Как дышат и питаются микробы

Категория: Животные

Для дыхания живым. существам нужен воздух, точнее, содержащийся в нем кислород. Воздух необходим и большинству микробов. Таких микробов называют аэробами. Но есть бактерии, живущие без воздуха. Их называют анаэробами. Кислород воздуха для них — яд.

В природных условиях аэробы живут в поверхностных, рыхлых слоях почвы, на поверхности пищевых продуктов, в верхних слоях воды. Анаэробы обитают в более глубоких слоях почвы, в иле, в толще воды — там, где свободного кислорода нет совсем или же его недостаточно для других существ.

Многие микроорганизмы способны вызывать брожение. Брожение представляет собой особый вид дыхания, свойственный микробам. При сбраживании, особенно сахаристых веществ, высвобождается энергия, необходимая для существования микроорганизмов. Но в процессе брожения без доступа кислорода воздуха микроорганизмы используют только небольшую долю энергии, скрытой в веществах, которые они разлагают лишь частично. При дыхании сахар в организме используется полностью. В результате получается вода и углекислый газ. Во время брожения дрожжи разлагают сахар не полностью, превращая его в спирт и углекислый газ.

При брожении, вызванном дрожжами, жидкость пенится от энергично выделяемого углекислого газа. Пузырьки газа со дна бутылки с хлебным квасом свободно поднимаются к поверхности. Но в вязкой массе, например в тесте, они лишь с трудом и далеко не полностью выбираются на поверхность. Вот почему тесто поднимается на дрожжах, точнее говоря, его поднимают пузырьки углекислого газа. В брожении, происходящем в ржаном тесте, помимо дрожжей принимают большое участие молочнокислые бактерии. Они превращают сахаристые вещества теста в молочную кислоту. При изготовлении всевозможных молочных продуктов — сметаны, простокваши, варенца, кумыса, кефира, а также при силосовании кормов тоже действуют различные молочнокислые бактерии.

Если в молоко проникнут гнилостные микробы, то через несколько часов оно приобретет неприятный запах и вкус. Микробы, разлагающие жиры, придают молоку или сливочному маслу прогорклый привкус. Маслянокислые бактерии превращают молоко в пенящуюся, взмученную массу с острым, неприятным запахом — они разлагают сахар с образованием дурнопахнущей масляной кислоты, водорода и углекислого газа. Молочнокислые бактерии убивают гнилостных, маслянокислых и разлагающих жиры микробов. Вызывая скисание молока, они тем самым предохраняют его от порчи.

Уксуснокислые бактерии окисляют спирт, в результате образуются уксусная кислота и углекислый газ. Многие микробы питаются преимущественно органическими веществами. В живую ткань они не вторгаются и потому не вызывают заболеваний живых существ. Эти микробы называют сапрофитами. Среди них есть и злостные вредители, разлагающие пищевые продукты. Некоторые сапрофиты (различные бактерии, дрожжи, плесени), как мы уже знаем, используются в пищевой промышленности. Они вызывают брожение Сахаров, из которых они черпают необходимую для своей жизнедеятельности энергию, а также получают необходимое питание (углеводы, азотистые вещества и минеральные соли).

1830-1.jpg

Серобактерия.

Очень большую роль в природе играют гнилостные бактерии, или аммонификаторы. Они разлагают белковые вещества остатков растений и животных и превращают их в аммиак, воду, сероводород и углекислый газ. Без них жизнь на Земле стала бы невозможной. Ведь эти бактерии разлагают сложное органическое вещество на простые минеральные соединения, которыми питаются зеленые растения. Образовавшийся аммиак непосредственно используется зеленым растением или подвергается процессу нитрификации (окислению с образованием солей азотной кислоты) особыми бактериями-нитрификаторами, о которых мы расскажем позже.

Для большинства животных и растений нефть вредна. Нефть, растворенная в воде, вызывает у рыб отравление. Между тем в почвах нефтеносных районов обнаружено значительное количество микробов, способных использовать для своего питания различные вещества, составляющие нефть,— керосин, парафин и др. В результате их деятельности через 7 — 10 дней в водоемах слой нефти толщиной в миллиметр почти целиком исчезает.

Советские микробиологи предложили использовать таких микробов как разведчиков нефти. Обычно из глубины залежей нефти просачиваются на поверхность Земли нефтяные газы. При малейших следах подобных газов микробы-разведчики, помещенные в специальные колбочки с питательной средой, начинают быстро размножаться. В колбе на поверхности жидкости появляется пленка, а питательный раствор сильно мутнеет. Следовательно, в этом месте можно искать нефть. Промышленное значение приобретает вскармливание особых микроорганизмов углеводородами нефти, горючих газов для получения дешевых белковых кормов.

1830-2.jpg

С. Н. Виноградский.

Микробы, способные разлагать нефть, каучук, бетон, клетчатку, вызывать коррозию металлических труб, приносят неисчислимые убытки. Установлено, что одна из причин мелких трещин на асфальтовых покрытиях дорог — разрушительное действие микроорганизмов. Приходится изыскивать противомикробные вещества, которые могли бы защищать эти покрытия. В бензине, в дизельном топливе вследствие жизнедеятельности особых микроорганизмов возникают осадки, которые могут привести к порче топливных двигателей, баков и насосов. Достаточно добавить в топливо небольшое количество специальных химических препаратов, чтобы подавить развитие этих микроорганизмов.

В борьбе с подобными микроорганизмами все большее значение приобретает широкое применение синтетических полимерных материалов. Многие из них оказываются «не по зубам» даже самым изощренным микробам-разрушителям. Тысячи километров кабеля одевают легкие и бактериоустойчивые полиэтиленовые и хлорвиниловые «рубашки». Созданы волокна со специальными свойствами. Они не только устойчивы к гниению, но и обладают бактериоубивающим свойством.

Основная масса растения состоит из вещества, называемого клетчаткой или целлюлозой. В ее разложении главную роль играют особые целлюлозораз-рушающие микробы. В иле, в почве, особенно лесной, в навозе — повсюду, где скопляются растительные остатки, появляется несметное количество этих микробов. Весьма полезна и даже жизненно необходима деятельность таких микробов в кишечнике травоядных животных: разлагая там клетчатку, они способствуют перевариванию растительной массы.

Но иногда эти бактерии и грибы вредят хозяйству человека, например они разрушают рыболовные сети, шпалы. Для предохранения от порчи сети пропитывают особым противомикробным составом. В последнее время стали применять капроновые сети: целлюлозоразрушающие бактерии на них не действуют. Если не принять защитных мер, книги и старинные редчайшие рукописи могут быть изъедены целлюлозоразрушающими бактериями и плесневыми грибами. Поэтому книгохранилища и архивы, где хранятся ценные рукописи, время от времени подвергают окуриванию сернистым газом.

В прошлом веке биологи заинтересовались странными свойствами одной группы микробов: внутри клеток этих бактерий были обнаружены кристаллики серы. Русский ученый С. Н. Виноградский в 1887 г. доказал, что подобные бактерии, окисляя сероводород, используют образующуюся при этом энергию на построение органических соединений из углекислого газа и воды. В результате такого окисления сероводорода получается серная кислота или сера, кристаллики которой и обнаруживаются в клетке.

К микробам, использующим энергию, освобожденную при окислении минеральных веществ, относятся также бактерии-нитрификаторы. Они способны превращать аммиак в селитру. Эти бактерии, как и зеленые растения, создают органические вещества из воды, углекислого газа и минеральных солей. Но, в отличие от зеленых растений, нитрификаторы, как и серобактерии, не нуждаются в солнечной энергии. Их можно встретить даже в бесплодных песках, в трещинах скал, в темных ущельях, лишенных каких-либо признаков жизни. В природных условиях они образуют огромное количество селитры из аммиака, выделяющегося при разложении животных и растительных остатков. В хорошо проветриваемой почве за год может быть образовано на гектаре более четверти тонны селитры — ценного азотного удобрения. В некоторых местах, где растительность скудна или ее совсем нет, а дождей почти не бывает, накапливающаяся селитра не вымывается из почвы. Здесь образуются залежи селитры.

В районе Бухары почва глинистых пустынь нередко содержит до 2% селитры. Особенно много ее на местах старых городищ, древних караван-сараев, кладбищ. И это не случайно: скопление органических остатков в этих районах послужило для микробов сырьем при образовании селитры.

Свободный атмосферный азот растения усваивать не могут: он им недоступен. Но во многих почвах поселяются особые бактерии, а также мельчайшие синезеленые водоросли-азотоусвоители, которые усваивают азот из воздуха. И там, где условия для развития таких микробов благоприятны, растения не испытывают азотного голодания. Впервые эти бактерии-азотоусвоители были открыты С. Н. Виноградским в 1893 г.

Голландский ученый Бейеринк выделил из садовой почвы микроб азотобактер. При благоприятных условиях микробы этого вида за лето накапливают в почве на одном гектаре 30—70 кг азота, частично возмещая его убыль после уборки урожая. Азотобактер — свободноживущий азотоусвоитель. Его существование не зависит от какого-либо растения — он вольный житель почвы. Есть и другие азотоусвоители, жизнь которых, в отличие от азотобактера, теснейшим образом связана с растением. Уже давно известно, что бобовые растения — вика, клевер, горох, фасоль, люцерна — обогащают почву азотом. Если выдернуть из почвы бобовое растение, нетрудно заметить на его корнях клубеньки. В них-то и живут микробы-азотоусвоители. Азот они усваивают из воздуха и частично отдают его растениям. После отмирания бактерий накопленный в клубеньках азот остается в почве в виде солей и легко усваивается любыми растениями, посеянными на этом поле.

Некоторые синезеленые водоросли также являются азотоусвоителями. Размножаясь в огромном количестве на рисовых полях, они обогащают почву азотом, соперничая даже с азотобактером.

В наше время широко применяются искусственные живые удобрения — нитрагин, состоящий из живых клубеньковых бактерий, и азотобактерин, представляющий собой живую массу азотобактера.

Интересное