называть хлорофиллином. При этом М. С. Цвету удалось показать, что в -пластиде содержится не один зелёный пигмент, а два, и что в сущности только один из них зелёного цвета, - его он назвал хлорофиллин β, а другой - хлорофиллин α - синего цвета. Он, кроме того, показал, что в спиртовой вытяжке из зелёного листа, кроме ранее известного жёлтого пигмента, так называемого "ксантофилла", имеется целый ряд других жёлтых и оранжевых пигментов (ксантофиллины и каротиноиды).

Как же удалось М. С. Цвету разобраться в такой сложной смеси разнообразных пигментов, какими приёмами сумел он разделить такие близкие по окраске пигменты, как β и α зелёные хлорофиллины, и не только установить их существование, но и выделить их в чистом виде?

Считая недопустимым подвергать исследуемые вещества сильным химическим воздействиям, М. С. Цвет упорно искал физического (а не химического) метода выделения из смеси отдельных веществ. В 1900 г. он выступил со статьёй, в которой впервые высказал идею о значении адсорбции (поглощение поверхностными слоями вещества) в явлениях, которые он изучал. Статья была озаглавлена "Хлорофиллины и метахлорофиллины". В ней он говорил, что "хлорофиллины не извлекаются из листьев чистым бензином не потому, что они были бы в нём нерастворимы, а потому, что они удерживаются в хлоропластах молекулярными силами... Но достаточно прибавить к бензину одну сотую спирта, чтобы молекулярные силы были преодолены, и все пигменты переходят в раствор". В доказательство правильности такого объяснения действия примеси спирта к бензину М. С. Цвет привёл такой опыт: "Растёртая ткань листа обрабатывается на холоду 40%-ным спиртом и затем высушивается при той же температуре. Если бы спирт действовал химически на пигменты, превращая их из нерастворимых в растворимые в бензине, - ткань, обработанная спиртом, должна была бы после удаления последнего обесцвечиваться в бензине. Между тем, после вышеуказанной манипуляции листья отдают бензину только каротин, точь в точь как в свежем или прямо высушенном листе". Этот опыт можно несколько видоизменить, и тогда основная мысль М. С. Цвета будет ещё резче подтверждаться. В спиртовую вытяжку хлорофилла можно положить кусочки фильтровальной бумаги, полотна или крахмала. Пигменты будут этими веществами поглощены, и в дальнейшем будут в отношении бензина вести себя так же, как когда они находятся в хлоропласте. Силы, которые удерживают пигменты в хлоропласте, в полотне, в фильтровальной бумаге, в крахмале и тому подобном, "должны быть отнесены к категории адсорбционных".

Те же мысли М. С. Цвет проводил и в ряде последующих своих работ и окончательно завершил их в своей книге "Хромофиллы в растительном и животном мире". Метод, который он создал для исследования хлорофилла, М. С. Цвет назвал адсорбционным хроматографическим методом. Но по существу этот метод применим и к неокрашенным веществам, и название "хроматографический" имеет больше историческое значение. Сам М. С. Цвет по этому вопросу высказывался совершенно определённо и в очень ясной форме: "Всё цветное естественно привлекает наше внимание, и естественна же склонность наша усматривать в определённой окраске веществ особенную преднамеренную целесообразность. Отсюда и возникают порою лжепроблемы. Ведь нет основания приписывать какому-либо веществу особые физиологические или онкологические свойства только потому, что вещество это для глаза человеческого является окрашенным. С точки зрения объективной все вещества "окрашены": белок, сахар и вода так же, как антоциан или хлорофилл; только главные поглощения лучистой энергии падают на другие спектральные участки. Целесообразна ли эта, всегда имеющаяся окраска, т. е. необходима или вообще полезна ли она для поддержания жизни данного существа - это должно быть установлено эмпирическим путём для каждого отдельного случая. Сама по себе субъективная окраска не имеет ровно никакого значения".

Идея, на которой основывается хроматографический адсорбционный метод, очень проста. Раствор смеси веществ, которые желают разделить, пропускают через стеклянную трубку, заполненную веществом, различно адсорбирующим эти вещества.

Для многих пигментов, в частности для хлорофилла, наилучшей адсорбирующей средой является свежеосаждённый и тщательно в течение двух часов при 150° С высушенный порошкообразный углекислый кальций. Так же хороша для этой цели сахароза. Во всяком случае адсорбент должен быть химически совершенно индифферентным к веществам исследуемой смеси.

Поступая в трубочку с адсорбентом, смесь будет разделяться потому, что различные составные части смеси по-разному взаимодействуют с адсорбентом, и те из них, у которых адсорбционное сродство с адсорбентом больше, будут поглощены раньше; вещество, менее адсорбирующееся, будет поглощаться в более удалённых слоях адсорбента. Так, вдоль адсорбента, заключённого в трубочке, отдельные пигменты расположатся слоями, и их можно будет подвергнуть исследованию каждый в отдельности. Может показаться, что таким путём трудно достичь строгого разделения компонентов смеси, что разделение будет более или менее частичным. Однако это не так. При непрерывном протекании раствора через адсорбент обнаруживается замечательное явление: вещество с большим сродством к адсорбенту вытесняет вещество с меньшим к нему сродством. Поэтому вещества, слабо адсорбирующиеся и застрявшие в зоне сильно адсорбирующихся веществ, будут скоро оттеснены на своё место, в свою зону.

Если затем через профильтрованную таким образом смесь пигментов пропустить чистый растворитель (один или несколько раз последовательно), то разделение пигментов будет ещё более чётким. Зоны отдельных пигментов сместятся вдоль трубки и совсем отделятся друг от друга, так как растворитель смещает их не в одинаковой мере. Столбик адсорбента, в котором поперечными полосками распределены отдельные пигменты, называется хроматограммой. Если от хроматограммы тщательно отсосать растворитель и вытолкнуть из трубки, то её можно острым ножом рассечь на отдельные ломтики, соответственно зонам, поглотившим отдельные пигменты, и затем подвергнуть их исследованию каждый в отдельности.

Своим адсорбционным хроматографическим методом М. С. Цвет исследовал целый ряд веществ, но особенно плодотворно он работал по установлению состава хлорофилла, т. е. всей смеси пигментов, которые содержатся в зелёном листе. Исследовал он также пигменты различно окрашенных цветных водорослей. Наперекор взглядам, принятым в его время в науке, он показал огромную сложность состава растительных пигментов, и некоторые из результатов его работы были признаны ещё при его жизни и были развиты дальше. Это в первую очередь касается открытых им двух хлорофиллинов, существование которых было позднее подтверждено зарубежными химиками. Что касается самого метода, то при жизни М. С. Цвета ему пришлось встретиться с несправедливым к нему отношением. Так, австрийский химик Мархлевский, с которым М. С. Цвет обменивался полемическими статьями, считал этот метод настолько примитивным, что не допускал мысли при помощи его получить достоверные результаты. У очень многих работы М. С. Цвета вызывали "молчаливое недоверие". И хотя ещё в 1912 г. в больших биохимических руководствах были помещены статьи об адсорбционном хроматографическом методе М. С. Цвета, особенного применения этот метод в те годы не имел. В 1928 г. вышел большой труд Вильштеттера по энзимам, где широко использовался метод М. С. Цвета. Начиная с 1931 г., он быстрыми шагами стал прокладывать себе пути в самые разнообразные области исследования. Ныне его применяют физики, биохимики, физиологи и т. д. За самое последнее время он завоевал себе право гражданства в области изучения витаминов и гормонов, и ту простоту, "примитивность", которую некогда ставили в упрёк М. С. Цвету, теперь все относят к числу важнейших достоинств его метода.

С помощью хроматографического адсорбционного метода М. С. Цвета теперь производятся: определение степени чистоты индивидуальных продуктов; очистка их от примесей; разложение сложных естественных веществ на компоненты и выделение этих компонент; установление тождественности или различия весьма родственных веществ; контроль продуктов и товаров.

Испытание однородности вещества методом М. С. Цвета даёт большую точность, чем другими методами, принятыми в практической химии. Классический метод очистки вещества от примесей путём фракционированной кристаллизации во многих случаях уступает адсорбционному методу. В биохимии, где выпаривание, применяемое для очистки веществ, нередко просто невозможно ввиду чувствительности биохимических веществ к изменениям температуры, адсорбционный метод даёт в руки биохимику надёжнейшее средство исследования. Именно с его помощью был выделен уроптерин из мочи, выделен из растений витамин Е и т. д.

За последние годы область хроматографии значительно расширилась. Наблюдения хроматограмм в свете так называемой люминесценции при возбуждении ультрафиолетовыми лучами открыли возможность анализировать таким способом и бесцветные вещества.

Хотя прямых учеников у М. С. Цвета не было, но значительность его вклада в науку создала в настоящее время целую школу, связанную с его именем и успешно развивающую начатое им дело.

Главнейшие труды М. С. Цвета: Гемоглобин и хлорофилл. В каком направлений желательно изучение последнего тела, "Известия Спб. Биологической лаборатории", 1898, т. II, вып. 3; Хлорофиллины и метахлорофиллины, "Труды Спб. общества естествоиспытателей", 1900, т. 31, вып.I; Физико-химическое строение хлорофильного зерна. Экспериментальное и критическое исследование, "Труды Казанского общества естествоиспытателей", 1901, т. 35, вып. 3 (магистерская диссертация); Хромофиллы в растительном и животном мире, Варшава, 1910 (докторская диссертация); Современное состояние химии хлорофилла, "Журнал Русского физ.-хим. общества", 1912, № 44; Хроматографический адсорбционный анализ (Избранные работы), изд. АН СССР, 1946.

О М. С. Цвете: Свешников Б. Я., Хроматографический и люминесцентный адсорбционный анализ по методу М. С. Цвета, "Природа", 1941, №6; Рихтер А. А. и Красносельская Т. А., Роль М. С. Цвета в создании хроматографического адсорбционного анализа (в кн. М. С. Цвет, Хроматографический адсорбционный анализ, 1946); Свешников Б. Я., Современное состояние хроматографического анализа (там же).