Глава 3. Круговорот веществ в природе и участие в нем микроорганизмов

Все живое на Земле, происшедшее когда-то из неживой материи и качественно отличающееся от последней, находится в теснейшей связи с мертвой природой. Существует постоянное равновесие и взаимосвязь между живой и неживой природой, происходит беспрерывная цепь превращений вещества и энергии на земной поверхности, беспрерывный процесс созидания и разложения органического вещества. Этот непрерывный процесс составляет малый биологический круговорот, составляющий часть большого, абиогенного (безжизненного) круговорота, который изучается геохимией и геологией.

В биологический круговорот вовлечены атомы всех химических элементов, составляющих живое вещество. Из них особенно важно рассмотреть круговорот углерода, азота, серы и фосфора.

Зеленые растения и автотрофные микроорганизмы строят органические соединения своего тела, пользуясь только минеральными формами углерода (углекислота атмосферы) и минеральными формами азота (аммиачные и азотнокислые соли). Они осуществляют первичный синтез органических веществ на Земле из простых неорганических соединений.

Единственным источником углеродного питания для зеленых растений является СО₂ (углекислота). Зеленые растения благодаря солнечной энергии превращают углекислоту, не имеющую никакой энергетической ценности, в углеводы, белки и жиры, имеющие исключительную энергетическую ценность. Все зеленое царство является огромным аккумулятором солнечной энергии, которую оно переводит в скрытую энергию своих сложных органических соединений.

Подсчитано, что зеленые растения ежегодно извлекают из атмосферы ¹/₅₀ часть всего количества углекислоты атмосферы. Следовательно, лет через пятьдесят вся углекислота могла бы быть переведена в органические соединения растительных и животных организмов. Исчезновение углекислоты сделало бы невозможной жизнь растений, а следовательно, и животных на Земле. Но в действительности этого не наблюдается. Как известно, содержание углекислоты в атмосфере постоянно и равняется 0,03%. Это постоянство обусловливается тем, что в природе одновременно происходят и обратные процессы - обогащения атмосферы углекислотой. Одновременно с синтезом органического вещества в природе идет и разложение органического вещества до неорганических соединений, таких, как CO₂, H₂O, NH₃, H₂S и др.

То же самое надо сказать и в отношении азота. Растения не могут усваивать свободный азот из атмосферы и азот, связанный в органических соединениях. Они усваивают только минерализованные азотные соединения - аммонийные и азотнокислые соли. В пахотном слое 1 га почвы (подзола) содержится 6000 кг азота, но усвояемые формы для растений составляют только 1%. Такое количество усвояемого азота не обеспечило бы и одного хорошего урожая.

Таким образом, жизнь на Земле возможна только при непрерывном разложении органического вещества, синтезированного растениями и животными. Эта грандиозная переработка всех отмерших остатков растительного и животного царства осуществляется микроорганизмами. В ходе своей жизнедеятельности они производят минерализацию органических веществ - белков, жиров, углеводов - с образованием в конечном итоге углекислоты, воды, аммиака, нитратов, неорганических соединений серы и фосфора, усвояемых растениями. Эти вещества вовлекаются в новый круговорот. Чем энергичнее протекают процессы разложения органических веществ, тем больше развивается органическая жизнь, быстрее осуществляется круговорот веществ в природе. Этот беспрерывный круговорот жизни, говорит академик В. Л. Омелянский, эта вечная смена живых веществ на земной поверхности будет безостановочно продолжаться до тех пор, пока солнце посылает нам свои щедрые дары в виде тепла и света.

Заслуга выяснения роли микробов - этих бесконечно малых существ - в превращениях органического вещества, роли посредников между живой и мертвой природой принадлежит французскому ученому Луи Пастеру, основоположнику науки о микробах. В изучении процесса круговорота веществ имеют большое значение работы выдающегося русского микробиолога С. Н. Виноградского (1856-1953), В. Л. Омелянского (1867-1928), Н. Г. Холодного (1882-1953) и др.

Луи Пастер (1822-1895)

Такая колоссальная работа микроорганизмов обусловливается их чрезвычайно широким распространением в природе, чрезвычайной быстротой размножения, широким разнообразием типов их питания и ферментных систем. Бактерии, актиномицеты, грибы разлагают органические вещества растений и животных для использования их в качестве источника питания и энергии.

Каждая физиологическая группа микробов разлагает определенные органические соединения, а так как различных физиологических групп микробов очень много, то практически они разлагают любые органические соединения. Столь ничтожные в отдельности, микроорганизмы так могущественны в целом.

Редко наблюдается, чтобы микробы доводили процессы разложения сразу до конечных продуктов. Обычно работа распределяется между отдельными физиологическими группами микробов, благодаря чему разложение разделяется на ряд последовательных этапов, в которых вещества, состоящие из частиц большего размера и с большим запасом энергии, превращаются определенными группами микробов в более простые, с меньшим запасом энергии вещества, которые в дальнейшем разлагаются микроорганизмами до конечных продуктов. В деятельности микробов широко наблюдается явление метабиоза; вещества, получившиеся в результате жизнедеятельности одной группы, служат исходным продуктом для жизнедеятельности другой группы микробов. Такое последовательное участие различных групп способствует быстрой минерализации органического вещества до конечных продуктов.

Все эти процессы могут совершаться только при определенных благоприятных условиях внешней среды - при достаточной температуре, влажности, реакции среды и пр. Если жизнедеятельность микробов бывает чем-либо подавлена, то неизбежно начинается накопление полуразрушенных остатков, а не конечных продуктов, как это, например, происходит в болотах при образовании торфа в анаэробных условиях. В южных районах органическое вещество минерализуется очень быстро, на Севере, например на Кольском полуострове, в кислых почвах органическое вещества разлагается очень медленно. В зонах вечной мерзлоты до сих пор находят трупы мамонтов, живших десятки тысяч лет тому назад; мясо их сохранялось свежим в течение всего этого времени. Трупы людей, захороненные в сухую песчаную почву, быстро теряют влагу; высушенные таким образом, они, как и всякое высушенное мясо, рыба, не могут быть использованы микробами. Они не разлагаются, мумифицируются и сохраняются в почве надолго "нетленными".

Совершенно неправильно было бы полагать, что роль микроорганизмов в превращении органического вещества ограничивается только процессами разложения. Они производят и синтетическую деятельность. Они из простых соединений строят свое тело.

По самым скромным подсчетам, общий живой вес всех микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, грибы и др.) в 1 га пахотного слоя почвы составляет от 2,5 до 10 т.

интим массаж новосибирска