ПЕРВЫЕ АВТОТРОФЫ. ЖЕЛЕЗОБАКТЕРИИ

С.Н. Виноградский

Смотрите также:

Биография Виноградского

Микробиология

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Геоботаника

 Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Биология

Эволюция биосферы

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Геохимия - химия земли

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

ЖЕЛЕЗОБАКТЕРИИ КАК АНОРГОКСИДАНТЫ 

Термин аноргоксиданты был предложен для обозначения бактерий, обладающих специфической функцией,— способностью окислять неорганические вещества, как, например, серу, аммиак, нитриты, закись железа.

Мои исследования показали, что они занимают особое место среди живых существ, благодаря своим физиологическим свойствам, а именно:

1)        они развиваются в природе в чисто минеральных средах, которые содержат вещества, способные окисляться;

2)        их существование связано с присутствием специфических веществ, подвергающихся окислению под влиянием жизнедеятельности бактерий;

3)        это явление аналогично дыхательному акту; оно является единственным источником энергии;

4)        они не способны использовать питательные органические вещества, и переносят их лишь в слабых концентрациях;

5)        единственным источником углерода является углекислота, ассимилируемая в процессе хемосинтеза.

Как показали многолетние исследования, приведенные ниже, такими же свойствами отличаются также серобактерии и нитрифицирующие бактерии. Что касается железобактерий, то их физиологическая диагностика основана на одном единственном исследовании, опубликованном в 1888 г. в «Botan. Zeitung».

В статье указаны, правда довольно кратко, факты, из которых видно, что исследованные железобактерии Leptothrix ochracea действительно обладали свойствами, перечисленными в пунктах 1, 2 и 3. Оставалось только выяснить, действительно ли они неспособны усваивать органические питательные вещества и могут ли они ассимилировать углекислоту в процессе хемосинтеза. Исследования других групп аноргоксидантов делали такое предположение более чем вероятным. Нужно было только придерживаться плана исследований, установленного в сообщении 1888 г. и в более поздних работах, начиная с 1890 г., посвященных тарификаторам. К сожалению, за недостатком свободного времени я не мог вернуться и развить далее эту тему. Другие, после меня, также не сделали этого, хотя и прошло много лет. Их исследования приняли совсем другое направле- ние и я думаю, что было бы полезно критически его рассмотреть.

Именно взгляды Молиша, так сказать, отвели исследования с того пути, по которому следовали мы, так как этот ученый увидел в накоплении гидроокиси железа в нитях только проявление своеобразной силы, под воздействием которой слизистые влагалища аккумулируют окисные соединения железа—«удивительная сила, притягивающая соединения железа».

В своих «Основах бактериологии», так же как в своих немецких и английских учебниках, Лёнис не пошел далее этого. То же самое следует сказать и о других исследователях.

Адлер (Adler) придерживается взглядов Лёниса, но он противоречит себе, отмечая, что в присутствии Gallionella ferruginea железистая минеральная вода окисляется быстрее, чем вода, не заселенная бактериями или содержащая антисептики.

Единственное исключение среди массы других исследований, посвященных интересующему нас вопросу, составляют исследования Шорлерэ (Schorler). Он изучал образование охристых налетов в канализационной системе Дрездена, где вода содержит 0,2—0,3 г железа на 1 л; однако, этого количества уже было достаточно для того, чтобы через какие-нибудь тридцать лет асфальтированная внутренняя поверхность водопроводных труб покрылась коркой гидроокиси железа, около 3 см толщиной. Ее образование связано с жизнедеятельностью Gallionella, окисление бикарбоната закиси железа происходит только в ее присутствии. Отсюда следует, замечает автор, что в данном случае было бы трудно понять причину энергичного окисления закиси железа, если не разделять мнения Виноградского; поэтому приходится все же рассматривать Gallionella как главную причину, приводящую к отложению в трубах охристых осадков.

Давид Эллис (David Ellis), автор многих работ, посвященных рассматриваемой группе, исследовал около 300 образцов охристых отложений различного происхождения. Он указывает на присутствие Leptothrix ochracea и ему подобных микроорганизмов во всех образцах. Что же касается их физиологических особенностей, то он мог вывести только следующее заключение: «...эти бактерии живут в железистых водах и обладают свойством аккумулировать гидроокись железа, которая в избытке содержится в них».

Рульман (Rullman) и, наконец, Цикес (Zikes) заявляют лишь о своем согласии с точкой зрения Молиша.

Только в 1911 г. в работе Лиске «Данные к изучению Spirophyllum ferrugineum — типичной железобактерии» можно отметить полное возвращение ко взглядам, высказанным мною в сообщении 1888 г. Можно даже сказать, что результаты этой новой работы точно совпадают с результатами старой, а именно:

1)        Spirophyllum обильно развивается на чисто минеральной среде:

2)        в водной среде необходимо присутствие закисных солей железа, которые подвергаются окислению под влиянием жизнедеятельности бактерий;

3)        в отсутствие закисных солей железа развитие не наблюдается;

4)        бактерия не способна усваивать органические вещества: она переносит их только в слабых концентрациях, не выше тех, которые выдерживают нитрифицирующие бактерии;

5)        источником углерода для построения органического вещества служит исключительно углекислота, ассимилируемая в процессе хемосинтеза.

Культура выращивалась в небольших конических колбах, содержащих минеральный раствор с добавкой небольшого количества сернокислого аммония. Раствор насыщался углекислотой. Сорок колб, заготовленных таким образом, были разделены на две части: в одну часть колб вносили железные опилки, другая служила контролем. Через 14 дней в колбах, содержащих железо, образовался обильный охристый нарост, между тем как в контроле нельзя было заметить никаких следов его. Наконец, количественные опыты показали, что содержание органического углерода увеличилось. Таким образом, были получены совершенно ясные результаты, из которых видно, что основные физиологические свойства исследованных железобактерий в своих существенных чертах сходны с физиологическими свойствами серобактерий и обеих групп нитрифицирующих бактерий. Это — аноргоксиданты.

Заканчивая обзор, поставим вопрос: почему в физиологии железобактерий в течение долгих лет было столько заблуждений? Повидимо- му, в этом сыграл большую роль термин «отложение», которым пользовались для того, чтобы обозначить аккумуляцию гидроокиси железа влагалищами, а также взгляд, согласно которому это явление вызывается простой адсорбцией. Вот главные причины. Эта точка зрения, исходящая от Молиша, достаточно упрощенная, широко распространена. Не заметили, что у [железобактерий происходит не отложение, но главным образом экскреция: клетки «выбрасывают» продукт окисления, который удерживается влагалищами, но эти последние, в свою очередь, отбрасываются клетками, так как клетки с возрастом покидают их; это сопровождается накоплением «пустых» влагалищ, из которых состоит охристое отложение, образованное ими.

Значение этого акта «отбрасывания» вполне ясно. Он играет такую же роль в метаболизме этих существ, как выделение серной кислоты серобактериями или нитратов нитрификаторами. Значение всех этих актов выделения в экономике аноргоксидантов не должно затемняться тем обстоятельством, что в данном случае (у железобактерий) вопрос касается нерастворимого продукта окисления или продукта, который очень скоро становится нерастворимым, и требуется особая структура для того, чтобы клетки могли освободиться от окиси железа, которая загромождает их.

Если бы это было понято, я думаю, что изучение железобактерий не осталось бы в состоянии полного застоя с 1888 г.

К содержанию книги: Сергей Николаевич ВИНОГРАДСКИЙ - МИКРОБИОЛОГИЯ ПОЧВЫ. ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ