Пища микробов

Пища микробов

Многие микробы питаются преимуществен­но органическими веществами. В живую ткань они не вторгаются и потому не вызывают забо­леваний живых существ. Эти микробы назы­вают сапрофита ми. Среди них есть и злостные вредители, разлагающие пищевые про­дукты. Некоторые сапрофиты (различные бакте­рии, дрожжи, плесени) используются в пище­вой промышленности. Они вызывают брожение; это с их помощью с незапамятных времен получают кислое молоко, спирт, уксус и дру­гие ценные продукты.

Брожение представляет особый вид дыхания, свойственный микробам. При сбра­живании, особенно сахаристых веществ, высво­бождается энергия, необходимая для существо­вания микроорганизмов. Но в процессе броже­ния без доступа кислорода воздуха микроорга­низмы используют только небольшую долю энергии, скрытой в веществах, которые они разлагают лишь частично. При обычном дыхании сахар в организме сгорает (расщепляется) пол­ностью. В результате получается вода и угле­кислый газ. При этом каждая грамм-молекула¹ сахара дает 674 калории тепла. Вовремя броже­ния дрожжи разлагают сахар не полностью, пре­вращая его в спирт и углекислый газ. Тепла при этом выделяется всего 27 калорий.

При брожении, вызванном дрожжами, жид­кость пенится от энергично выделяемого угле­кислого газа. Пузырьки газа со дна бутылки с хлебным квасом свободно поднимаются к по­верхности. Но в вязкой массе, например в тесте, они лишь с трудом и далеко не полно­стью выбираются на поверхность. Вот почему тесто «поднимается» на дрожжах, точнее говоря, его поднимают пузырьки газа.

В брожении ржаного теста, помимо дрож­жей, принимают большое участие молочно­кислые бактерии. Они превращают сахаристые вещества теста в молочную кислоту. Поэтому черный хлеб называется кислым, а белый — пресным. При изготовлении всевозможных молочных продуктов — сметаны, простокваши, варенца, кумыса, кефира, а также при си­лосовании кормов тоже действуют различные молочнокислые бактерии.

Если в молоко проникнут гнилостные ми­кробы, то через несколько часов оно приобре­тет неприятный запахи вкус. Микробы, разлагающие жиры, придают молоку или сливочному маслу прогорклый привкус. Молочнокислые бактерии убивают гнилостных, маслянокислых и разлагающих жиры микробов. Маслянокислые бактерии превращают молоко в пенящуюся, взмученную массу с острым и неприятным за­пахом. Вызывая скисание молока, молочно­кислые бактерии тем самым предохраняют его от порчи.

Для большинства животных и растений нефть вредна. Нефть, растворенная в воде, вызывает у рыб хронические отравления. Меж­ду тем в почвах нефтеносных районов обнару­жено значительное количество микробов, спо­собных использовать для своего питания раз­личные вещества, составляющие нефть,— керо­син, парафин и др. В результате их работы через 7—10 дней в водоемах слой нефти тол­щиной в миллиметр почти целиком исчезает.

Советские микробиологи предложили ис­пользовать таких микробов как «разведчиков»

нефти. Обычно из глубины залежей нефти просачиваются на поверхность земли нефтя­ные газы. При малейших следах подобных газов микробы-разведчики, помещенные в спе­циальных колбочках с питательной средой, начинают быстро размножаться. В колбе на поверхности жидкости появляется пленка, а питательный раствор сильно мутнеет. Следова­тельно, в этом месте можно искать нефть.

Микробы, способные разлагать нефть, кау­чук, бетон, клетчатку, вызывать коррозию метал­лических труб, в большинстве своем приносят неисчислимые убытки. В связи с этим огромное значение имеет широкое применение синтети­ческих полимерных материалов. Многие из них оказываются «не по зубам» даже самым изощренным микробам-разрушителям.

Тысячи километров кабеля одевают легкие и бактериоустойчивые полиэтиленовые и хлор­виниловые «рубашки». Созданы волокна со спе­циальными свойствами. Они не только устой­чивы к гниению, но и обладают бактериоубивающим свойством.

Основная масса всякого растения состоит из вещества, называемого клетчаткой или цел­люлозой. В ее разложении главную роль игра­ют особые целлюлозоразрушающие микробы. Повсюду, где скопляются растительные остатки, появляется несметное количество этих микробов. Они находятся в иле, в почве, особенно лесной, в навозе. Весьма полезна и даже жизненно необходима деятельность таких микробов в кишечнике травоядных животных; разлагая там клетчатку, они способствуют перевариванию раститель­ной массы.

Но иногда эти бактерии и грибки вредят хозяйству человека, например, они разрушают рыболовные сети, шпалы. Для предохранения от порчи сети пропитывают особым противомикробным составом. За последнее время стали применять капроновые сети: целлюлозоразрушающие бактерии на них не действуют.

Если не принять защитных мер, книги и старинные редчайшие рукописи могут быть изъедены целлюлозоразрушающими бактерия­ми и плесневыми грибами. Поэтому книгохрани­лища и архивы, где хранятся ценные рукописи, время от времени подвергают окуриванию сер­нистым газом.

В прошлом веке биологи заинтересовались странными свойствами одной группы микробов: внутри клеток этих бактерий были обнаружены кристаллики серы. Русский ученый С. Н. Виноградский в 1887 г. доказал опытами, что подоб­ные бактерии, окисляя сероводород, исполь­зуют образующуюся при этом энергию на построение органических соединений из углекис­лого газа и воды. В результате такого окисле­ния сероводорода получается серная кислота или сера, кристаллики которой и обнаружи­ваются в клетке.

К микробам, использующим энергию, освобо­жденную при окислении минеральных веществ, относятся также бактерии-нитрификаторы. Они способны превращать аммиак в селитру.

Касаясь нитрификации, невозможно умол­чать об удивительных приспособительных свойствах двух видов бактерий — нитритных и нитратных, участвующих в этом процессе, подобно двухступенчатой ракете. Нитритные бактерии окисляют аммиак только до азотистой кислоты, а нитратные, находясь как бы на под­хвате, окисляют азотистую кислоту до азот­ной. Эти бактерии, как и зеленые растения, соз­дают органические вещества из воды, углекис­лого газа и минеральных солей. Но, в отличие от зеленых растений, нитрификаторы, как и серобактерии, не нуждаются в солнечной энер­гии. Их можно встретить даже в бесплодных песках, в трещинах скал, в темных ущельях, лишенных каких-либо признаков жизни. В при­родных условиях они образуют огромное коли­чество селитры из аммиака, выделяющегося при разложении животных и растительных ос­татков.

В хорошо проветриваемой почве за год может быть образовано на гектаре более четверти тон­ны селитры. В некоторых местах, где раститель­ность скудна или ее совсем нет, а дождей почти не бывает, накапливающаяся селитра не вымы­вается из почвы. Бактерии-нитрификаторы образуют здесь залежи селитры под открытым небом.

В районе Бухары почва глинистых пустынь нередко содержит до 2% селитры. Особенно много ее на местах старых городищ, древних караван-сараев, кладбищ. И это не случайно: скопления органических остатков в этих рай­онах послужили для микробов сырьем при образовании селитры.

С помощью бактерий-нитрификаторов можно получить даже порох из ... навоза. Недалеко от Астрахани стоит село Селитренное. Названо оно так еще при Петре I. В этом селе изготов­лялась селитра для пороха. В особые сараи — селитряницы — сваливались навоз и другие от­бросы, смешанные с рыхлой землей и негашеной известью. В результате слаженной деятель­ности микроорганизмов, в том числе нитрификаторов, в этих сараях образовывалась и накоп­лялась селитра, которая собиралась в особые от­стойники.

Растения поглощают из воздуха огромное коли­чество углекислого газа. Недостатка в углероде они обычно не испытывают. Но очень часто растения страдают от азотного голо­дания. Поэтому в сель­ском хозяйстве применя­ют селитру и другие удо­брения, содержащие азот. Применение мине­ральных удобрений имеет большое значение для развития сельского хозяйства нашей страны.

Свободный атмосферный азот растения усва­ивать не могут: он им недоступен. Но во мно­гих почвах поселяются особые бактерии, а также мельчайшие сине-зеленые водоросли — азотоусвоители, которые усваивают азот из воздуха. И там, где условия для развития таких микро­бов благоприятны, растения не испытывают азотного голодания.

Впервые эти бактерии-азотоусвоители были открыты С. Н. Виноградским в 1893 г.

Ученый приготовил раствор, совершенно лишенный азотистых веществ. В колбочку с та­ким раствором была помещена крупинка садо­вой земли для затравки. Через несколько дней со дна колбы начали выделяться пузырьки углекислого газа. В растворе развивались какие-то микробы: углекислый газ был про­дуктом их жизнедеятельности. Но азот для своего развития они получали не из раствора, а из неограниченного источника этого вещества — из воздуха. Деятельность этих своеобразных микробов быстро усиливалась, и скоро вся поверхность жидкости покрылась пеной. Причиной этого явления были азотоусваивающие микробы.

Голландским ученым Бейеринком был выде­лен из садовой почвы микроб азотобактер. При благоприятных условиях микробы этого вида за лето накапливают в почве на одном гектаре 30—70 кг азота, частично возмещая его убыль после уборки урожая.

Азотобактер — свободно живущий азотоусвоитель. Его существование не зависит от какого-либо растения — он вольный житель почвы. Есть и другие азотоусвоители, жизнь которых, в отличие от азотобактера, теснейшим образом связана с растением. Уже давно извест­но, что бобовые растения — вика, клевер, го­рох, фасоль, люцерна — обогащают почву азо­том. Кормовые бобы накапливают за лето около 150 кг азота на гектар. Примерно че­тыре посева бобовых на 100 тыс. га могут заменить продукцию мощного завода азотных удобрений.

Если выдернуть из почвы бобовое растение, нетрудно заметить на его корнях клубеньки. В них-то и живут микробы-азотоусвоители. Азот они усваивают из воздуха и частично отдают его растениям. После отмирания бакте­рий накопленный в клубеньках азот остается в виде солей и легко усваивается любыми расте­ниями, посеянными на этом поле.

Далеко не во всякой почве можно найти эти виды микробов. При освоении земель и при продвижении культур бобовых в еще не освоенные районы почти всегда ощущается в почве нехватка микробов-азотоусвоителей. Поэтому в почву вносят живое удобрение — нитрагин, со­стоящий из живых клубеньковых бактерий, или азотобактерин, представляющий собой живую массу азотобактера. В СССР построены и строятся специальные заводы для выработки нитрагина и азотобактерина.

¹ Грамм-молекула — единица измерения массы: число граммов, равное молекулярному весу вещества.