Анатолий Смородинцев - Мир микробов
Антибиотикам микробного происхождения предстоит большое будущее в медицине. Нет сомнения, что ближайшие годы принесут ещё много открытий в этой области и обогатят арсенал лекарственных средств новыми эффективными препаратами против различных, в том числе и вирусных заболеваний. Но антибиотики могут быть использованы не только в деле лечения человека и животных. Они могут помочь нам и в лечении грибковых и бактериальных заболеваний ценных сельскохозяйственных растений. Возможно, что антибиотики окажутся ценными средствами, предохраняющими от порчи пищевые продукты, консервированные изделия и различные материалы. Учение об антибиотиках — новая увлекательная область исследования, основы которой заложены трудами знаменитого русского учёного И. И. Мечникова. Эта область открывает широкие просторы для учёных и практиков в борьбе с микробами, вызывающими у людей, животных и растений опасные заболевания.
9. Микробы меняют облик земли
«Всюду и везде на поверхности земли мы встречаем жизнь, всюду и везде больше биллиона лет без перерыва идёт её химическая работа», — писал известный советский геолог академик В. И. Вернадский, создатель новой науки — «биогеохимии» — науки о роли живых существ в химических превращениях нашей планеты.
Область жизни — биосфера, являющаяся поверхностной оболочкой земли, по Вернадскому, охватывает площадь в 5,1 · 108 квадратных километров; она поднимается более чем на 10 километров в газовую оболочку планеты, проникает в океаны в среднем на 3,7 километра, а в некоторых местах и до 10 километров. Жизнь охватывает всю сушу от высочайших вершин, почти в 8 километров, до глубочайших низин; по трещинам и пустотам она идёт вглубь местами больше чем на 1 километр.
Хотя содержание живой материи в общей массе земной коры сравнительно ничтожно и не превышает 1/2000 процента, масштабы совершаемых ею превращений поверхностного вещества нашей планеты грандиозны. Можно смело сказать, что живая материя является одним из могущественных факторов переделки всего лика нашей земли.
Огромна роль человека в этих превращениях. Это особенно ярко проявляется в нашей стране, в условиях социалистического общества, где великие стройки коммунизма в небывало короткие сроки превращают тысячи квадратных километров пустынь в цветущие поля и сады, где по воле партии Ленина — Сталина переделывается географическая карта нашей необъятной родины.
Велика роль животных и растений в обмене веществ на земле. Мельчайшие из известных нам живых существ — микробы — оказывают огромное влияние на изменения земной коры. Эти древнейшие живые существа ведут свою гигантскую, но мало заметную работу по разрушению одних горных пород, минералов и руд и образованию других. Микробы являются мощным геологическим фактором, изменяющим состав и строение поверхностного слоя земной коры, называемого биосферой.
Нас не должен удивлять сам факт возможности огромных превращений, осуществляемых этими мельчайшими организмами. Вспомним, что их малая величина компенсируется невероятной быстротой размножения и лёгкой приспособляемостью к разнообразным условиям существования. Мы уже знаем, какие изменения могут производить микробы в почве, в бродящих жидкостях. Мы знаем уже, с какой огромной быстротой могут накопляться микробы в подходящих для них условиях. При средней скорости деления в 23 минуты, что составляет 63–64 поколения в сутки, бактерии, по вычислениям академика Вернадского, могли бы, при отсутствии препятствий во внешней среде, в течение суток покрыть тонким однослойным покровом поверхность земного шара, «которую травы и насекомые одолели бы в течение ряда лет».
Другой особенностью микробов, позволяющей им осуществлять огромные по масштабам превращения, является то, что для выработки энергии, расходуемой на построение их тела, микробы должны перерабатывать количества вещества, в сотни и тысячи раз превышающие их вес. Так, например, железобактерии, о которых мы подробнее будем говорить ниже, для построения 1 грамма своего тела должны переработать 464 грамма углекислой закиси железа. Нитрозные бактерии для получения энергии, необходимой для восстановления 1,5 грамма углекислоты, превращаемой в вещество своего тела, окисляют около 20 граммов аммиака и образуют при этом 56 граммов азотистой кислоты, а сопутствующие им нитратные бактерии на каждый грамм построенных органических веществ окисляют 72 грамма азотистой кислоты, образуя 96 граммов азотной.
В чём же проявляется эта большая активность микробов?
Обратимся, прежде всего, к их разрушительной деятельности. Казалось бы, что могут сделать микробы с такой прочной породой, как гранит, состоящей, как известно, из зёрен кварца, полевого шпата и листочков слюды? Чем будут питаться микробы на поверхности обнажённых безлюдных гранитных скал, каких много на Кавказе, в Западном Памире, скал, которые лишь изредка смачиваются лишённой органических веществ снеговой водой?
Между тем, именно на таких обнажённых скалах, находящихся на высоте 3000–4000 метров над уровнем моря, на самой поверхности гранита часто виднеются какие-то странные чёрные натёки. По данным профессора Таусона, они состоят из подсохших сине-зелёных водорослей и бактерий. Клетки этих водорослей окружены разбухшей слизистой капсулой, состоящей из углеродистых соединений; самое же интересное то, что в этой капсуле залегает множество бактерий, принадлежащих к группе уже известных нам азотфиксирующих бактерий — в основном азотобактера, использующего свободный азот атмосферы. Теперь становится понятным, почему такое тесное содружество двух микробов может развиваться на поверхности среды, совершенно лишённой основных источников образования органических веществ — азота и углерода: сине-зелёная водоросль, как и другие зелёные растения, способна образовывать углеродсодержащие соединения, усваивая на свету углекислоту воздуха. Но, кроме углеродистых соединений, водоросль нуждается и в азотистых соединениях, которых нет на обнажённых скалах. Водоросль и получает эти соединения от азотобактера, способного связывать атмосферный азот. Часть построенных им азотистых соединений азотобактер выделяет в капсулу водоросли. В свою очередь азотобактер без водоросли не смог бы развиваться на голой скале, так как, кроме азота воздуха, он нуждается еще в сложных углеродистых соединениях. Микроб получает их, питаясь веществом слизистых капсул водоросли.
Таким образом, только совместная жизнедеятельность двух микроорганизмов — их теснейший симбиоз — даёт им возможность развиваться на голой гранитной скале при полном отсутствии питательных веществ.
Отмирая, эти пионеры жизни подготовляют почву для развития других микробов, использующих органические вещества для построения своего тела. При этом органические вещества разлагаются до углекислоты и воды. Углекислота, растворённая в воде, играет огромную роль в процессах выветривания, т. е. разрушения горных пород — гранитов и известняков: полевой шпат и слюда гранитов разлагаются под влиянием углекислоты и воды.
Так, очень медленно, в течение тысячелетий, постепенно разрушаются гранитные скалы. В их трещинах и углублениях поселяются неприхотливые лишайники, их сменяют мхи; образуется всё больше и больше органического вещества, используемого микробами. Всё больше и больше выделяется углекислоты, продолжающей разрушать породу. Постепенно на серой, бесплодной гранитной скале образуются участки почвы, которая заселяется травами, кустарниками и, наконец, деревьями. Пройдут тысячелетия, и бесплодная гранитная скала распадётся на отдельные глыбы, возвышающиеся среди зарослей деревьев и кустарников.
По тому же пути, только ещё быстрее, идёт разрушение известковых пород — известняков, мела, известкового туфа, мергеля. Проф. Таусон приводит простой расчёт, согласно которому оказывается, что при разложении микробами 1 тонны органических веществ может раствориться 2,5 тонны известковых пород, т. е. целый кубический метр!
Углекислота растворяет углекислый кальций, из которого состоят известковые породы. Но ещё лучше и быстрее растворяются известняки в различных органических кислотах (уксусной, щавелевой, молочной, лимонной).
И эти кислоты также образуются при жизнедеятельности микробов в больших количествах. Некоторые микробы вырабатывают и неорганические кислоты — азотную и серную, которые также прекрасно растворяют известняки.
Мы уже знаем (см. главу 6), что азотную кислоту вырабатывают при окислении аммиака нитрифицирующие бактерии. Этих бактерий можно найти не только в почве, но и на обнажённых гранитных и известковых скалах, совершенно лишённых растительности. Даже под покровом вечных снегов на высоте 5000–6000 метров над уровнем моря нитрифицирующие бактерии находятся в жизнедеятельном состоянии и выделяют азотную кислоту, растворяющую и разъедающую горные породы. Правда, процесс этот происходит в очень малых масштабах, но разрушения, производимые нитрифицирующими бактериями за огромные периоды времени, могут быть очень значительны.
