книги из ГПНТБ / Микробиология и гидробиология природных и сточных вод учеб. пособие

воду). В этом п заключается минерализация 'органических загрязнений воды.

Наиболее длительно происходит разложение и синтез белков и образование конечного продукта их разложения — нитритов и нитратов. Чтобы и дальше питаться и жить мик­ роб должен освободиться от прилипших, адсорбированных на поверхность его тела остатков пищи, десорбировать их. Это явление носит название регенерации микробов. В очистке за­ грязнений водоемов, в освобождении сточных жидкостей от

вотных, насекомых и всякие органические отбросы, загрязня­ ющие почву, воду). Микробы, питающиеся мертвыми органи­ ческими веществами, называются сапрофитами( сапрос —

бы, патогенные (патос — страдание, болезнь; генос — род).

Сапрофиты и патогенные микробы, питающиеся готовы­ ми органическими веществами, одновременно называются ге­

попавших в водоем, используются зелеными растениями, во­ дорослями, которые вновь из них творят свои углеводы, жи­ ры, белки. Растения или отмирают, или используются микро­ бами, или поедаются животными, а мертвые продукты живот­ ных также уничтожаются микробамиТак происходит мета­ болизм, обмен веществ в живой клетке и происходит круго­ ворот веществ в природе.

Фотосинтезирующие микробы (бактерии) также сущест­ вуют, по они никогда .не образуют и не выделяют кислорода в окружающую среду (Кондратьева Е. Н- 1966 г-).

Концентрация солей в окружающей среде и внутри са­ мой микробной клетки имеет большое значение для питания и развития микробовНаиболее благоприятной для микробов концентрацией солей в окружающей среде является 0,5% раствор хлористого натрия.

В гипертонических, т. е. в растворах крепче 0,9% *) хло-

*) Физиологическим или изотоническим раствором является 0,85°/о раствор хлористого натрия.

20

ристого натрия, например в 2°/»-ном, вода из микробной'клет­ ки будет диффундировать наружу, в окружающую среду, и протоплазма клетки сморщится. Это явление называется плаз­ молизом. В результате плазмолиза микробы чаще всего поги­ бают. На этом явлении основана консервация продук­ тов засолкой и засахариванием (варенье). В гипотоническом растворе микробная клетка принимает воду внутрь клетки,

содержавших кислород, азот и другие химические элементы.

окисления сопровождаются выделением тепла, сопровождают­ ся получением энергии.-Протобионты, питавшиеся готовыми органическими соединениями при отсутствии или недостаче в атмосфере свободного кислорода, получали энергию путем внутреннего окисления химических веществ кислородом, вхо­ дившим в состав разлагаемых микробом пищевых органиче­

Бескислородное дыхание у микробов было открыто Пастером. Он же таких микробов, которые «дышат» в отсутствии свободного кислорода в окружающей среде, назвал анаэроб­ ными. Анаэробных микробов очень много в природе. Многие масляно-кислые бактерии принадлежат к строгим анаэробам. Бактерия, сбраживающая целлюлозу (Вас. cellulosae), гни­ лостная бактерия (Вас. putrificus) и другие относятся к стро­ гим анаэробным микробам, Строгие анаэробные микробы, не могущие жить при наличии свободного кислорода в окружа­ ющей среде, называются облиг*атнымн анаэробами-

Отнимая от органических питательных веществ кислород, анаэробные микробы восстанавливают их и в результате сво­ ей жизнедеятельности образуют аммиак, сероводород, метан (NH3 , H2 S, СН 4 ) . Все эти газы дурнопахнущие. В жизни

21

анаэробные процессы мы называем гниением, а анаэробных микробов — гнилостными.

У других микробов дыхание и получение энергии проис­ ходит за счет ассимиляции свободного кислорода воздуха. Та­ кие микробы были названы Пастером аэробными *) (аэр — воздух). Такая ассимиляция кислорода у микробов происхо­ дит но всей поверхности клетки микроба, через поры ее обо­ лочки.

Р а з м н о ж е н и е м и к р о б о в . Обычно размножение микробов происходит бесполым путем, делением микроба на две особиДеление происходит при благоприятных условиях через каждые 20—30 мин- Подсчитано, что если бы такому

Некоторые микробы, размножаясь, не распадаются на от­ дельные клеткиПродолжая размножение в линейном направ­ лении и будучи связанымн чаще всего слизистой оболочкой (влагалищем), такие микробы образуют нити и пучки нитей Это нитчатые бактерии, чаще всего колонии серных и желез­ ных бактерий. Из них встречаются в загрязненных подах ни­

размножаются гонидиями. Гоипдип представляют собой кон­ цевые клетки колоний, нитей микроба, которые растворяют оболочку (влагалище нптп-колопип), выходят наружу, осе­ дают здесь же на нитях-колониях, образуя ложное ветвле­ ние (неподвижные гонпдпи) или же передвигаясь в воде при помощи боковых пучков ресничек, оседают где либо па других субстратах (подвижные гопндпи, имеющие боковой пучок ресничек). Такие подвижные гонидин имеет, например, многрспоровая кренотрикс (крепотрикс полиспора), железный ми­ кроб, суживающий своими колониями-просвет водопроводных

что у микробов, например у кишечной палочки, имеется деление н* мужские и женские особи.

23

I

Бациллы размножаются тоже делением и "имеют способ­ ность образовывать споры. Споры — это образования внутри клетки с чрезвычайно прочной оболочкой. Споры образуются бациллами при неблагоприятных условиях жизни. При изме­ нении условий на благоприятные споры прорастают в нор­ мальные бациллы. К таким микробам относится азотобактер, микроб, способный ассимилировать азот непосредственно из воздуха.

Вся совокупность условий внешней среды, в которой жи­ вут, питаются и размножаются микробы, называются эколо­ гическими факторами их жизни, экологическими условиями. В первую очередь к таким внешним экологическим условиям жизни относится окружающая микробов среда — вода, поч­ ва, воздух.

Теория происхождения жизни на земле считает, что за­ рождение протобпоптов произошло в мировом первичном оке­ ане, в воде, в жидкости. Жидкость, в первую очередь вода, является тем естественным субстратом, той окружающей сре­ дой, которая обеспечивает микробам существование и размно­ жение. Вне воды, вне жидкости микробы существовать не мо­ гутДаже в почве микробы и простейшие животные живут в условиях минимальнейшей жидкости, которая все же обес­ печивает им обмен веществ- В совершенно сухой почве микро­

чить микробам окружение влагой. И в сухой пыли, и в сухом воздухе микробы могуттолько сохранять жизнеспособность, но не питаться и не размножаться.

К экологическим же факторам жизни микробов относятся наличие пищи для микробов, температура окружающей сре­ ды, а также свет, электрическое состояние среды, рН среды, химический состав ее и другие факторы.

Температурные условия существования микробов являют­ ся наиболее важными в жизни микробов после питания. Для большинства микробов наиболее благоприятной температурой является температура в пределах от 5 до 45°. По отношению к температуре микробы делятся на три группы: психрофильных микробов, мезофильных и термофильных.

23

Психрофильные (холодолюбивые) микробы могут разви­ ваться при температурах, близких к нулю и даже при более низких.

Мезофильные микробы живут и развиваются при средних температур.ах (от 5 до 4.5°). Большинство микробов относят­ ся именно к мезофнлы-юй группе (мезос — средний; филос—• друг, любящий).

Термофильные микробы (теплолюбивые) любят температуру среды обитания в пределах от 35 до 60°. Переносят за­ частую и более высокие температуры (60—80° и выше). Интентенсивность процессов обмена веществ у микробов усили­ вается в 2—3 раза с повышением температуры среды на 10°. Большинство микробов гибнет при температуре выше 60°. Уни­ чтожением вегетативные форм микробов нагреванием до 60— 80°С называется пастеризацпен.Но споры от такой температуры не погибают. Они гибнут от текучего пара пли от пара4 под давлением (автоклав), а также при продолжительном* кипя­ чении (30—60 мин). Сухой жар убивает микробов только при температурах 160—170° в течение 1—2 час. Полное уничтоже­

жизнедеятельности. Низкие температуры не убивают микро­ бов-

рые проходят даже через фарфоровые фильтры и которых в

обыкновенных микробов, являясь для последних паразитами. Он назвал их бактериофагами. Теперь ясно, что это живые существа. Еще раньше явление бактериофагии в виде лизиса (растворения) микробов наблюдал наш академик Гама-

24

лея Н. Ф. («перевивающийся лизни». 1898 г.), затем английский микробиолог Туорт Ф. Академик Омелянский В- Л. считал, что

ультрамикробам относятся вирусы гриппа, полиомпэлита, ин­ фекционной желтухи (болезни Боткина), кори, натуральной оспы, злокачественных опухолей, бешенства, аденовирусы, энтеровпрусы (коксаки, ECHO и др.). За ультрамикробами, па­ тогенными для людей, животных и растений, осталось назва­ ние вирусы. За ультрампкробами — паразитами бактерий — бактериофаги.

В настоящее время вирусы, бактериофаги выделяются в особый мир, стоящий на грани живой и мертвой природы. Мо­ лодая наука вирусология делает большие открытия в биоло­ гииВпервые установлено, что вирусы состоят из белка (обо­ лочка) и нуклеиновой кислоты — это нуклеопротеиды. Нуклеопротеиды способны образовывать кристаллы, но эти кристал­ лы — форма, свойственная неорганическому миру, могут раз­ множаться! (Стэнли). Растительные и животные вирусы в большинстве содержат рибонуклеиновую кислоту (Р..Н.К-), а фаги чаще содержат дезоксирибоиукленновую кислоту (ДНК). Только некоторые сложные, вирусы содержат кроме нуклеопротеида в виде какой либо из двух нуклеиновых кис­ лот, еще также и жиры и углеводы (Крылова М. Д.).

Величина вирусов и бактериофагов от 120—140 до

о

5000—12000 А (Ангстрем равен одной десятимнллионной час­ ти миллиметра)- Впрочем вирусы и бактериофаги чаще из­

множаются, но сохраняют жизнеспособность очень долго, на­ ходясь как бы в анабиозе. Низкие температуры не убивают вирусов. При температуре минус 70° вирусы сохраняют свою жизнеспособность годами. К антибиотикам вирусы не чувст­ вительны. Но высокие температуры (выше 60°) быстро уби­ вают вирусов. Кипячение убивает их мгновенно. Дезинфеци-

25

рующие вещества (хлор и др.) также легко убивают вирусов. В свою защиту пораженные вирусами клетки образуют бел­

и профилактики дизентерии, брюшного тифа и других инфек­ ций-

И з м е н ч и в о с т ь м и к р о б о в * ) . Чтобы дойти даже до тех примитивных существ, какими являются вирусы на земле, жизнь на нашей планете должна была пройти миллиарды из­ менений и превращений. Начало жизни па земле таится в да­ лекой глубине миллиардов лет. Продукты распада радиоак­ тивных веществ, включенных в древние породы кремниевых минералов, уже содержащих остатки бактерий и сине-зеленых водорослей, устанавливают давность жизни на земле не ме­ нее как в три миллиарда лет.

Все ученые мира сходятся в одном мнении, что колыбелью

(О. Ю. Шмидт), Земля образовалась из комического холод­ ного пыльевого и газового материала, который в дальнейшем начал разогреваться. Обе теории допускают, что в центрах сгустков произошло скопление тяжелых металлов, главным образом железа. В состав центрального ядра сгустков обяза­ тельно вошел и углерод, как наиболее плавкий элемент, об­ разовав с железом и другими металлами карбиды.

5800—6300°, показывает, что в их атмосфере уже имеются хи­ мические соединения в виде молекул углеводородов (СН—ме­

26

«кирпичики», из которых состоят различные белкиПрименив облучение смесей первобытных газов CH4 + N H 3 и паров вода ультрафиолетовыми лучами, Теренин получил также много­ численные аминокислоты, а Павловская и Пасынский при об­

на возможность абиогенного, самопроизвольного возникнове­ ния массы органических кислот, альдегидов, аминокислот, Са­ харов, пуриновых и пирнмидиновых основании (полипептидов, •полинуклеотидов и других биологически важных сложных со­ единений). Все эти органические вещества, взаимодействовав­ шие друг с другом, распадавшиеся и вновь возникавшие на про­

выделились из общего раствора в форме обособленных ша­ ровидных капель, плавающих в первичном бульоне. Подобные обособленные капли можно получить, смешав водные раство­

Академик Опарин А. И. получил коацерватные капли в институте им. А. Н. Баха, добившись абиогенного синтеза ор­ ганических полимеров. Эти коацерватные капли, будучи обо­ собленными образованиями; не изолированы от окружающей их среды, от первичного бульона, и обладают способностью взаимодействовать с нею. Они способны избирательно погло­ щать из окружающей среды вещества, например, аминокисло­ ту тирозин, которая концентрируется в коацерватных каплях в сотни раз больше, чем в окружающем растворе.

Первичный, бульон Мирового океана имел беспредельные возможности варьировать.составы коацерватных капель, м и к-

28

р о с ф е р. Соли тяжёлых металлов железа, меди и других, находившиеся в бульоне Мирового океана, п такие органиче­ ские соединения, как метиламин, служили во всех этих вари­ ациях катализаторами-

Миллиарды лет, на протяжении которых происходили из-' менения, усложнения и совершенствования коацерватных ка­ пель, превратили их в первичные живые существа — протобионты.

Коацерватные капли, микросферы, а за ними и протобионты были устойчивы и обладали способностью расти, увели­ чиваться в объеме, в весе за счет всё того же первичного буль­ она Мирового океана. Следовательно, они все были исклю­ чительно гетеротрофными и росли, питались только готовыми органическими веществами, освобождающимися от неудач­ ных, неустойчивых, гибнувших коацерватных капель.

После абиогенного возникновения протобионтов следую­ щей ступенью их развития было воспроизводство себе подоб­ ных с передачей им стойких наследственных свойств. Образо­ вались одноклеточные организмы. Здесь произошло деление живых организмов на животных и растения. В следующем этапе развития образовались колониальные живые существа. За ними последовали многоклеточные организмы, которые и дали все многообразие животного и растительного мира-

Отсюда мы должны прийти к заключению, что все ана­ эробные микроорганизмы, бесцветные водоросли, питающиеся готовыми органическими веществами, близки к протобионтам, и если биологическая наука уже может создавать коацерват­ ные капли, способные избирательно поглощать из окружаю­ щей среды различные питательные вещества, то, без сомне­ ния, недалеко то время, когда эта наука сумеет искусственно

тие фермента, осуществляющего синтез ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), этой материальной основы жизни и на­ следственности. В конце 1967 г- этому ученому и другим уда­ лось открыть еще один фермент так называемый завершаю­ щий. При помощи этого фермента в стеклянном сосуде (in vit­ ro) было осуществлено превращение ДНК в молекулу фага (ФХ—174), способную заражать микробов (кишечную палоч­ ку). Так современная биология вплотную приблизилась к ис­

кусственному созданию живой клетки . ,

39