Какие микробы помогают человеку


Многие микробы питаются преимущественно органическими веществами. В живую ткань они не вторгаются и потому не вызывают заболеваний живых существ. Этих микробов называют сапрофитами. Среди них есть и злостные вредители: они разлагают пищевые продукты. Некоторых сапрофитов (различные бактерии, дрожжи, плесени) используют в пищевой промышленности. Они вызывают брожение, и с их помощью получают с незапамятных времен кислое молоко, спирт, уксус и другие ценные продукты.

В левом цилиндре молочнокислые бактерии сквасили молоко в плотный, однообразный сгусток простокваши. В двух других цилиндрах вредные микробы превратили молоко в дурно пахнущую жидкость, сыворотка отделилась от осадка, образовались газы.
В левом цилиндре молочнокислые бактерии сквасили молоко в плотный, однообразный сгусток простокваши. В двух других цилиндрах вредные микробы превратили молоко в дурно пахнущую жидкость, сыворотка отделилась от осадка, образовались газы.

Брожение — это особый вид дыхания, свойственный микробам. При сбраживании, главным образом сахаристых веществ, высвобождается энергия, необходимая для существования микроорганизмов. Но в процессе брожения микроорганизмы используют лишь часть энергии, скрытой в веществах, и вещества они разлагают лишь частично. При обычном дыхании сахар в организме сгорает полностью. В результате получается вода и углекислый газ. При этом каждая грамм-молекула сахара дает 674 калории тепла. Во время 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 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 молочнокислые бактерии.

Если в молоко проникнут гнилостные микробы, то через несколько часов оно приобретет неприятный запах и вкус. Микробы, разлагающие жиры, придают молоку или сливочному маслу прогорклый привкус. Маслянокислые бактерии превращают молоко в пенящуюся, взмученную жидкость с острым и неприятным запахом. Молоко от этого становится невкусным и даже вредным для здоровья. Молоко постоянно подвергается опасности испортиться, если вовремя не принять мер, защищающих этот вкусный и питательный напиток от вредных микробов. Молочнокислые бактерии, вызывая скисание молока, тем самым предохраняют его от порчи. Выделяемая этими бактериями молочная кислота убивает гнилостных, разлагающих жиры и других вредных микробов. На дрожжи молочная кислота действует благоприятно, и поэтому, например, в тесте дрожжи и молочнокислые микробы действуют в содружестве.

На хлебозаводе в дежах дрожжи «поднимают» тесто.
На хлебозаводе в дежах дрожжи «поднимают» тесто.

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 особых микробов, которые способны использовать для своего питания различные вещества, составляющие нефть, — керосин, парафин и др. Эти микробы разрушают нефть, покрывающую в летнее время тонким слоем поверхность текучих и стоячих вод в нефтеносных районах. Разрушают они и нефть, которой покрывают водоемы для борьбы с личинками малярийных комаров. Через 7—10 дней слой нефти толщиной в миллиметр почти целиком исчезает. Советские микробиологи предложили использовать микробов, питающихся нефтью или нефтяными газами, как «разведчиков» нефти. Обычно из глубины залежей нефти просачиваются на поверхность земли нефтяные газы. При малейших следах этих 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 есть основание искать залежи нефти.

Не следует думать, что всякий микроб способен разлагать любое органическое вещество: у микробов существует как бы специализация, и подчас весьма узкая. Одни микробы разлагают белки, другие — сахаристые вещества. Разлагая вещества сложного состава, микробы «различных специальностей» действуют нередко сообща.

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 этих микробов в кишечнике травоядных животных: разлагая там клетчатку, они способствуют перевариванию растительной массы.

Существуют бактерии, питающиеся нафталином. На поверхности студня распылен нафталин (общий темный фон). В средине нафталинового поля находятся три плотных сгустка — это колонии нафталиновых бактерий. Вокруг колоний нафталин съеден.
Существуют бактерии, питающиеся нафталином. На поверхности студня распылен нафталин (общий темный фон). В средине нафталинового поля находятся три плотных сгустка — это колонии нафталиновых бактерий. Вокруг колоний нафталин съеден.

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

В Отечественную войну в воинских частях, расположенных среди заболоченных лесов, бывали случаи, когда палатки «зацветали» — покрывались плесенью. Нижняя часть палаток казалась как бы изъеденной молью. На самом деле их съедали не насекомые, а бактерии и плесневые грибки, способные разлагать клетчатку. Разрушительной деятельности микробов способствовала влажность.

Если не принять защитных мер, книги и старинные редчайшие рукописи могут быть изъедены целлюлозоразрушающими бактериями и плесневыми грибками. 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 эти бактерии питаются... сероводородом и что в результате такого питания из сероводорода получается серная кислота или сера, кристаллики которой и обнаруживаются в клетке.

Сероводород для серобактерий — источник энергии, которая высвобождается при окислении сероводорода. Для питания этих бактерий нужны сероводород, кислород, углекислота, вода и немного минеральных солей, а жиры, белки и углеводы они создают в своем организме сами.

Вскоре после этого открытия Виноградскому пришлось побывать на одном из южных курортов. Директор курорта показал ученому лечебный сероводородный источник. Дно источника покрывали сплошным пышным ковром колонии серобактерий. «Вот они, наши благодетели! — произнес умиленно директор. — Этот ковер соткан микробами, благодаря которым источник богат сероводородом». Директор был весьма смущен, узнав от Виноградского, что серобактерии не накопляют, а расхищают запасы сероводорода и превращают его в соль серной кислоты — гипс.

Для производства кинопленки, лаков, красок и многих других промышленных продуктов нужны ацетон и бутиловый спирт. Они изготовляются из дешевого сырья с помощью ацетоновокислых бактерий. Брожение сырья идет в громадных закрытых чанах высотой в несколько этажей. На снимке цех, в котором находятся верхние части чанов.
Для производства кинопленки, лаков, красок и многих других промышленных продуктов нужны ацетон и бутиловый спирт. Они изготовляются из дешевого сырья с помощью ацетоновокислых бактерий. Брожение сырья идет в громадных закрытых чанах высотой в несколько этажей. На снимке цех, в котором находятся верхние части чанов.

К микробам, использующим энергию, освобожденную при окислении минеральных веществ, относятся также бактерии-нитрификаторы. Они обладают способностью превращать аммиак в селитру. Эти бактерии, подобно зеленым растениям, создают органические вещества из воды, углекислого газа и минеральных солей. Но, в отличие от зеленых растений, они, 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. Есть места, где ничто не мешает накоплению селитры в почве: растительность скудна или ее вовсе нет, дождей почти не бывает и накапливающаяся селитра не вымывается из почвы. В таких местах микробы-нитрификаторы образуют залежи селитры под открытым небом.

В районе Бухары почва глинистых пустынь нередко содержит до 2% селитры. Особенно ее много 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.

В левой колбе кусочек рыбацкой сети почти полностью уничтожен бактериями, разрушающими клетчатку; в правой колбе этих бактерий нет.
В левой колбе кусочек рыбацкой сети почти полностью уничтожен бактериями, разрушающими клетчатку; в правой колбе этих бактерий нет.

В Туркмении известна Дурунская пещера. В ней обитает огромное количество летучих мышей. Их помет на дне пещеры и в нишах стен разлагается гнилостными бактериями; образуются аммиачные соли. Бактерии-нитрификаторы перерабатывают эти соли в селитру, которая там скапливается в значительном количестве.

Подобным образом образуется селитра и в некоторых пещерах — вблизи Кисловодска, в горах около г. Орджоникидзе и в ряде мест на Памире, где на поверхности почвы лежит кристаллический налет селитры. Известны районы, где бактериями-нитрификаторами образованы значительные залежи селитры. Например, знаменитые залежи в Чили, дающие прекрасное минеральное удобрение. 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 сваливался навоз и другие отбросы, смешанные с рыхлой землей и негашеной известью. В результате деятельности микроорганизмов 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 н другие удобрения, содержащие азот.

Свободный атмосферный азот растения усваивать не могут: он им недоступен. Но иногда в почве поселяются особые микробы — азото-усвоители. Они могут усваивать азот из воздуха. И там, где условия для развития таких микробов благоприятны, растения не испытывают азотного голода.

Сильно увеличенный снимок серобактерии. Внутри ее тела видны кристаллики серы.
Сильно увеличенный снимок серобактерии. Внутри ее тела видны кристаллики серы.

Впервые эти микробы 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. Деятельность микробов быстро усиливалась, и скоро вся поверхность жидкости покрылась пеной. Причиной этого явления были азотоусваивающие микробы.

Среди множества видов микробов ученые по примеру Виноградского усиленно разыскивали таких, которые способны усваивать азот из воздуха. Голландским ученым Бейеринком был выделен из садовой почвы микроб азотобактер. При благоприятных условиях эти микробы за лето накапливают в почве 30—70 кГ азота на одном гектаре и частично возмещают убыль азота после уборки урожая.

В Крыму на одном из участков опытной плантации Никитского ботанического сада 40 лет подряд выращивали табак. Азотистые удобрения за этот период в почву не вносились, но урожай табака был хорошим и количество азота в почве не уменьшалось. Это произошло потому, что почва на участке была населена азотобактером, деятельно обогащающим почву азотом.

Азотобактер — свободно живущий азото-усвоитель. 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. Хороший клевер накапливает за лето около 150 кГ азота на гектар. Примерно четыре посева люцерны на 100 000 га могут заменить продукцию такого завода азотных удобрений, как Березниковский комбинат.

Клубеньки на корнях различных видов бобовых растений.
Клубеньки на корнях различных видов бобовых растений.

Если выдернуть из почвы бобовое растение, то можно 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 почве в виде солей и легко усваивается любыми растениями, посеянными на этом поле (см.ст. «Как живет растение» и «Зерновые бобовые»).

Далеко не во всякой почве можно найти эти виды микробов. При освоении новых земель и при продвижении культур бобовых в новые районы почти всегда ощущается в почве нехватка микробов — азотоусвоителей. Поэтому в почву вносят живое удобрение — нитрагин, состоящий из живых клубеньковых бактерий, или азотобактерин, который представляет собой живую массу азотобактера. В СССР построены и строятся специальные заводы, производящие нитрагин и азотобактерин. Уже в 1952 г. их продукции было достаточно, чтобы заразить клубеньковыми бактериями площадь, превышающую территорию Бельгии.