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

Ферсман. Геохимия - химия земли

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

О ЖЕЛЕЗОБАКТЕРИЯХ

Нитчатые бактерии, заключенные в охристые влагалища, известны со времен Эренберга. Ржавожелтая окраска влагалищ объясняется тем, что они равномерно пропитаны гидроокисью железа. Какова же роль железа, аккумулированного нитями? В каких условиях и каким образом проникает оно в нити? Связано ли это явление с жизненными процессами этих существ? Все эти вопросы не пробудили еще любознательности ученых, несмотря на большой интерес, который они представляют.

Мои исследования ясно показали, что эти бактерии, покрытые влагалищами, обильно содержащими окись железа, образуют своеобразную группу организмов. -Их жизнедеятельность характеризуется присущей им способностью окислять закисные соли железа. Назовем их ж е л е - зобактериями.

Для своих исследований я выбрал нитчатую бактерию — Leptothrix ochracea Kutzing, кстати сказать, совершенно не связанную генетически с Cladothrix dichotoma, вопреки утверждению Цопфа.

Она появляется спонтанно; ее можно культивировать в довольно глубоком сосуде с гниющими растительными . остатками, куда добавляется немного гидроокиси железа. Я пользовался цилиндрами высотою в 50 см.

В цилиндры вносится небольшой клочок предварительно вымоченного и прокипяченного сена, немного свежеосажденной окиси железа, затем они заполняются доверху водой. Как только начиналось выделение газа,, на поверхности жидкости и на стенках сосуда немедленно появлялись охристые хлопья. Дней через десять стенки сосуда покрывались своего рода охристым газоном; поверхность жидкости покрывалась такой же плавающей массой, медленно оседающей на дно.

Это те самые организмы, которые встречаются в болотах и на лугах, но их излюбленные места обитания — железистые источники, где они растут особенно пышно, относительно незагрязненные другими организмами. Их экология указывает, повидимому, на то, что для их развития требуется бикарбонат железа, обычно входящий в состав солей железистых источников; он образуется везде, где происходят процессы разложения. Более того, по аналогии с серобактериями можно предположить, что железобактерии играют активную роль в окислении закиси железа и что этот процесс жизненно необходим для них, так как они развиваются только в этих условиях.

Мои исследования над Leptothrix ochracea подтвердили эту точку зрения. Я пользовался, в основном, таким же методом, как и при изучении серобактерий: микрокультура в капле железистой воды на предметном стекле, покрытой покровным стеклом; несколько раз в день железистая вода заменяется свежей. При помощи этого простого метода можно наблюдать под микроскопом за развитием нитей, за окислением закиси железа, за влиянием различных питательных жидкостей. Все эти наблюдения можно проводить над одной или над группой нитей, час за часом, день 4за днем и, если нужно, неделями.

Прежде чем перейти к опытам, необходимо коротко остановиться на морфологии Leptothrix, тем более что без этого нельзя уяснить физиологические свойства, раскрывающиеся в микрокультуре.

Нити состоят из очень тонких клеток (члеников), заключенных в общее влагалище; внутри влагалища отдельные клетки или группы клеток могут перемещаться. Основание и верхняя часть нити ясно различаются. Своим основанием нить прикрепляется к субстрату; здесь она покрыта более толстым слизистым влагалищем. Это желтое влагалище к верхнему концу утончается и, наконец, сходит на нет, оставляя непокрытыми последние клетки. Коричневые, более старые влагалища большей частью не заполнены клетками, которые стремятся выйти из общего влагалища, как только оно утолщается, приобретая коричневый тон. В конце концов, они в самом деле покидают его. Старые коричневые нити всегда пусты; лишь очень редко удается обнаружить в них живые клетки, благодаря которым образовались коричневые влагалища.

Бактерия размножается гонидиями в виде подвижных палочек; они отделяются от конца нити, выходящей из влагалища. Через некоторое время движение прекращается и палочка прикрепляется к поверхности твердого предмета, увеличивается в длину и покрывается желтым влагалищем.

Перейду к своим исследованиям по физиологии этих организмов и кратко резюмирую их.

1.         Прежде всего чрезвычайно важно знать -— не объясняется ли охристая окраска просто тем, что слизистые влагалища адсорбируют окись железа. Для выяснения этого нити, заключенные в свои влагалища, обесцвечивают промыванием в воде, насыщенной углекислотой, затем кладут их в воду, содержащую тонкую взвесь окиси железа, и оставляют в ней на несколько дней. Но это не дает должного эффекта: к влагалищам нитей тут и там пристают бесформенные сгустки вместо того, чтобы окрасить их в ровный охристый цвет. Если же погрузить нити в раствор закисной соли бикарбоната железа, то получаются совсем другие результаты. Иногда я пользовался естественной железистой водой (Пирмонт, Швальбах), иногда водным раствором закиси железа; для приготовления его бросают в воду железо, полученное путем восстановления, после чего ее насыщают углекислотой. Если нити поместить в такой раствор, то часов через десять они покрываются влагалищами, равномерно окрашенными в ржаво- желтый цвет. Таким образом установлено, что эта окраска возникает в результате окисления закиси железа внутри нитей.

2.         Это наблюдение не позволяет еще говорить о том, что плазма клеток активно участвует в окислении. Оно могло объясняться только адсорбцией закиси железа влагалищами и окислением ее непосредственно кислородом воздуха. Эта точка зрения противоречит следующим наблюдениям: ирризирующая пленка появляется только у периферии капли (покрытой покровным стеклом), между тем как внутри капли, на расстоянии 0,5 мм от границы, осадка окиси железа не видно совсем. Однако развивающиеся нити легко окрашиваются во внутренней зоне, удаленной на 1—2 мм от края. Наблюдение указывает, повидимому, на то, что окисление внутри живого организма может происходить при давлении кислорода, недостаточном для чисто химической реакции, а это говорит об участии клетки в процессе окисления.

Это мнение подтверждается также другим наблюдением, более убедительным. Как уже сказано, часть нитей состоит из пустых или наполовину пустых влагалищ, внутри которых находится лишь несколько разрозненных клеток или цепочки из клеток, еще не успевших выйти из влагалищ. Нити, у которых ржавая окраска только что появилась, легко обесцвечиваются при промывании водой, насыщенной С02. Если погрузить их затем в железистую воду, как обычно, то видно, что влагалища начинают окрашиваться только вокруг клеток, содержащихся в них. Пожелтение заметно намечается по длине клеток, служащих центрами окисления, в то время как пустые части влагалищ не окрашиваются вновь.

3.         В отсутствие закиси — микроорганизм не развивается. В железистой воде, сменяемой по мере надобности, культура энергично размножается; наблюдается также обильное образование влагалищ и подвижных го- нидий, короче говоря, культура находится в полном расцвете. Но если полностью окислить эту воду кислородом воздуха, то она делается непригодной для бактерий как питательная среда. Они немедленно становятся в ней инертными. Для того чтобы пробудить их, достаточно ввести закись железа.

4.         Процесс окисления, активируемый этими бактериями, проходит несколько этапов: адсорбция закиси клетками, окисление ее, выделение образовавшегося гидрозоля, пропитывание и закрепление его влагалищами. Растворимость его быстро меняется: в течение 24 часов гидрозоль обычно легко растворяется промыванием водой, насыщенной углекислотой, позднее его можно растворить только посредством разбавленной соляной кислоты. Еще позднее, через несколько месяцев при сохранении под водою, влагалища становятся коричневыми и не легко обесцвечиваются даже соляной кислотой.

5.         Leptothrix ochracea развивается в водах, содержащих ничтожные следы органических веществ, как, например, воды железистых источников. Водопроводная вода с добавкой 0,005—0,01% бутирата кальция или ацетата натрия и, конечно, слабого раствора закиси железа вполне отвечает потребностям бактерий, если судить по обильному развитию их1.

Все эти физиологические особенности легко обобщить после моих исследований над серобактериями. Было бы трудно не заметить аналогии между этими двумя группами. В обоих случаях окисляемое минеральное вещество адсорбируется клетками и подвергается окислению в плазме, а затем выделяется в окружающую среду. Ни сера, ни окись железа не используются клетками, как пластическое вещество, разве только в бесконечно малых дозах. В этих двух случаях соотношение между количеством окисленного вещества и количеством вещества, которое используется в процессе синтеза органических веществ, огромно.

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