Распространение микроорганизмов в природе
Микроорганизмы на Земле распространены повсеместно. Они встречаются во льдах Антарктики и в африканских пустынях, на дне океана, на пиках горных вершин и в воде горячих источников. В 1911 г. В. Л. Омелянский обнаружил бактерии в трупе мамонта, пролежавшего в земле несколько тысячелетий. В районе Южного полюса на дне 30-метровой скважины, во льдах, которым 3000 лет, также были найдены микроорганизмы. Они могут жить в сильных ядах, например в солях синильной кислоты, в недрах атомного реактора, выдерживая радиацию, в 2000 раз превышающую смертельную дозу для человека, и на поверхности снега. Любые органические вещества естественного происхождения подвержены действию микроорганизмов.
Естественно, что в экстремальных условиях микроорганизмов меньше, в обычных условиях—больше. В воздухе жилых помещений содержится 15—20 тыс. клеток в 1 м3, на улицах городов—несколько тысяч, в лесу—400—500 клеток, на берегу моря и в воздухе Новой Земли —20 клеток в 1 м3. Уменьшается количество микробов и- по мере удаления от земной поверхности: в слое 5—10 м (в городе) их более 5000, на высоте 500 м от Земли—около 3000, на высоте 1 км—1700, 2 км—600. Содержание микроорганизмов в почве колеблется в зависимости от климата, влажности, степени окультуренности ее. Летом в почве о. Новая Земля обнаружено 896 млн. микроорганизмов на 1 г, в средней полосе, в окультуренных черноземах, их содержится 2500—3000 млн. в 1 г, и даже в песках Сахары при отсутствии воды найдены микроорганизмы. На микроорганизмы приходится от ОД до 1% органических веществ в почве. В пахотном слое толщиной 25 см на площади 1 га содержится 3 т бактерий, столько же грибов и водорослей. Суммарная поверхность микроорганизмов при этом составляет несколько сотен гектаров. Микроорганизмам принадлежит огромная роль, в почвообразовательном процессе и создании почвенного плодородия.
Обсемененность воды микроорганизмами зависит от степени ее загрязнения. В воде чистых ледниковых озер обнаруживается до 10 сапрофитных бактерий в 1 мл. Чистой считается вода, содержащая 100—1000 сапрофитов в 1 мл, нечистой—вода с 10—100.тыс. бактерий в 1 мл. В сточных водах количество сапрофитных бактерий может превышать 1 млрд. в 1 мл.
Во время мытья в ванне с тела человека смывается от 20 до 1000 млн. микроорганизмов. Чистая кожа способна убивать микробов. Опыты показали, что если на чистую кожу человека нанести 30 млн. бактерий, то через час их останется 720 тыс., а через 2 ч—7 тыс.
Микроорганизмы способны очень быстро размножаться. Подсчитано, что если бы бактерии продолжали делиться каждые 20 мин в течение 48 ч, то при этом образовалось бы 2144 клеток. Это составило бы около 2·1031 г, или 2·1025 т, что примерно в 400 раз превышает массу земного шара.
Круговорот углерода и участие в нем микроорганизмов
Биологический круговорот углерода включает два противоположно направленных процесса: синтез органических веществ из углекислоты и расщепление органических соединений до углекислого газа и воды. В процессах фото- и хемосинтеза на Земле в течение года фиксируется примерно 50—100·109 т СО2. Часть фиксированного СО2 откладывается в осадочных породах в виде гумуса, торфа, каменного угля, битумов и т. д. Органические соединения, захороненные в осадках, не исключаются из круговорота углерода, но цикл их обращения растягивается на миллионы лет. Другая часть синтезированных органических соединений используется в качестве источника энергии органотрофными организмами и при этом расщепляется. В процессах деструкции органических веществ; принимают участие все организмы Земли, но особенно активные минерализаторы—микроорганизмы. Вследствие жизнедеятельности микроорганизмов расщепляются органические вещества тела животных и растений, минерализуются органические соединения осадочных пород. Если бы запасы СО2 в атмосфере не пополнялись в результате деструкции органических веществ микроорганизмами, то они вскоре бы истощились.
Помимо биологических процессов, на содержание СО2 в атмосфере влияют и абиотические факторы. Основным абиотическим фактором круговорота углерода является обмен двуокисью углерода между атмосферой и океаном. За год примерно 10 % атмосферной углекислоты обменивается с СО2 океана. Низкий процент обмена объясняется тем, что в нем участвует только тонкий поверхностный слой воды. Другой фактор, влияющий па содержание СО2 в атмосфере,— развитие промышленности и транспорта, которое приводит к тому, что количество СО2, поступающее в атмосферу, непрерывно растет.
На рис. 34 приведена схема круговорота углерода в природе. Цифры на схеме приблизительные, но они позволяют получить представление о том, сколь велика роль микроорганизмов в процессах круговорота углерода и особенно деструкции органических соединений.