Новости
Библиотека
Таблица эл-тов
Биографии
Карта сайтов
Ссылки
О сайте


Пользовательского поиска




предыдущая главасодержаниеследующая глава

Микробы-камнееды

 ...Где нет бесконечного разнообразия - нет жизни. 

Н. Г. Чернышевский

Как уже отмечалось, все известные науке микроорганизм мы по способу питания принято делить на два типа: автотрофы и гетеротрофы. Последние нуждаются в органических источниках углерода, как и все высшие животные.

К автотрофному типу относятся все микроорганизмы, источником питания которых служат неорганические вещества. Одни из них способны усваивать углерод из углекислоты воздуха, создавая свою биомассу подобно растениям. Только они проделывают это в темноте, не используя энергию солнечного света. Другие усваивают азот из атмосферы. Третьи легко извлекают фосфор из минералов апатитов или фосфоритов, в которых фосфор находится в не усвояемой для растений форме.

Особенно интересными представителями автотрофных микроорганизмов являются Bacillus mucilaginosus (слизистые бациллы). Не вдаваясь в подробную характеристику систематического положения этого вида микроорганизмов, нельзя не отметить, что в научной литературе они описываются под разными названиями. С. Виноградский называет их Bacillus gommeux, И. Клечковская и другие - Bacillus krzmniewski. Некоторые исследователи отнесли их к Bacillus circulans, В. Г. Александров назвал их силикатными бактериями и т. д.

Систематика микроорганизмов вообще - один из самых сложных вопросов биологической науки. Поэтому для наименования мпогих видов нередко используется множество синонимов. Так, известный шведский естествоиспытатель К. Линней, предпринявший попытку систематизировать микробы, после долгой и изнурительной работы пришел к выводу, что в этом "хаосе" разобраться невозможно. Уже в наше время советский систематик микроорганизмов К. Красильников очень сожалел, что у нас и за рубежом этому вопросу не уделяется должного внимания. И действительно, среди появившейся в последние годы обильной информации по микробиологии систематике микроорганизмов отводится очень мало места.

Е. Виноградов детально изучил биологию так называемых силикатных бактерий, их химический состав и состав основания ДНК и выяснил их полное тождество с описанными ранее И. Красильниковым Bacillus mucilagi- nosus. Чтобы не вносить дальнейшей путаницы в систематику микроорганизмов, Е. Виноградов считает необходимым сохранить за ними прежнее название, под которым они вошли в определитель бактерий и актиномицетов, то есть Bacillus mucilaginosus.

Особой достопримечательностью этих микроорганизмов является их способность извлекать кремний из кремнезема, силикатов и алюмосиликатов*.

* ( Наряду с силикатными бактериями хорошо известны например, микроорганизмы, использующие в своей жизнедеятельности ванадий, марганец, железо, серу и другие элементы. Метаболические процессы этих микроорганизмов весьма своеобразны и изучены совершенно недостаточно. Дальнейшее исследование литотрофных микроорганизмов представляет огромный интерес для науки, в частности для решения проблемы зарождения жизни и ее существования в "необычных" внеземных условиях. )

Уже давно предполагали, что микроорганизмы участвуют в процессах разложения горных пород и алюмосиликатов в почве. Первые указания на это явление имеются в трудах Ч. Дарвина. В этом же был убежден и В. И. Вернадский. И действительно, в середине нашего века удалось показать, что поверхностный слой горных пород разрушается в результате деятельности микроорганизмов, в первую очередь бацилл, так как они имеют, в сравнении со всеми другими одноклеточными, самую мощную ферментативную систему.

Также было установлено, что микроорганизмы способны разрушать и искусственные строительные силикатные материалы, например бетон и стекло, и даже силиконовые полимеры. Однако долгое время оставалось неясным, какие именно микроорганизмы ответственны за разложение силикатов.

Еще на рубеже XIX и XX столетий русские ученые М. Егунов и Г. Надсон наблюдали образование кремнезема в результате жизнедеятельности бактерий. В 1912 году немецкий ученый К. Бассалик обнаружил в кишечнике дождевых червей бактерии, разрушающие алюмосиликаты. Такие же бактерии были найдены и в желудочно- кишечном тракте песчаных насекомых.

Широкие исследования микроорганизмов, разрушающих силикаты, были начаты в конце 40-х годов В. Александровым. Он назвал их Bacillus mucilaginosus subsp. nova siliceus, или просто "силикатными бактериями".

Все микроорганизмы, живущие в почве, водоемах, на граните и других силикатных породах и минералах, деятельно разрушают силикаты и алюмосиликаты - по-видимому, для включения входящего в их состав кремния в свой жизненный цикл.

Вероятно, в природе этот процесс происходит более энергично, чем в лабораторных условиях, так как он осуществляется не одним видом микроорганизмов, а их ассоциациями.

Поражает устойчивость Bacillus mucilaginosus к неблагоприятным условиям внешней среды. Они, например, сохраняют жизнеспособность при длительном нахождении в жидком, азоте, то есть при -196 С; выдерживают нагревание до 160°С, а также длительное прямое солнечное облучение.

Такая жизнестойкость, очевидно, обеспечила их существование в то время, когда на Земле еще фактически не было органических источников питания, а в атмосфере отсутствовали кислород и озон, защищающий от губительного ультрафиолетового облучения и космических лучей. Можно предположить, что три с половиной миллиарда лет тому назад Bacillus mucilaginosus оказались первожителями земной суши (архибионтами) и породили жизнь на бесплодной минеральной поверхности (очевидно, в присутствии воды). Переработав силикатный покров в почву, они-то и создали среду обитания для своих высокоорганизованных потомков.

Можно предположить поэтому существование жизни в низших формах на других планетах с гораздо менее благоприятными условиями, чем на нашей, и возможность транскосмического переселения живой материи.

Изумительная способность этих микроорганизмов размножаться в глубинных горизонтах горных пород Земли привела геолога В. Радину к открытию причин образования истинных пльГвунов. Ее лабораторные опыты убедительно показали, что даже чистый песок под действием Bacillus micilaginosus постепенно превращается в плывун.

Силикатные бактерии имеют форму палочек с закругленными концами. Размер их 4-7 микронов в длину и 1,2-1,4 - в поперечнике (однако величина их, как и других микроорганизмов, не бывает строго постоянной и определяется характером питательной среды). В зависимости от условий обитания возможны три морфологические формы: вегетативная, капсульная и споры.

В капсульной форме зачастую наблюдается одна - четыре палочки. При старении капсулы палочки в обычном микроскопе не обнаруживаются. Такое явление считалось наступлением лизиса, но с помощью электронного микроскопа удалось установить, что в этих изолированных капсулах есть мелкие клетки, способные к репродукции, то есть фильтрующиеся формы.

Bacillus mucilaginosus широко распространены в природе. Это обусловлено тем, что они синтезируют свою биомассу, усваивая углерод и азот из атмосферы, а фосфор и кремний - из соответствующих минералов, т. е. из источников питания, недоступных для других микроорганизмов. Силикатные бактерии являются слабыми фиксаторами азота из атмосферы и поэтому могут существовать в безазотистых средах. Они способны частично высвобождать калий и фосфор из минералов, содержащих эти элементы в пе усвояемой растениями форме, что позволяет использовать бациллы как бактериальные удобрения. Их рекомендуется использовать в композиции с фосфоритной или апатитовой мукой.

Способность Bacillus mucilaginosus добывать пищу из воздуха и минералов, содержащих кремний и фосфор, позволяет им успешно размножаться в водной среде в присутствии лишь апатита и кварцевого песка. Из последнего они извлекают кремний, который, по-видимому, превращается в их организме в кремиийорганические соединения.

Таким именно способом в Одесском сельскохозяйственном институте в течение 15 лет искусственно готовили в больших количествах жидкие препараты Bacillus mucilaginosus. В настоящее время удается получить их водные препараты, Е 1 мл которых содержится около 200 миллиардов клеток. Такие препараты применяются в ряде колхозов и совхозов для повышения урожайности культурных растений. Использование их в сельском хозяйстве дает поразительно высокий экономический эффект. На каждый рубль, затраченный на приобретение препарата, получен чистый доход свыше 100 рублей.

Соединения кремния, синтезируемые Bacillus mucilaginosus в жидком препарате, сами по себе также могут оказывать стимулирующее действие на развитие растений.

Опрыскивание винограда жидким препаратом в дозе 3 литра на гектар (совместно с опрыскиванием бордосской жидкостью от мильдью) в период созревания ягод повышает урожай в среднем на 1 тонну с гектара. При этом испарение влаги из листьев сокращается на 30- 50%, что равносильно поливу растений - очень важный момент, имеющий особое значение в условиях засушливого климата.

В последние годы микробиологическая наука изыскивает новые резервы увеличения кормового белка. И все большее внимание привлекают микроорганизмы Bacillus mucilaginosus, представляющйе собой мощный потенциальный источник белка. Использование их белково-ферментной биомассы в кормлении сельскохозяйственных животных и домашней птицы впервые с успехом осуществлено в нашей стране.

Применение биомассы Bacillus mucilaginosus в животноводстве позволяет не только значительно увеличить резерв кормового белка и продуктивность животных, но и существенно сэкономить расход зерна, молока и других дефицитных кормов животного и растительного происхождения. Биомасса содержит также мощную ферментативную систему, способную расщеплять клетчатку, переводя ее в усвояемые организмом животного углеводы. Этот процесс происходит как в организме животного, так и в период силосования и сенажирования кормов.

Продукты биосинтеза Bacillus mucilaginosus являются эффективными стимуляторами иммуногенеза животных, что ведёт к повышению их резистентности к различным заболеваниям. Bacillus mucilaginosus могут использоваться и для профилактики силикоза. Это заболевание возникает преимущественно у людей, в легких которых накапливается кремнеземистая пыль. Под действием ее происходит образование соединительной ткани, вследствие чего поражаются альвеолы и наступает недостаточное обеспечение организма кислородом. При введении в легкие Bacillus mucilaginosus (аэрозольным методом) частицы кремнеземистой пыли переводятся в растворимое состояние и удаляются из организма. Следует подчеркнуть, что речь идет в данном случае только о профилактике силикоза, по не о его лечении.

Bacillus mucilaginosus начинают находить широкое практическое применение, часто весьма неожиданное. Например, с их помощью можно интенсифицировать добычу меди и других цветных металлов. Так, содержание алюминия в бокситах удается удвоить после удаления из них - с помощью Bacillus mucilaginosus - примерно 50% кремния. Это дает возможность добывать алюминий из бокситов, которые ранее считались непригодными для переработки на алюминий из-за малого содержания его в породе.

Bacillus mucilaginosus позволяют значительно увеличить прочность железобетонных балок, керамики и других силикатных изделий, так как они превращают кристаллический кремнезем и силикаты в реакционно-способные аморфные кремне кислоты. Их дальнейшее разрушающее действие приостанавливается термообработкой или пропариванием готовых изделий.

Кроме Bacillus mucilaginosus в почве присутствуют и другие микроорганизмы, способные разрушать силикаты. Бактерии Bacterium caldolyticus и Proteus mirabilis превращают полимерный кремнезем в мономерную или олигомерные кремниевые кислоты и их органические производные. Эти и некоторые другие бактерии могут разрушать и кремнийорганические соединения - как мономерные, так и полимерные - и включать высвобождающийся кремний в свой жизненный цикл.

Пожалуй, наиболее интересным видом почвенных микроорганизмов является Proteus mirabilis, широко изученный голландским химиком В. Хайненом. В организме этих микробов кремний успешно конкурирует с фосфором. При их выращивании в отсутствие фосфатов в кремний содержащей среде фосфор, входящий в состав организма бактерий, замещается кремнием и выделяется из них. Однако этот процесс является обратимым.

Из поглощенных силикатов бактерии синтезируют в своем организме кремнийорганические соединения, содержащие Не только связи Si-О-С и Si-N-С, но даже Si-С.

Кремний поступает в стенки клеток этих бактерий в виде иона силиката или в форме соединения с фосфор- глйцериновым альдегидом. Здесь ой частично адсорбируется в минеральном виде, а большая доля его связывается через атом азота (то есть за счет связи Si-N) с протеинами, аминокислотами и аминосахаридамп. Одновременно с этими реакциями часть ионов силиката попадает во внутриклеточную жидкость. Затем часть поглощенного кремния соединяется с углеводами (за счет связей Si-О-С), а остаток его связывается с другими компонентами клетки. В ходе этих процессов происходит замена фосфора кремнием.

Основная масса (92%) связанного кремния находится в теле бактерий в форме не растворимых в спирто-эфирной смеси соединений, часть которых растворяется в воде.

Энергия, освобождающаяся в результате расщепления высокоэнергетических фосфатов, используется непосредственно для связывания кремния. Когда концентрация кремниевых эфиров сахаров достигает определенного уровня, они попадают во внутриклеточную жидкость, где связываются с сахаром и ранее попавшей неорганической частью кремния. Здесь происходит образование различных кремний органических соединений, в том числе и содержащих связи Si-С, а также нерастворимого кремне- полимера.

Изучение вытяжек из бактерий Proteus mirabilis, не содержащих живых клеток, показало, что процесс накопления кремния (поглощаемого в виде анионов силиката) основан на общих принципах усвоения бактериями таких ионов, как Са2+, Mg2+, Sr2+, POj-. Ассимиляция кремния связана с системой . дыхания и протекает в две стадии. На первой происходит окисление субстрата, на второй - накопление кремния, способствующее его ионному обмену на фосфор.

В. Хайнен установил, что единственным источником энергии почвенных бактерий могут являться некоторые кремнийорганпческие соединения. Такие, как Si(OC2H5)4, Si(OCOCH3)4, H2N(CH2)2Si(OC2H5)3, (CH3)2Si(OC2H5)2. Возможность биохимической утилизации двух последних соединений свидетельствует о том, что силикатные бактерии могут расщеплять не только группировки Si-О-С, но и связи Si-С. Это обусловлено наличием в них особых ферментов - силиказ.

Бактерии Proteus mirabilis являются одной из весьма интересных форм живой материи, свидетельствующей, что бесфосфорная жизнь вполне вероятна.

Широкие исследования силикатных бактерий продолжаются.

предыдущая главасодержаниеследующая глава



ИНТЕРЕСНО:

Новый метод анализа белков работает в 50 раз быстрее

Создана первая «химическая память» объемом в 1 бит

193 года назад впервые получено органическое соединение из неорганических

Ученые разработали программу, которая высчитывает свойства молекул сложных химических соединений

Самосборкой получены структуры из 144 молекулярных компонентов

Учёные создали нанореактор для производства водорода

Ученые из Швеции создали «деревянное стекло»

Разработан новый метод создания молекул

Японские ученые создали жидкий квазиметалл, застывающий на свету

Нобелевскую премию по химии присудили за синтез молекулярных машин

Новая компьютерная программа предсказывает химические связи

Получены цветные изображения на электронном микроскопе

В упавшем в России метеорите обнаружен уникальный квазикристалл

10 невероятно опасных химических веществ

Создатель «суперклея» Гарри Кувер – химик и изобретатель, автор 460 патентов, самый известный из которых так и не помог ему разбогатеть




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'ChemLib.ru: Библиотека по химии'