Игорь Васильков - Следопыты в стране анималькулей

Где-то, на одном из бесчисленных пергаментных свитков, в перечне наблюдений за явлениями природы он сообщает о чудесном свойстве бобовых растений.

«Значит, — размышляет Виноградский, — еще в древние времена было известно, что бобовые растения — клевер, люцерна, горох, лупин, фасоль — хорошо растут даже на таких почвах, где другие растения дают плохие урожаи».

Причину этого объяснить в древности, конечно, не могли, но заметили, что если на малоурожайной почве росли хотя бы один год бобовые травы, то там можно уже выращивать другие растения и получать хорошие урожаи.

Плохая почва чудодейственным образом становилась хорошей. Это также было непонятно. Но этим свойством бобовых пользовались.

Знаменитый ученый и писатель древности Гай Плиний Старший почти всю жизнь писал многотомный труд о живой и мертвой природе. Он тоже не забыл упомянуть о бобовых и даже оставил рецепт, проверенный сотнями земледельцев на его родине: «Если после пшеницы сеять бобы, то можно повысить плодородие почвы».

Проходили века, слава бобовых продолжала жить, но знали о них не больше, чем люди древнего мира.

Только через две тысячи лет после Варрона и Плиния ученые впервые исследовали химический состав зеленых растений. При этом особенно много было найдено соединений железа, кальция, магния, фосфора, азота…

А когда почвоведы исследовали состав почв, то и там нашли все эти соли, только одних было больше, других меньше.

Все, конечно, понимали, что растения получают необходимые им соли из почвы при помощи корней. Но какие из этих солей более всего необходимы растениям? Это продолжало оставаться неясным. А между тем знание потребности растения в питательных веществах позволило бы управлять жизнью растений. Тогда ученые стали выращивать растения в растворах: одни растения в растворах, где были все соли, обнаруженные в растительных тканях, а другие — в растворах с теми же солями, но без какой-нибудь одной. Были проделаны сотни таких опытов с различными растениями.

И вот результат: чтобы растения хорошо развивались, им нужны почти все соли, имеющиеся в почве. Но есть и такие соли, без которых растения вообще существовать не могут. Особенно большое значение имеют минеральные соединения азота, — соли азотной кислоты, — так как азот входит в состав белков — главной составной части всех живых клеток и тканей.

Азота очень много в воздухе. Однако растения не могут усваивать газообразный азот. Рождаясь и живя в воздушном океане, три четверти веса которого составляет азот, растения все же погибнут, если в почве не будет растворимых соединений азота.

Опыты неизменно подтверждали это. Достаточно было добавить в почву немного азотных соединений, и растения развивались хорошо, давали большой урожай.

Откуда же пополняются запасы азота в почве? Ведь за долгую историю Земли растения должны были бы уже давно поглотить все его запасы.

Вот тут-то ученые и вспомнили древний рецепт с посевом бобовых растений. Оказалось, что там, где растут бобовые, содержание азота в почве не уменьшается, а, наоборот, увеличивается.

«Так вот оно что! — обрадовались агрономы. — Значит, именно бобовые растения накапливают азот в почве!»

Однако наука не терпит домыслов. Она требует фактов, только фактов. И ученые продолжали поиски. Исследователи взяли песок и прокалили его хорошенько на огне. Потом добавили в него все питательные вещества, кроме азота, и посеяли клевер с горохом. И что же? Бобовые растения не только не накопили азота, а сами погибли от азотного голода.

Решение загадки упорно не давалось в руки Виноградскому.

«Вот так штука! — развели руками те, кто еще недавно радовался разгадке тайны бобовых. — Выходит, что бобовые растения вовсе и не накапливают азота в почве».

Между тем исследования почв по-прежнему подтверждали: там, где растут бобовые растения, количество азота в почве не уменьшается, а увеличивается.

В чем же дело? Вместо того чтобы проясниться, вопрос еще больше запутался.

Помог решению этой загадки природы русский ботаник Михаил Степанович Воронин.

Ученый с мировым именем, он много лет занимался изучением микроскопических грибков и своими открытиями в этой области завоевал всеобщее признание.

Михаил Степанович Воронин тоже заинтересовался загадкой бобовых растений. Он обратил внимание, что на корнях этих растений всегда есть какие-то наросты, вроде маленьких клубеньков. Об их существовании знали и раньше, но не придавали им значения. А Воронин тщательно исследовал содержимое клубеньков и в 1866 году обнаружил, что они буквально набиты «одноклеточными живыми существами». Это были мелкие подвижные бактерии в виде палочек неправильной формы.

Слева — клубеньковые бактерии в первоначальном виде; справа увеличенные формы их после разрастания внутри клубеньков.

«Нет ли какой-то связи между этими бактериями и накоплением азота в почве? — подумали микробиологи. — Но как это проверить?»

Тогда за исследование клубеньков взялись химики. Они подтвердили, что бобовые растения накапливают азот в почве только в том случае, если на их корнях есть клубеньки. В прокаленной почве или песке, где нет никаких бактерий, клубеньки на корнях бобовых не образуются и азот в почве не накапливается. Но если прокаленную почву или песок «заразить» обычной почвой, то на корнях бобовых появляются клубеньки и начинается накапливание азота.

Значит, догадка была правильной. Именно клубеньковые бактерии накапливают азот в почве. Они внедряются в корневые волоски, размножаются там и проникают дальше в корень. Под влиянием бактерий, клетки корня разрастаются и образуют клубеньки.

Клубеньковые бактерии и бобовые растения — еще один пример взаимопомощи в природе. Бактерии усваивают азот непосредственно из воздуха и превращают его в вещества своего тела. Бобовые растения пользуются азотом, накопленным в теле бактерий, а последние в обмен берут из соков корня нужный им сахар.

Когда бобовые травы скашивают или они отмирают сами, то их корни вместе с клубеньками сгнивают. Тогда азотные соли, накопленные бактериями, остаются в почве и могут использоваться уже другими, не бобовыми растениями.

Различные виды клубеньков, наполненных бактериями, на корнях бобовых растений 1 — на горохе; 2 — на клевере; 3 — на сераделле; 4 — на люпине; 5 — на доннике.