Мир микробов - Смородинцев Анатолий Александрович (серия книг TXT) 📗
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.
Серная кислота вырабатывается особой группой серобактерий при окислении ими сероводорода. Сероводород часто выделяется из больших глубин серными горячими источниками, температура воды которых достигает 65–70°. В этих источниках и живут серные бактерий. За тысячелетия своей эволюции они приспособились к жизни в этих условиях, совершенно не страдая от температуры, которая моментально свёртывает белки других организмов. Часто такой серный источник вытекает из толщи известковых пород, которые быстро разрушаются серной кислотой, выделяемой серными бактериями.
Некоторые серные бактерии, по-видимому, способны окислять до серной кислоты не только сероводород, но и обыкновенную кристаллическую серу и её соединения — серный колчедан, или пирит. Пирит широко распространён в природе и часто в большом количестве содержится во многих горных породах, в том числе и в известняках. И в этом случае, следовательно, серные бактерии уже вне горячих источников разлагают серу, а выделяемая ими серная кислота разлагает известняки.
Серные и известковые соединения встречаются часто в таких осадочных породах, как песчаники, глины, сланцы. Например, песчаник состоит из песка, сцементированного углекислой известью. Ясно, что и он будет разрушаться и превращаться в песок под влиянием кислот, выделяемых бактериями.
До сих пор мы говорили о разрушении микробами негорючих пород: гранитов, известняков, пиритов, песчаников. Но, оказывается, и горючие породы, так называемые сапропелевые (нефть, горючие сланцы, асфальт) и гумусовые (почвенный перегной, торф и каменные угли) также разрушаются микробами.
Разложение нефти микробами можно наблюдать в любом водном бассейне или в почвах, находящихся вблизи нефтеносных источников. Попавшая сюда нефть быстро разрушается нефтяными бактериями, встречающимися в большом количестве почти в любой почве. Точно так же разрушаются и продукты переработки нефти — керосин, мазут, смазочные масла. По подсчётам проф. Таусона, за один год на каждый квадратный метр поверхности водоёма бактерии разлагают 640 граммов нефти.
Нефть подвергается микробному разложению не только на поверхности, но и глубоко под землёй, в отсутствии кислорода. В этом случае для окисления нефти бактерии отнимают кислород от сернокислых солей, например, гипса. Эти так называемые восстанавливающие сульфаты бактерии были найдены на глубине до 1000 метров в Бакинском нефтеносном районе и в Америке в нефтеносных породах Калифорнии.
Таким образом, на протяжении многих тысяч лет своей работы нефтяные бактерии, возможно, уничтожили не одну нефтяную залежь.
Перегной, торфы и каменные угли также разлагаются бактериями и актиномицетами. Это можно проверить и в лаборатории, поместив в раствор в качестве источника органического вещества каменный уголь. Микробы начинают медленно развиваться, питаясь углеродом каменного угля. Точно так же происходит и в природе: на поверхности естественных обнажений каменных углей можно найти мелкие белые пятнышки, которые состоят из сплетений нитей актиномицетов, разрушающих уголь и способствующих выветриванию угольных пластов. Даже на глубине более 1000 метров в каменноугольных отложениях Рура были обнаружены многочисленные микробы.
