Екатерина Андреева - Невидимые друзья и враги

Главной составной частью живого организма является белок. Теперь известно, что в состав белковых молекул входят сотни и тысячи атомов углерода, водорода, кислорода и — обязательно — азота. Из этих атомов построены очень сложные и большие молекулы белка. Изучить их можно было, только разделив на составные части. Для этого исследователи брали куски кожи или мышцы, клали их в кислоту и кипятили до тех пор, пока они не исчезали. Такое сильное воздействие, как кипячение в кислоте, разрушало молекулы белка. Они распадались сначала на более или менее крупные частицы, а затем превращались уже в углекислоту, воду, кислород и содержащий азот аммиак.

То, чего химики добились в лабораториях, применив кипячение в кислоте, — давно, с возникновения жизни на Земле, делали и продолжают делать микробы в почве, не применяя ни кислоты, ни кипячения, одними так называемыми ферментами. Они сами их вырабатывают и пропитывают ими окружающие их органические вещества.

Ферменты, выделяемые микробами, обладают замечательным свойством: ничтожно малое их количество способно вызывать химические превращения больших масс того или иного вещества. При этом сами ферменты остаются химически неизмененными. Под их-то воздействием в почве всей нашей планеты и происходит непрестанное распадение молекул всего, что лишилось жизни.

Как слюна и другие пищеварительные соки переваривают, то есть разлагают, нашу пищу, так и микробы тоже «переваривают» своими ферментами окружающие их мертвые органические вещества с тем, чтобы сделать их съедобными для себя. Ведь примерно 20 процентов переработанных мертвых остатков они используют для своего питания.

Из микробов почвы каждый занимается своим делом. Одни разрушают белковые вещества и углеводы, другие заняты разложением растительной клетчатки (соломы, стеблей, корней).

Молекулы белков, углеводов, клетчатки, под действием микробных ферментов превращаются в углекислоту, воду, кислород и аммиак. Это все, что остается от умерших людей, погибших животных, засохших растений. Часть остатков в виде газов улетает в воздух. Другая — всасывается почвой. Так микробы расчищают земную поверхность от всего умершего.

Известно, что народная мудрость, основанная на жизненном опыте, нередко опережает научные достижения. Землепашцы, например, давно знали, что если не удобрить землю на полях, то она их не прокормит. Тщательно выгребая навоз из конюшен и хлевов, они берегут его с тем, чтобы ранней весной вывезти на поля.

Теперь эта тайна навоза разгадана. Оказалось, что почва в изобилии населена не только микробами-разрушителями, но и строителями органических веществ, по крайней мере тех первых «кирпичиков», из которых растения создают свои специфические растительные белки.

Давно, еще в XVI столетии, корабли европейских мореплавателей привозили из Индии, Китая и Америки какую-то белую соль, оказавшуюся очень ценной. Из белой соли, названной селитрой, стали делать порох. Позднее выяснилось, что за селитрой русским не было надобности ездить в заморские края — еще при Петре I ее умели добывать в России. Возле Астрахани есть даже село Селитряное, в котором ее изготовляли. Затем стало известно, что селитра — ценное удобрение и что она накапливается только там, где в растворах или в почве есть аммиак.

Ученые не раз повторяли один и тот же опыт. В жидкость с примесью аммиака бросали комочек земли. Когда в растворе размножались попавшие с землей микробы, аммиак постепенно исчезал, а взамен его появлялась селитра. Можно ли более убедительно доказать, что именно микробы образуют ее? Однако выделить таких микробов долго не удавалось.

Этот опыт неоднократно ставил и Сергей Николаевич Виноградский. И вот однажды он обратил внимание на слизистый осадок, образовавшийся на дне сосуда, в котором была жидкость с аммиаком. В осадке оказались бактерии, которые не росли на обычном для них питательном студне. Но как только из слизистого осадка они попадали в аммиак, так начинали размножаться и превращать аммиак в селитру.

Так в 1889 году русский ученый сделал важное открытие — обнаружил живые существа, питающиеся аммиаком. Они были названы «нитрофицирующими», от латинского слова «нитрум» — селитра.

Эти бактерии живут повсюду: в поле, на огороде или в лесу — везде, где есть остатки растений или животных. Они везде делают свое дело. Разлагая белки, превращают их в селитру. Селитра иногда накапливается в почве в огромном количестве. Например, в черноземной почве летом может образоваться до 1500 килограммов селитры на одном гектаре.

И это имеет огромное значение для жизни растений. Дело в том, что растения, окруженные воздушным океаном, три четверти веса которого составляет азот, не умеют добывать этот азот из воздуха. Если бы в почве не было растворимых соединений азота, в том числе и селитры, все растения погибли бы.

Еще в XVII веке ученые заметили, что на корнях всех бобовых растений (горох, бобы, клевер, вика, фасоль) есть особые вздутия — клубеньки.

В 1865 году русский ученый М. С. Воронин доказал, что в клетках этих вздутий, или клубеньков, находится большое количество бактерий. Их так и назвали клубеньковыми.

Это случай взаимопомощи, или товарищества, между растениями и микробами. Бобовые растения снабжают микробов крахмалом и сахаром, которые им очень полезны. Микробы же, в свою очередь, обладают особой силой, которой нет у растений, — они могут азот из воздуха соединять с другими элементами. И бобовое растение получает азотистые соединения, как будто в почве были сложены богатые запасы этих веществ.

То, что клубеньковые бактерии снабжают азотистыми соединениями бобовые растения, было доказано. Однако все попытки заставить их делать то же самое с другими растениями, например с пшеницей, потерпели полную неудачу.

Каким же азотом питаются другие растения?.. Нет ли микробов, которые переносят азот из воздуха в почву?

Этим вопросом задался русский ученый С. Н. Виноградский. Раздумывая над загадкой, ученый пришел к мысли, что микробы, способные усваивать азот из воздуха, смогут прожить в такой почве, в которой азота вовсе нет. Если так, то надо приготовить такую почву и посмотреть, не вырастет ли в ней какой-нибудь микроб.

И вот Виноградский приготовил питательный раствор, лишенный азотистых веществ, и опустил в него комочек садовой земли. Через несколько дней со дна колбы с раствором стали подниматься пузырьки газа. А еще через несколько дней вся поверхность жидкости покрылась матовой пленкой микроорганизмов. Среди них, конечно, были различные микробы, внесенные в колбу с комочком земли Сергей Николаевич осторожно извлек крошечную частицу пленки и поместил ее в другую колбу, также лишенную азотистых веществ. Расчет его заключался в том, что большинство микробов в таком растворе погибнет от азотного голода; выживут только те, которые способны усваивать его из воздуха. И вот после многократных переносов пленки последовательно из одной колбы в другую С. Н. Виноградский выделил овальной формы бактерию — она жила в почве возле корней растений, усваивая азот из воздуха. Он назвал ее «клостридиум».