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. НОВЫЕ РАБОТЫ

R. L. Star key а. Н. О. Н а 1 v о г s о п. Studies on the transformation of iron in nature. II. Concerning the importance of microorganisms in the solution and precipitation of iron. «Soil Science», XXIV, 1927, 381—402. Б. В. Перфильев. Роль микробов в рудообразовании (Die Rolle der Mikroben in der Erzbildung). «Verhandlungen der Internationalen Yereinigung fiir theorethi- sche und angewandte Limnologie», Bd. II, 330—359. Einar N a u m a n n. Ueber den Begriff «Eisenorganismus», «Berichte der Deutschen

Botanischen Gesellschaft», Bd. XLVI, 1928, 135—140. Einar N a u m a n n. Siderogene Organismen und die Bildung von Seenerz. Ibidem, 141—147.

Эти современные сообщения, разнородные не только по происхождению авторов (американцы, русские, шведы), но в особенности по идеям, целям и методам, служат хорошим поводом (уже в силу своей неоднородности), для того чтобы напомнить состояние вопроса о железобактериях. Они являются предметом спора, который длится уже 40 лет и в котором, повидимому, не скоро придут к согласию.

Как известно, отправным пунктом его было сообщение Виноградского «О железобактериях», появившееся в 1888 г.— в ту эпоху, которая, по выражению Г. Прингсгейма (Н. Pringsheim), была еще очень далека от идей такого рода.

Под термином железобактерии автор подразумевал группу микробов, энергетика которых, подобно энерготике серобактерий, базируется исключительно на окислении неорганических веществ — в данном случае закиси железа. Местом их обитания являются одни лишь естественные среды, содержащие в растворе эту соль. Их развитие всегда сопровождается выделением гидроокиси железа. Они покрываются ею, но покидают свои охристые влагалища, как только последние сформировались, и снова образуют другие. Самой отличительной чертой их является, таким образом, крайняя бедность живыми клетками, затерявшимися в массе пустых влагалищ.

В свете этих наблюдений гипотеза биогенного происхождения бурого железняка весьма вероятна, и автор не замедлил выдвинуть ее, заканчивая свое сообщение.

Эти взгляды, принятые многими учеными и отвергнутые другими, в первую очередь Молишем, оставались без подтверждения в течение более чем 20 лет. Только в 1911 г., т.е. 20 лет спустя после появления первых работ о нитрифицирующих бактериях, в которых были указаны соответствующие методы культивирования, дополненные данными о физиологическом типе этих специфических бактерий, окисляющих неорганические вещества, появилась работа Лиске — об исследовании Spirophyllum ferrugineum — типичной железобактерии . Эта работа полностью подтверждает взгляды, высказанные в старом сообщении 1888 г. Она проводилась при помощи более современных методов, т. е. более совершенных, и много способствовала пробуждению интереса к этому вопросу.

Из последующих работ наибольшее значение, несомненно, имеет монография киевского профессора Н. Холодного2, в которой рассматриваются морфология, физиология и экология этих организмов. Впрочем, в данном случае морфологические детали, как например, форма железистых экскреций, одинаково интересуют и физиологию, так как они выражают характерную окислительную функцию, различную у различных видов.

Достаточно привести один любопытный пример —Gallionella ferruginea. Ее всегда описывали как дихотомически ветвящуюся нитчатую бактерию, спирально закрученную, но все эти спиральные нити состоят только из гидроокиси железа (гидрогеля), которую выделяют мелкие вибрионы, сидящие по одному на каждом конце нити. Эти нити образуются исключительно вследствие окислительной деятельности этих вибрионов и их способности выделять продукт окисления. Такого рода факты, изучавшиеся русским автором, заставляют его решительно стать на сторону Виноградского. В согласии с последним он настаивает, что не может быть вопроса о том, что влагалища пассивно накапливают охру, как это хочет Молиш и его школа. Он полагает, что накопление охры является результатом окислительной и формообразующей деятельности живой клетки.

Таково было, в общих чертах, состояние вопроса в ту эпоху, когда появились современные работы, указанные в начале этого обзора. Рассмотрим теперь эти работы.

Американские исследователи изучали, какую роль играют микроорганизмы в растворении и осаждении железа. Они вели наблюдения в чисто искусственных условиях — в культурах бактерий на средах, содержащих глюкозу и пептон и, понятно, нашли массу причин, вызывающих изменение в состоянии железа: повышение кислотности или щелочности, окисление или восстановление и пр. Среди их опытов нет ни одного, который производился бы в условиях, напоминающих условия естественного обитания железобактерий; эти условия никак не отражены в их опытах. Однако это не мешает авторам, подводя итоги причинам, вызывающим осаждение, обсуждать вопрос и об участии железобактерий; оно им кажется сомнительным или, во всяком случае, не имеющим большого значения, и, по их утверждению, ему осуждено оставаться таким, пока не будут поняты реакции, вызывающие изменения.

Но следовало ли подчинять факты, добытые прямыми наблюдениями, теоретическим размышлениям, часто весьма ненадежным на данном этапе развития наукп? Авторы об этом не подумали.

Переходя к работе Перфильева, мы видим, что этот ученый построил всю свою работу на непосредственном наблюдении. Он изучал морфологию железобактерии, их экологию, их роль в природе, в частности, в образовании железной руды. Предметом его Исследования были виды, образующие компактные округлые колонии. Среди них автор нашел новый вид, названный им Sphaerothrix. Этот вид, по его мнению, представляет особый интерес, как агент, вызывающий, предположительно, образование озерной руды в виде весьма характерных железомарганцовых конкреций. Они обильно отлагаются на дне северных озер России и, в особенности, в озерах Швеции. Конкреции, добытые из морских илов, где они образуют огромные залежи, не отличаются от озерных ни по форме, ни по химическому составу. С другой стороны, от них не отличаются, по- видимому, по своей природе и ископаемые железомарганцовые конкреции, именно те, которые встречаются в кембрии в окрестностях Петрограда.

Биогенное происхождение охристых отложений в болотах и железистых источниках сравнительно легко установить, чего нельзя сказать об озерных и морских конкрециях. К тому же, биогенное происхождение последних категорически отрицалось авторитетными учеными; постоянным аргументом, будто бы решающим, служило отсутствие железобактерий в этих конкрециях.

Именно выяснение этого вопроса и ставил сначала своей задачей Перфильев при изучении образования «гороховой руды» in situ в одном из озер в районе Олонца. Для того чтобы исследовать конкреции непосредственно после взятия образца, была организована экспедиция в зимний сезон, что позволило вести работу на льду и изучать глубины с различных пунктов. Материал немедленно подвергался микроскопическому исследованию. Автору удалось в конце концов найти круглые темно- коричневые конкрекции, покрытые более светлыми пятнами цвета ржавчины или охры. Растворяя гидроокись железа соляной кислотой и окрашивая затем генцианом, он обнаружил, что именно здесь находятся мелкие коккобактерии, иногда соединенные в короткие цепочки. Они довольно редко разбросаны в охристой массе, но все же содержатся в большом количестве.

Так как образование шарообразных колоний в лабораторных условиях происходило с трудом, то автор пытался, и успешно, получить их внутри сосуда, погруженного в пруд, находящийся в Петергофе.

Фотография, приложенная к работе, иллюстрирует этот любопытный опыт. На ней виден кусок образования, покрытый многочисленными полушаровидными бугорками или бородавками, в которых автор непосредственно обнаружил присутствие ферробактерий, на этот раз нитчатых, частью спиральных.

Эти наблюдения достаточно ясно показывают, что отсутствие организмов, на которое ссылаются многие авторы, объясняется лишь тем, что они не в состоянии их открыть,— факт, очень частый в микробиологии.

Общим заключением в работе, представленной в виде предварительного сообщения, является решительное присоединение автора к тем, кто рассматривает образование озерной руды как биогенный процесс, следы которого обнаруживаются в отдаленнейших геологических эпохах.

Эйнар Науман, выдающийся лимнолог, директор лимнологической станции в Анебоде, расположенной в районе озер, наиболее богатых озер- нон рудой, автор обильно иллюстрированных описательных работ1, не является по-существу ни сторонником, ни Противником биогенной теории. Он находит ее лишь преждевременной, а потому бесполезной и несколько стеснительной. Под термином «железоорганизмы» объединяют обычно все организмы, которые способны оказывать воздействие на железо, растворяя или осаждая его. Он обращает внимание на свою классификацию, в которой различаются: 1) сидерогенные организмы с двумя подгруппами: сидерофоры и не сидерофоры; 2) сидерофаги. Эта схема, говорит он, имеющая чисто эколого-морфологический характер, единственно полезная и практическая при современном состоянии наших знаний. Только в дальнейшем, после всестороннего изучения физиологии всех этих существ, физиологическая точка зрения получит господство, в настоящее же время с ней не приходится считаться.

Но спрашивается, достигнет ли микробиологическая наука настоящего развития, ограничиваясь изучением одной морфологии, как этого желает шведский ученый, отодвигая на задний план изучение функций?

Обе его статьи особенно интересны в виду недавних работ Холодного и Перфильева. Он упрекает русских ученых в непоследовательности, так как они не придерживаются классификации, которую он восхваляет. Он совершенно не высказывается ни относительно методов, ни относительно фактов. Он провозглашает приоритет, напоминая свои наблюдения над зарождением полусферических колоний в водах, содержащих закисную соль железа. Развитие их чрезвычайно легко прослеживается, начиная с маленькой колонии, до образования охристых скоплений, иногда объемистых и плотных.

Во второй статье автор обсуждает вопрос об участии организмов именно в образовании озерной руды и рассматривает роль «сидерогенной группы типа сидерофоров», т. е. короче говоря, организмов, названных 40 лет тому назад железобактериями.

Встречаются ли эти бактерии и какие именно в месторождениях озерной руды, где руда находится в стадии формирования? Наиболее характерные формы, которые он перечисляет, там не встречаются; остальные встречаются редко, но одна группа, «морфологически сомнительная», преобладает там. Это — организм кокковидной формы, принадлежащий к загадочному типу Monosiderocapsa, именно тот организм, который наблюдал Перфильев. Автор приводит его описание, добавляя, что оно не ново, так как он сам описал его в 1914 г. С тех пор он нашел этот организм в сотнях образцов, взятых по крайней мере из 50 озер. Всюду один и тот же результат. Полное отсутствие известных видов — везде только кокки или гранулы, напоминающие их, которые, возможно, являются не чем иным, как химическим осадком. Автор совершенно не убежден в этом и не скрывает этого, заканчивая обсуждение следующей фразой, которую мы цитируем дословно: «возможно,— говорит он,— что наши озерные руды образуются все же сидерогенными железобактериями,— мелкими кокками типа Monosiderocapsa, едва различимыми морфологически от других. Но этот вопрос, который я подробно исследовал ранее, выходит за пределы морфологического анализа; изучение его относится к области физиологии».

Сомнение автора не может разделяться микробиологами, для которых не составляет непреодолймой трудности отличить химический осадок от бактериальных клеток. Присутствие этих кокков в руде в стадии образования, установленное двумя исследователями в результате изучения многих месторождений, может только привести к чрезвычайно вероятному предположению, что эти кокки играют ту же роль в природе, как и сходные нитчатые формы.

Колебания автора, несомненно, являются результатом того, что его классификация и план эколого-морфологических исследований сослужили ему плохую службу. Идея физиологической функции направила бы его исследования по более правильному пути, и, как мы это и видели из заключительной фразы его второй статьи, к ней его приводит неумо лимая логика фактов.

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