Яку користь приносять мікроби
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Ви з’їли бутерброд з сиром і запили його склянкою кефіру. І, звичайно, не подумали про те, що при цьому скористалися результатами праці щонайменше трьох видів мікробів. Дріжджові грибки підняли вгору рум’яну скоринку батона, молочнокислі бактерії перетворили молоко в сир, а кефірні грибки — в кефір. Чули ви, напевно, і про мікробів-виноробів. Але мікроби по колу професій не тільки «харчовики». Вони ще-будівельники, зброярі, металурги, хіміки… Поговоримо ж про ці менш відомі їх спеціальності.
Давним-давно, понад 200 років тому, відбулася Велика французька революція. Ворожий англійський флот на чолі з Нельсоном блокував Францію з моря. Зникли в країні американські ситці і східні шовки. Але найбільше налякало французів те, що до них перестали ввозити селітру. Адже це з неї виготовлявся димний порох (бездимного тоді не було). Закінчаться старі запаси – і нічим буде стріляти у ворогів.
Але вихід був знайдений. У всіх кінцях Франції стали збирати хмиз і всяке сміття у великі компостні купи. Вийшли своєрідні хімічні “заводи” з вироблення селітри. Одні мікроби тут руйнували органічні сполуки, виділяючи з них пахучий аміак; інші робили з аміаку азотну кислоту. А селітра – це якраз і є сіль азотної кислоти.
Правда, французькі вчені в ту пору не підозрювали, що в їх збройовій справі замішані мікроби. Але це було не головне. Революційна армія отримала порох.
І до речі: такий метод виготовлення селітри був не відкритий, а перевідкритий. Так селітру отримували, коли ще не були відомі її природні поклади. У середньовічній Русі, крім податків грошима і хлібом, часто збирали ще й селітряний податок. Кожен хлів перетворювався на цех порохової фабрики.
Природні поклади селітри теж створені бактеріями. Хоча б знаменитий поклад в пустелі Агакама в Південній Америці, де мікроби перетворили в дорогоцінну сіль родючості багато мільйонів тонн пташиного посліду. Не дарма через цю пустелю, саму безплідну на світі, багато років воювали три країни — Перу, Болівія і Чилі. Чилі перемогла – і досі селітра становить одну з найважливіших статей доходу цієї республіки.
На карті світу неподалік від Куби ви знайдете довгий вузький ланцюжок Багамських островів, складених із сполук кальцію. А ці сполуки виготовляють мікроби-будівельники. Вчені вважають, що праця ця тут ще не закінчена, острова повільно, але вірно ростуть.
Однак за прикладами робіт такого розмаху нема чого вирушати саме в Центральну Америку. Дві великі партії мікробів багато тисяч років ведуть боротьбу за наше Чорне море. Тільки до глибини в 125-150 метрів опускаються тут риби, рачки і медузи. Нижче – мертва зона, отруєна розчиненим у воді сірководнем. Виробили і виробляють цей сірководень бактерії, що розкладають органічні і неорганічні сполуки сірки. Але чому ж отрута не піднімається вище! Одні вчені вважають, що цьому заважають хімічні процеси, що відбуваються в морі. Інші бачать причину в сіркобактеріях, що живуть на кордоні мертвої зони, які окислюють сірководень, не пропускають його вгору.
Сіркобактерії поширені по всій земній кулі. З трильйонів загиблих бактерій утворилися дев’ять десятих сірчаних родовищ світу. Мікроби щорічно виробляють в природі більше сірчаної кислоти, ніж всі хімічні заводи світу. Це через них завчасно іржавіють опори мостів, шахтне обладнання, днища кораблів. Але не треба бути невдячними. Тих самих мікробів, які часом виявляються шкідливими, можна поставити на службу людині. Частину їх вже використовують зараз.
Є мікроби, які в результаті еволюції стали «металургами». Багато з них носять навіть відповідну назву, наприклад залізобактерії.
Залізо зустрічається в природі у вигляді двох типів сполук — закисних і окисних. Бактерії перетворюють закис заліза в окис. При цьому виділяється тепло, енергія. Заради неї-то вони і стараються. Щоб набрати вагу лише один грам, мікробам доводиться виконувати операцію окислення з кількома сотнями грамів сполуки заліза.
Закисне залізо розчиняється у воді, звідти бактерії його і витягують. Окислившись, залізо стає нерозчинним і осідає на дно. Так утворилися болотні залізні руди, а може бути, і озерні і морські.
На океанському дні мільйони квадратних кілометрів вистелені невеликими металевими грудочками. Їх називають залізо-марганцевими конкреціями. Але конкреції окрім заліза і марганцю містять ще й інші цінні метали. Що було причиною виникнення цих найдрібніших покладів! Жодна гіпотеза не здобула тут вирішальної перемоги. Але багато вчених вважають, що справа не обійшлася без мікробів. Недарма ж всі елементи, що входять в конкреції, накопичуються в живих організмах. Нам відомі і абсолютно конкретні види бактерій і мікроскопічних грибків, що «збирають» титан, марганець, ванадій й інші найцінніші елементи.
“Чи не можна відтворити на дрібних ділянках океану умови, в яких виникли конкреції!”- задумалися вчені. А поки люди приступили до видобутку вже створених природою морських покладів.
У Мексиці з води витягують мідь, розчинену в ній завдяки роботі мікробів. Створено проекти використання мікробів для збагачення залізних, титанових, молібденових руд. Але найбільше служать нам мікроби-нафтовики. Вони здатні харчуватися вуглеводнями нафти і горючих газів. З одного боку, ці мікроби вже показали, що якщо запустити окремі види їх в свердловину, то вона може дати більше нафти. Розкладаючи частину нафти, перетворюючи її в газ, бактерії немов газують нафту в свердловині, і газ підганяє нафту вгору. З іншого боку, мікроби перетворюють вуглеводні в білки власних тіл. Цей білок може стати якщо не їжею для людей, то, у всякому разі, кормом для тварин.
За допомогою мікробів стали очищати від шкідливого парафіну дизельне паливо. При цьому з 10 тонн вийшло 9 тонн високосортного пального і одна — білка. Причому білок за змістом цінних амінокислот перевершує рослинний.
Мікробам може знайтися й інше, часом найнесподіваніше застосування. Їх змушують, наприклад, виробляти електричний струм у так званих біоелементах. Деякі види бактерій використовують для боротьби з корозією, кажучи просто — з іржею. Виявилося, що, віднімаючи у морської води кисень, мікроби уповільнюють окислення у воді сталі. Словом, мікробам знайдеться справа всюди або майже всюди.
Хотілося б трохи поговорити і про всюдисущість мікробів. На дні морів, на вершинах гір, в льодах полярного океану і навіть Антарктиди, мешкають ці невидимі істоти. Мало того, один і той же вид бактерій, грибків, мікроскопічних водоростей може зустрітися вченому і на екваторі і біля полюса. Але ж якщо вдуматися, це не менш дивно, ніж якби в наших карпатських лісах мешкали носороги, а в джунглях полювали на північних оленів. І все-таки факт очевидний.
Причин тому багато. Перш за все, звичайно, до послуг мікробів «чудові види транспорту далекого прямування» — вітер, вода, одяг і тіло людини, шерсть і тіло тварин.
Окремі одиниці представників мікробів є всюди. Але не всюди вони розмножуються і заповнюють повітря, воду, грунт. За Полярним колом, наприклад, немає одного з найважливіших для людини мікробів — азотобактера. А він дуже потрібен, спеціальні заводи випускають його в якості добрив.
Що ж, в цьому винен клімат! Виявляється, головне не в ньому. Варто розорати землю, і бездіяльні в ній мікроби азотобактера почнуть бурхливо розмножуватися, забезпечуючи грунт азотом. Виходить, на півночі азотобактеру розмножуватися заважають не стільки погода, скільки «квартирні», грунтові умови. У чорноземі він непогано проживе і без людини. А на півночі потребує його. Втім, як і ми азотобактер. Це тільки один з багатьох сотень «союзів з мікробами», які людина уклала, сама не підозрюючи про те, ще на зорі своєї історії.
І продовжує укладати все нові і нові. Скільки спеціальностей мікробів ми ще не вміємо використовувати! А скільком нових спеціальностей, потрібних людині, їх ще можна навчити!
Автор: Р. Подольний.