Но как быстро идет этот процесс? Могут ли из микроскопических ниточек образоваться залежи железа? Да и каково содержание чистого металла в этих ниточках?
Правда, существуют не только нитчатые железобактерии, есть и просто одиночные формы, хотя нитчатых все-таки больше. И тут в памяти всплывает: большинство нитчатых железобактерий относятся к роду Лептотрикс. Первый представитель этого рода описан Кютцингом в 1843 году, под названием Лептотрикс охрацеа, и ошибочно отнесен к водорослям. Род Лептотрикс насчитывает пять видов. Но есть ли среди них Лептотрикс Валоне?
Вот этого я не помню.
Нет, видно, с наскоку тут не разберешься.
Звоню Косте и прошу вечером ко мне не заезжать: буду занят.
— Понимаю, — отозвался Костя, — будешь копаться в своей библиотеке и консультироваться с друзьями-микробиологами.
Костя всегда был проницательным.
Железобактерии и железо
Можно сказать, что сначала железобактериям не повезло.
Открытая в 1836 году Эренбергом, эта группа микроорганизмов долго оставалась загадкой для микробиологов. Сам автор ничего определенного о найденных им микробах сказать не мог. А через шесть лет, в 1843 году, объявил, что это водоросли.
Так прошло полвека. И трудно сказать, как долго еще пришлось бы числиться железобактериям среди водорослей, если бы ими не заинтересовался замечательный русский микробиолог Сергей Николаевич Виноградский. Он-то и окрестил в 1888 году эту группу микроорганизмов их теперешним именем — железобактерии. Почему?
Сначала несколько слов о самом железе.
Железо — один из наиболее широко распространенных элементов в природе. По количественному содержанию в земной коре (до глубины приблизительно 15 километров) оно занимает третье место, уступая лишь алюминию и кремнию. В породах, из которых состоит эта доступная нашему наблюдению часть земной коры, железо находится как в окисных, так и в закисных соединениях. Чем же отличаются эти два вида соединений? На первый взгляд, казалось бы, отличие их невелико: в закисных соединениях железо двухвалентно, а в окисных оно трехвалентно, но посмотрите, к чему это приводит.
Естественные окисные соединения в воде почти не растворимы, в то время как закисные, например железный шпат, под влиянием свободной углекислоты растворяются довольно легко. Именно в такой форме растворенных закисных соединений и находится железо в воде природных железистых источников. Нетрудно приготовить растворы закисных солей железа и искусственно.
И вот если такие растворы оставить стоять на воздухе, то со временем на дне колб появится рыхлый бурый осадок. Это гидрат окиси железа. Растворы окисляются, двухвалентное закисное железо переходит в трехвалентную окисную форму. Однако в лабораторных условиях, в искусственных растворах без присутствия катализаторов (веществ, ускоряющих течение реакции), процесс этот идет медленно, очень медленно. Гораздо быстрее превращение ионов двухвалентного железа в трехвалентное и образование такого же осадка можно наблюдать дома в бутылке с обыкновенной минеральной водой. Но с еще большей скоростью этот процесс происходит в природе, в естественных водоемах.
Здесь есть свои катализаторы — микроорганизмы. Простой опыт. Добавьте к свежей железистой воде немного карболовой кислоты (убейте микробов), и осадка не образуется, вода останется прозрачной.
Вот этих-то бактерий, ускоряющих реакцию окисления закисных соединений железа, Виноградский и назвал железобактериями.
Но бактерии работают, так сказать, не бесплатно. Реакции, при которых двухвалентное железо переходит в трехвалентное, идут с выделением свободной энергии. А поскольку у железобактерий эта реакция происходит в протоплазме, в самом теле бактерий, то выделившаяся энергия используется для обеспечения жизненных процессов, обмена веществ. Конечный продукт этого обмена — нерастворимая гидроокись железа: трубочки, нити и хлопья, устилающие дно естественных водоемов.
Выяснение способа питания железобактерий и составляло суть одного из открытий Виноградского. Путем многих экспериментов ученый показал, что на Земле обитают организмы, для которых металл служит хлебом насущным.
Особенности жизнедеятельности железобактерий, их способ добывания энергии казались столь разительными, что это далеко не сразу было признано всеми учеными. Спор между сторонниками Виноградского и школой немецкого физиолога Молиша, отрицавшего столь странный способ существования микробов, длился полстолетия.
До начала нашего века оставалось неизученным и строение железобактерий. Пустые трубочки гидрата окиси железа — «оформленные продукты обмена веществ», как их называл Виноградский, — долго оставались источником недоразумений и заблуждений. Почти 100 лет прошло после открытия Эренбергом железобактерий, а исследователи ошибочно принимали безжизненные пустые нити «болотной ваты» за самих бактерий.
Серьезную попытку описать строение и изучить развитие одного из видов рода Лептотрикс предпринял в 1907–1910 годах англичанин Эллис. Вывод его был неожиданным: протоплазма клеток железобактерий бесструктурна и полностью растворима в соляной кислоте.
Ученый повторил ошибку своих предшественников, отождествив вещество пустых влагалищ и появляющиеся в них при высыхании препарата пузырьки воздуха с протоплазмой бактериальных клеток. Подлинных клеток железобактерий Эллис так никогда и не увидал.
Впервые это удалось замечательному советскому микробиологу Холодному. Этот скромный и очень простой в обращении человек обладал даром удивительного экспериментатора, решавшего сложнейшие микробиологические проблемы путем опытов, гениальных по своей простоте.
Вот взята обыкновенная пробка и в нее одним углом вставлено несколько тоненьких покровных стекол. Казалось бы, чего здесь особенного? Но посмотрите, что происходит дальше.
Пробки помещают в аквариумы так, чтобы вставленные в них стекла были погружены в воду. Ее берут из естественных водоемов, и, конечно, в ней обитают самые различные микроорганизмы.
Пройдет некоторое время, и микробы начнут заселять предоставленные им экспериментатором бесплатные квартиры — стеклышки. Теперь остается только вынуть поплавки, снять стекла и под микроскопом изучить их население. Этим и занимался Холодный.
В одном из опытов среди прочих жильцов ученый увидел удивительное микроскопическое деревце. Своим стебельком оно было прикреплено к стеклышку, а его веточки свободно плавали в воде. Но что особенно поразило исследователя, так это на редкость правильное ветвление крохотного «растеньица».
Его стебелек всегда строго разделялся на две веточки, те, в свою очередь, через определенный промежуток делились тоже на две и так далее. К тому же легко было заметить, что и стебелек и ветви представляют собой закрученные спирально ленты. Найденный организм очень заинтересовал ученого. Началось кропотливое и тщательное изучение загадочного деревца. Препарат готовился за препаратом… Опыт следовал за опытом… И лишь после долгих трудов пришла разгадка.
«Деревце» оказалось железобактерией, старой знакомой микробиологов, описанной еще Эренбергом и принятой им за диатомовую водоросль. В течение почти 100 лет ученые сталкивались с обломками этого «деревца», считая их целыми микроорганизмами и относя то к одному, то к другому роду железобактерий. Академик Холодный был первым человеком, увидевшим все «деревце» целиком.
Работа продолжалась, и вскоре выяснилось, что «деревце» — это лишь мертвое образование, построенное из гидрата окиси железа. Сами же бактерии располагаются на концах веточек, и каждая из них представляет собой одну-единственную клетку.
Все «деревце» вырастает также из одной клетки, которая, делясь пополам, дает начало двум новым веточкам, потом каждая делится еще раз, и так далее.
Так была раскрыта одна из тайн железобактерий и положен конец вековым заблуждениям и ошибкам. Открытый 100 лет назад как водоросль, потом долго принимаемый за нитчатую бактерию организм оказался микробом одноклеточным.
Начиная с тридцатых годов нашего века изучение железобактерий, их строения, жизнедеятельности и распространения в природе встало на серьезную научную основу. Особенно много сделал сам Николай Григорьевич Холодный. Он открыл семь новых, дотоле неизвестных науке видов железобактерий. Из них четыре относятся к нитчатым железобактериям из рода Лептотрикс.
И все-таки, «если оценивать итоги более чем столетних исследований группы железобактерий по числу открытых за это время „хороших видов“, — пишет академик Холодный, — то придется признать эти итоги весьма незначительными. Очень скудны также наши сведения о строении и истории развития железобактерий. При описании некоторых форм часто приходится ограничиваться лишь указанием формы и размеров их клеток. О характере питания и дыхания других форм нам пока ничего не известно».
