Михаил Бухар - Популярно о микробиологии

Вычислительная техника, создаваемая на элементной базе из биологических материалов, так называемых биочипов, делает первые шаги. И может быть, недалеко то время, когда эта элементная база станет основой для создания компактной, надежной и малоэнергоемкой вычислительной техники будущего.

Геологи… Мужественные, отважные люди. Они пробираются сквозь непроходимую тайгу и знойную пустыню, чтобы найти новое месторождение и отметить его на карте.

«Пришел, увидел…» и открыл. Так неискушенному читателю представляется работа геологов, сложность которой сосредоточена в основном на трудностях пути к месторождению. Однако отколоть кусочек породы и отметить ее выход на поверхность — только часть большой и сложной работы геологов, девизом которых всегда было «Молотком и знанием». Но если первая часть девиза понятна людям, далеким от геологии, то о второй мало что известно. Между тем в наше время геологоразведка пользуется помимо традиционного геологического молотка множеством новых методов, основанных на успехах других наук.

Не отказывается геология и от помощи микробиологии. Оказывается, микроорганизмы можно использовать как тесты на наличие тех или иных полезных ископаемых. Если известный микроб, способный расти только в присутствии вещества «x», растет в неизвестной исследуемой среде, значит, в ней есть это вещество. Из этого вытекают два микробиологических подхода, используемых в процессе геологоразведки. Первый — изучение качественного состава новых образцов микрофлоры уже известных месторождений. Так, по присутствию бактерий Bacillus cereus можно обнаруживать месторождения золота, меди и некоторых других металлов. Второй подход — рост на исследуемых образцах породы «тестовых» микроорганизмов служит еще одним подтверждением присутствия вещества, ради которого проводится поиск.

Объединение этих двух подходов в значительной степени увеличивает вероятность обнаружения полезных ископаемых, если к этому, разумеется, есть и геологические предпосылки. Конечно, кроме микробиологических методов существуют и другие, но микробиологические иногда более чувствительны и специфичны.

Микробиологические методы, разумеется, не дают абсолютной гарантии. Нельзя забывать, что ее может дать только пробуренная скважина или шахта. А бурить скважину, даже пробную, и долго, и дорого. Один день бурения стоит около $1 млн. Поэтому любой дополнительный метод исследования, позволяющий получить информацию о возможном наличии или отсутствии полезных ископаемых, помогает вести геологоразведку более эффективно и экономно.

Предположим, что месторождение нефти найдено, и на географической карте появился знак буровой вышки или нефтяного фонтана. Но месторождений, где нефть действительно фонтанирует, т. е. идет под давлением, остается все меньше и меньше. Нефть приходится качать из глубинных слоев с помощью целой системы мощных насосов.

В последнее время в связи с нехваткой нефти геологи все чаще вынуждены обращаться к разработке даже тех месторождений, в которых она находится в так называемом нефтеносном пласте, состоящем из различных пористых пород, и располагается в микрокапиллярах. В этих случаях решающее значение для ее извлечения имеют сила связи нефти с частицами породы пласта и поверхностное натяжение на границе раздела нефть — вода, в свою очередь зависящее от вязкости нефти. Если бы удалось ее снизить, то добывать нефть из пластов было бы значительно легче. Уменьшение толщины нефтяной пленки на стенках пор песчаника лишь на 0,000002 мм привело бы к увеличению добычи нефти на 10 %. Однако даже введение в пласт поверхностно-активных веществ, снижающих поверхностное натяжение, отнюдь не решает задачу извлечения нефти из пористых пород.

Так что же делать? Выкапывать весь слой и промывать его на поверхности? Трудоемко, технически трудноосуществимо и экономически невыгодно. Нефть будет стоить дороже золота! С помощью микробиологов геологи нашли выход из этого затруднительного положения. В нефтеносный пласт вводят микроорганизмы, которые благодаря своим микроскопическим размерам проникают в мельчайшие поры породы и, интенсивно размножаясь и выделяя углекислый газ или метан, создают в каждой поре и в пласте в целом условия, которые способствуют вытеснению нефти на поверхность. Одновременно бактерии, окисляя углеводороды, вызывают изменения их физико-химических свойств, в частности, необходимое снижение вязкости.

Аналогичный эффект увеличения дебита нефтяных скважин можно получить, закачивая культуру микроорганизмов с питательной средой в те из них, в которых резко снизилось избыточное давление. После введения культуры микроорганизмов скважину консервируют и через некоторое время снова открывают. Интенсивно размножаясь в созданных для них благоприятных условиях, микроорганизмы образуют большое количество углекислого газа, который и создает в скважине избыточное давление, необходимое нефтяникам. После такой обработки прирост добычи нефти колеблется в среднем от 20 до 200 %, и это увеличение может сохраняться от двух до восьми лет. Такие разработки уже осуществлены в промышленном масштабе!

Однако роль микроорганизмов в геологии не ограничивается увеличением отдачи нефтяных месторождений.

Еще В. Вернадский отмечал роль живых организмов в качестве аккумуляторов тех или иных элементов. Уровень наших знаний в этой области настолько возрос, что можно использовать такое их умение в технологических целях.

Нужно только выделить из бесконечного множества микроорганизмов те виды, у которых способность извлекать тот или иной элемент довольно велика. Естественно, что поиски геологов и микробиологов были направлены прежде всего на получение дорогостоящих металлов, таких как золото и серебро. Золото в силу многих причин давно служит для человечества мерилом богатства. Хотя надо заметить, что в целом его на Земле не так уж и мало. По расчетам ученых, в одном кубическом километре морской воды может содержаться золота на сумму от $5 до $25 млн. Лауреат Нобелевской премии Фриц Габер (он получил ее за синтез аммиака промышленным способом) тоже занимался извлечением золота из морской воды путем электролиза. Однако при использовании этой очень дорогостоящей технологии оно оказывается вдвое дороже обычного.