Новости Библиотека Учёные Ссылки Карта сайта О проекте


Пользовательский поиск





предыдущая главасодержаниеследующая глава

Железобактерии и железо

Можно сказать, что сначала железобактериям не повезло.

Открытая в 1836 году Эренбергом, эта группа микроорганизмов долго оставалась загадкой для микробиологов. Сам автор ничего определенного о найденных им микробах сказать не мог. А через шесть лет, в 1843 году, объявил, что это водоросли.

Так прошло полвека. И трудно сказать, как долго еще пришлось бы числиться железобактериям среди водорослей, если бы ими не заинтересовался замечательный русский микробиолог Сергей Николаевич Виноградский. Он-то и окрестил в 1888 году эту группу микроорганизмов их теперешним именем - железобактерии. Почему?

Сначала несколько слов о самом железе.

Железо - один из наиболее широко распространенных элементов в природе. По количественному содержанию в земной коре (до глубины приблизительно 15 километров) оно занимает третье место, уступая лишь алюминию и кремнию. В породах, из которых состоит эта доступная нашему наблюдению часть земной коры, железо находится как в окисных, так и в закисных соединениях. Чем же отличаются эти два вида соединений? На первый взгляд, казалось бы, отличие их невелико: в закисных соединениях железо двухвалентно, а в окисных оно трехвалентно, но посмотрите, к чему это приводит.

Естественные окисные соединения в воде почти не растворимы, в то время как закисные, например железный шпат, под влиянием свободной углекислоты растворяются довольно легко. Именно в такой форме растворенных закисных соединений и находится железо в воде природных железистых источников. Нетрудно приготовить растворы закисных солей железа и искусственно.

И вот если такие растворы оставить стоять на воздухе, то со временем на дне колб появится рыхлый бурый осадок: Это гидрат окиси железа. Растворы окисляются, двухвалентное закисное железо переходит в трехвалентную окисную форму. Однако в лабораторных условиях, в искусственных растворах без присутствия катализаторов (веществ, ускоряющих течение реакции), процесс этот идет медленно, очень медленно. Гораздо быстрее превращение ионов двухвалентного железа в трехвалентное и образование такого же осадка можно наблюдать дома в бутылке с обыкновенной минеральной водой. Но с еще большей скоростью этот процесс происходит в природе, в естественных водоемах.

Здесь есть свои катализаторы - микроорганизмы. Простой опыт. Добавьте к свежей железистой воде немного карболовой кислоты (убейте микробов), и осадка не образуется, вода останется прозрачной.

Вот этих-то бактерий, ускоряющих реакцию окисления закисных соединений железа, Виноградский и назвал железобактериями.

Но бактерии работают, так сказать, не бесплатно. Реакции, при которых двухвалентное железо переходит в трехвалентное, идут с выделением свободной энергии. А поскольку у железобактерий эта реакция происходит в протоплазме, в самом теле бактерий, то выделившаяся энергия используется для обеспечения жизненных процессов, обмена веществ. Конечный продукт этого обмена - нерастворимая гидроокись железа: трубочки, нити и хлопья, устилающие дно естественных водоемов. Выяснение способа питания железобактерий и составляло суть одного из открытий Виноградского. Путем многих экспериментов ученый показал, что на Земле обитают организмы, для которых металл служит хлебом насущным.

Особенности жизнедеятельности железобактерий, их способ добывания энергии казались столь разительными, что это далеко не сразу было признано всеми учеными. Спор между сторонниками Виноградского и школой немецкого физиолога Молиша, отрицавшего столь странный способ существования микробов, длился полстолетия.

До начала нашего века оставалось неизученным и строение железобактерий. Пустые трубочки гидрата окиси железа - "оформленные продукты обмена веществ", как их называл Виноградский, - долго оставались источником недоразумений и заблуждений. Почти 100 лет прошло после открытия Эренбергом железобактерий, а исследователи ошибочно принимали безжизненные пустые нити "болотной ваты" за самих бактерий.

Серьезную попытку описать строение и изучить развитие одного из видов рода Лептотрикс предпринял в 1907-1910 годах англичанин Эллис. Вывод его был неожиданным: протоплазма клеток железобактерий бесструктурна и полностью растворима в соляной кислоте.

Ученый повторил ошибку своих предшественников, отождествив вещество пустых влагалищ и появляющиеся в них при высыхании препарата пузырьки воздуха с протоплазмой бактериальных клеток. Подлинных клеток железобактерий Эллис так никогда и не увидал.

Впервые это удалось замечательному советскому микробиологу Холодному. Этот скромный и очень простой в обращении человек обладал даром удивительного экспериментатора, решавшего сложнейшие микробиологические проблемы путем опытов, гениальных по своей простоте.

Вот взята обыкновенная пробка и в нее одним углом вставлено несколько тоненьких покровных стекол. Казалось бы, чего здесь особенного? Но посмотрите, что происходит дальше.

Пробки помещают в аквариумы так, чтобы вставленные в них стекла были погружены в воду. Ее берут из естественных водоемов, и, конечно, в ней обитают самые различные микроорганизмы.

Пройдет некоторое время, и микробы начнут заселять предоставленные им экспериментатором бесплатные квартиры - стеклышки. Теперь остается только вынуть поплавки, снять стекла и под микроскопом изучить их население. Этим и занимался Холодный.

В одном из опытов среди прочих жильцов ученый увидел удивительное. микроскопическое деревце. Своим стебельком оно было прикреплено к стеклышку, а его веточки свободно плавали в воде. Но что особенно поразило исследователя, так это на редкость правильное ветвление крохотного "растеньица".

Его стебелек всегда строго разделялся на две веточки, те, в свою очередь, через определенный промежуток делились тоже на две и так далее. К тому же легко было заметить, что и стебелек и ветви представляют собой закрученные спирально ленты. Найденный организм очень заинтересовал учёного. Началось кропотливое и тщательное изучение загадочного деревца. Препарат готовился за препаратом... Опыт следовал за опытом... И лишь после долгих трудов пришла разгадка.

Бактерия
Бактерия

"Деревце" оказалось железобактерией, старой знакомой микробиологов, описанной еще Эренбергом и принятой им за диатомовую водоросль. В течение почти 100 лет ученые сталкивались с обломками этого "деревца", считая их целыми микроорганизмами и относя то к одному, то к другому роду железобактерий. Академик Холодный был первым человеком, увидевшим все "деревце" целиком.

Работа продолжалась, и вскоре выяснилось, что "деревце" - это лишь мертвое образование, построенное из гидрата окиси железа. Сами же бактерии располагаются на концах веточек, и каждая из них представляет собой одну-единственную клетку.

Все "деревце" вырастает также из одной клетки, которая, делясь пополам, дает начало двум новым веточкам, потом каждая делится еще раз, и так далее.

Так была раскрыта одна из тайн железобактерий и положен конец вековым заблуждениям и ошибкам. Открытый 100 лет назад как водоросль, потом долго принимаемый за нитчатую бактерию организм оказался микробом одноклеточным.

Начиная с тридцатых годов нашего века изучение железобактерий, их строения, жизнедеятельности и распространения в природе встало на серьезную научную основу. Особенно много сделал сам Николай Григорьевич Холодный. Он открыл семь новых, дотоле неизвестных науке видов железобактерий. Из них четыре относятся к нитчатым железобактериям из рода Лептотрикс.

И все-таки, "если оценивать итоги более чем столетних исследований группы железобактерий по числу открытых за это время "хороших видов", - пишет академик Холодный, - то придется признать эти итоги весьма незначительными. Очень скудны также наши сведения о строении и истории развития железобактерий. При описании некоторых форм часто приходится ограничиваться лишь указанием формы и размеров их клеток. О характере питания и дыхания других форм нам пока ничего не известно".

Итак, по свидетельству самого крупного специалиста по железобактериям, эта группа микроорганизмов изучена далеко не достаточно. В одном лишь роде Лептотрикс академик Холодный открыл четыре новых вида.

Но кто может поручиться, что науке уже известны все виды железобактерий и что среди оставшихся неоткрытыми нет того самого, который Дик Валоне назвал своим именем? К тому же в микробиологии принято после видового названия микроба ставить первые буквы, а иногда и полностью фамилию ученого, открывшего новый вид. Иногда фамилия ученого ставится после родового названия, как это и сделал Дик Валоне.

В общем знакомство с историей открытия и изучения группы железобактерий не разрешило моих сомнений.

Оставался невыясненным и другой вопрос: могут ли железобактерии создать залежи железной руды?

Собственно, вопрос состоял даже не в том, могут или не могут. Мысль, что микробы принимают участие в образовании руд, была высказана еще в 1836 году Христианом Эренбергом. Ему тогда был известен только один микроорганизм, обладающий способностью накоплять железо, - Галлионелла ферругинеа, то самое железное Деревце, которое впоследствии открыло академику Холодному тайну железобактерий. Ошибочно посчитав этот организм за диатомовую водоросль (их тогда именовали "панцирными инфузориями"), Эренберг полагал, что скорлупки этих "инфузорий", содержащие кремниевую кислоту и окись железа, явились главным материалом, из которого образовались так называемые болотные руды.

Это была первая догадка о геологической роли железобактерий. Однако предположение Эренберга поддержки у современников не нашло. Но через полвека то же мнение высказывает Виноградский. Он пишет: "Колоссальные отложения железных руд, известных под названием болотной, озерной, луговой и тому подобное, по всей вероятности, обязаны своим происхождением деятельности железобактерий". И снова длительный, на десятилетия, спор с Молишем, и снова Виноградский оказывается прав.

Сейчас ни у кого из геологов не вызывает сомнения участие железобактерий в образовании осадочных месторождений железных руд.

Миллионы и миллионы отмерших бактерий вместе с футлярами, содержащими нерастворимый гидрат окиси железа, скапливаются на дне водоемов большими массами. Постепенно они уплотняются и превращаются в железняк. Именно таким путем образовалось наше знаменитое Криворожское месторождение. Железобактерии были создателями огромных (более 10 тысяч квадратных миль) железорудных отложений в районе Великих озер в США.

Вообще бурый железняк - самая распространенная руда. Это я знал. И повторяю, в связи с Костиной историей вопрос состоял не в том, могут или не могут железобактерии создавать железорудные залежи. Могут! Этот процесс идет и в наше время.

Но как быстро? Сколько времени должно пройти, прежде чем на месте озера или болота образуется месторождение железа? Сколько миллионов или биллионов железобактерий должны для этого "лечь костьми"? А как скоро могут делиться железобактерии? Какова скорость их роста? Вот в этих вопросах следовало разобраться.

Прямых наблюдений здесь мало, но все-таки они есть. Вот данные академика Холодного о скорости роста "железного деревца" - Галлионеллы. Каждая клетка (а располагаются они, как вы помните, на вершине веточек) в течение часа выделяла железистый стебелек, длина которого в 80 раз превышает толщину клетки. Диаметр клетки 0,6 микрона. Итак, около 2 микрон в час, всего две тысячных доли миллиметра. Казалось бы, очень мало.

Но вот в начале нашего столетия в тяжелом положении оказался Дрезден. Трубы городского водопровода неожиданно быстро покрылись толстым слоем "ржавчины", и напор воды сильно понизился. Некоторые совсем воду не пропускали. Снабжение большого города водой было нарушено.

Особенно странным было то, что образовавшееся внутри труб вещество не имело ничего общего с обычной ржавчиной, продуктом простого химического взаимодействия металлического железа труб с водой и растворенным в ней кислородом. Мало того, странная ржавчина, забивая трубы, даже не повреждала их внутреннюю поверхность, и черный асфальтовый слой, которым покрывают трубы изнутри, оставался целым.

Загадка разрешилась, когда за дело взялся микробиолог Шорлер.

Как вы догадались, в водопроводе поселились железобактерии. Это были знакомые нам Галлионеллы. И хотя вода дрезденского водопровода содержала всего 0,2-0,3 миллиграмма железа на литр, микроскопические клеточки "железного деревца" за 30 лет своей деятельности покрыли трубы, имевшие в диаметре 10 сантиметров, плотным трехсантиметровым осадком окиси железа. А сколько железных веточек было снесено напором воды?!

Или другой случай. Одна большая бумажная фабрика не могла выпускать белых сортов бумаги, так как содержавшиеся в воде частички гидроокиси железа придавали бумаге желтый оттенок. Виновными оказались железобактерии.

Много неприятностей доставляют железобактерии при эксплуатации артезианских колодцев, часто питающих водопроводы. Один из видов, Гренторикс (близкий родственник Лептотрикса), называют "чумой колодцев". Уже по одному такому титулу можно представить размах деятельности этой железобактерии. Грубо говоря, она очень прожорлива. Правда, почти все микробы отличаются завидным аппетитом. Это легко наблюдать при производственном выращивании дрожжей. За 12 часов порция этих микроскопических грибов, весящая 56 килограммов, поглощает 1500 килограммов питательных веществ, около 27 тысяч литров воды и 765 кубических метров воздуха. Вес грибов за это время увеличивается до 450 килограммов.

Но существуют бактерии, потребляющие за сутки пищи даже в 25-30 раз больше их собственного веса. Если бы человек обладал таким же аппетитом, то за день он съедал бы около... 3 тысяч килограммов.

Но даже среди микроорганизмов железобактерии - чемпионы по прожорливости, для построения каждого грамма своего тела они перерабатывают 464 грамма углекислой закиси железа, переводя ее в окисные соединения.

И все-таки на образование железорудных залежей нужны тысячелетия.

Нет, не могли за 20 лет на Рио-Верте образоваться новые залежи железа! Да, но у Дика Валоне был вид Лептотрикса, неизвестный науке. А что, если он еще более прожорлив, чем другие железобактерии? К тому же в рассказе написано, что это самая быстроразмножающаяся бактерия в мире. Быстро, но как быстро? Обычные железобактерии не отличаются особой скоростью размножения.

Вот живущая в организме человека кишечная палочка, та действительно обладает способностью к необыкновенно быстрому размножению. Каждые 15 минут она удваивает свою численность.

Через час одна бактерия дает 8 потомков, через два их уже 64, а в течение суток число внуков, правнуков и праправнуков достигает трудно вообразимой величины - 4772 триллиона!

Есть ведь некоторые термофильные (теплолюбивые) бактерии, способные размножаться в 10 тысяч раз быстрее кишечной палочки. Их поколения мелькают, как спицы в велосипедном колесе. Каждый миг здесь рождаются все новые и новые потомки. Это и есть, по-видимому, самые плодовитые бактерии на Земле.

Бактерии
Бактерии

А если Лептотрикс Валоне размножался с такой же или пусть даже несколько меньшей скоростью, тогда... Тогда все, что написал Костя, действительно могло случиться. Теоретически выходит, что да.

Вот случай из практики.

Очень часто в почвенных водах, питающих водопроводы, есть марганец. Он служит некоторым железобактериям (в том числе из рода Лептотрикс) такой же пищей, как и железо. В их домиках-трубочках откладываются оба эти элемента.

И еще в 1926 году в одном из крупных немецких городов микробиологи предложили и разработали очень остроумный способ. Им удалось избавиться от марганца в воде и не дать возможности железобактериям селиться в трубах. Прежде чем направить воду в водопровод, ее пропустили через большие песчаные фильтры, заселенные активной культурой железобактерий.

Дальше все происходило просто. Поселившиеся в фильтрах бактерии извлекали из воды весь марганец, и развитие их сородичей в водопроводных трубах стало невозможным из-за отсутствия пищи - закиси марганца.

А чем это не способ добывания марганца из естественных вод? И почему бы таким путем не добывать и железо?!

Итак, данные микробиологии дают основание думать, что история на Рио-Верте не вымышленная.

И все-таки, хотя никаких серьезных "против" я не видел, казалось невероятным, что микробы могут добывать железо и буквально на наших глазах создавать новые рудные залежи.

В этом я честно сознался Косте, когда он ко мне пришел. Он выслушал меня внимательно, а потом достал из кармана какую-то круглую вещь и положил ее на стол. Это было "железное яблоко".

- Шандыбин прислал, - сказал он.

Взяв лупу, я быстро убедился, что железный клубок выглядит действительно таким, как его описал Костя. Тысячи металлических веточек переплелись в самых невероятных направлениях, создав ажурную ив то же время прочную и плотную конструкцию.

- Блестящий образец болотной руды, - так определил один из специалистов, которому я несколько позже продемонстрировал эту вещь. - Но почему такое высокое содержание металла, ведь обычно болотная и луговая руды имеют от сорока до семидесяти процентов железа?

Вот, собственно, все о загадке Рио-Верте.

Я так и не знаю, почему в "железном яблоке" содержание чистого железа выше, чем в обычных рудах осадочного происхождения. Не знаю я и как объяснить, что прибыла эта руда из мест, где встречается только железо вулканического происхождения, а люди, может быть, даже никогда в жизни и не видели настоящего болота. Не ясно мне до сих пор и насколько достоверна сама история происхождения "железного яблока". Однажды мне даже подумалось: "А не сочинил ли всю эту историю сам Костя, поскольку он на такие вещи способен?"

Но одно я знаю твердо. Много удивительных и неожиданных открытий ждет будущих исследователей, которые займутся изучением железобактерий, как, впрочем, и других проблем микробиологии и биогеохимии.

Многообразие микроорганизмов на Земле огромно. Одних только грибов до 80 тысяч, и большинство из них микроскопические. Науке известны 1000 видов актиномицетов и многих других микробов и вирусов. И это не предел великого многообразия форм мира микробов. В природе обитают еще многие и многие неизвестные науке микроорганизмы, а мы лишь подозреваем об их существовании, так как не научились культивировать их в условиях лабораторий.

И кто знает, может, среди них существуют и железобактерии, подобные тем, которые здесь фигурировали под именем Лептотрикса Валоне.

К тому же в пользу Лептотрикса Валоне говорит и деятельность родственников железобактерий - микроорганизмов других видов. Ведь микробы "приложили руку" не только при создании залежей железных руд.

предыдущая главасодержаниеследующая глава




Rambler s Top100 Рейтинг@Mail.ru
© Злыгостев Алексей Сергеевич, 2001-2017
При копировании материалов активная ссылка обязательна:
http://nplit.ru 'NPLit.ru: Библиотека юного исследователя'