Невидимые друзья и враги

Этот опыт неоднократно ставил и Сергей Николаевич Виноградский. И вот однажды он обратил внимание на слизистый осадок, образовавшийся на дне сосуда, в котором была жидкость с аммиаком. В осадке оказались бактерии, которые не росли на обычном для них питательном студне. Но как только из слизистого осадка они попадали в аммиак, так начинали размножаться и превращать аммиак в селитру.

Так в 1889 году русский ученый сделал важное открытие — обнаружил живые существа, питающиеся аммиаком. Они были названы «нитрофицирующими», от латинского слова «нитрум» — селитра.

Эти бактерии живут повсюду: в поле, на огороде или в лесу — везде, где есть остатки растений или животных. Они везде делают свое дело. Разлагая белки, превращают их в селитру. Селитра иногда накапливается в почве в огромном количестве. Например, в черноземной почве летом может образоваться до 1500 килограммов селитры на одном гектаре.

И это имеет огромное значение для жизни растений. Дело в том, что растения, окруженные воздушным океаном, три четверти веса которого составляет азот, не умеют добывать этот азот из воздуха. Если бы в почве не было растворимых соединений азота, в том числе и селитры, все растения погибли бы.

Азотная кухня

Еще в XVII веке ученые заметили, что на корнях всех бобовых растений (горох, бобы, клевер, вика, фасоль) есть особые вздутия — клубеньки.

В 1865 году русский ученый М. С. Воронин доказал, что в клетках этих вздутий, или клубеньков, находится большое количество бактерий. Их так и назвали клубеньковыми.

Это случай взаимопомощи, или товарищества, между растениями и микробами. Бобовые растения снабжают микробов крахмалом и сахаром, которые им очень полезны. Микробы же, в свою очередь, обладают особой силой, которой нет у растений, — они могут азот из воздуха соединять с другими элементами. И бобовое растение получает азотистые соединения, как будто в почве были сложены богатые запасы этих веществ.

То, что клубеньковые бактерии снабжают азотистыми соединениями бобовые растения, было доказано. Однако все попытки заставить их делать то же самое с другими растениями, например с пшеницей, потерпели полную неудачу.

Каким же азотом питаются другие растения?.. Нет ли микробов, которые переносят азот из воздуха в почву?

Этим вопросом задался русский ученый С. Н. Виноградский. Раздумывая над загадкой, ученый пришел к мысли, что микробы, способные усваивать азот из воздуха, смогут прожить в такой почве, в которой азота вовсе нет. Если так, то надо приготовить такую почву и посмотреть, не вырастет ли в ней какой-нибудь микроб.

И вот Виноградский приготовил питательный раствор, лишенный азотистых веществ, и опустил в него комочек садовой земли. Через несколько дней со дна колбы с раствором стали подниматься пузырьки газа. А еще через несколько дней вся поверхность жидкости покрылась матовой пленкой микроорганизмов. Среди них, конечно, были различные микробы, внесенные в колбу с комочком земли Сергей Николаевич осторожно извлек крошечную частицу пленки и поместил ее в другую колбу, также лишенную азотистых веществ. Расчет его заключался в том, что большинство микробов в таком растворе погибнет от азотного голода; выживут только те, которые способны усваивать его из воздуха. И вот после многократных переносов пленки последовательно из одной колбы в другую С. Н. Виноградский выделил овальной формы бактерию — она жила в почве возле корней растений, усваивая азот из воздуха. Он назвал ее «клостридиум».

Позднее голландский ученый М. Бейринг, применив методику Виноградского, нашел в почве еще одного азотусваивающего микроба и назвал его «азотобактер».

Теперь понятно, для чего нужен в почве навоз: микробы приготовляют пищу для растений.

Страшно подумать, что было бы, не будь микробов на Земле. Ведь без них не было бы ни гниения, ни брожения. Земля покрылась бы толстым многометровым слоем из погибших животных и растений. Ведь нашли же на Крайнем Севере, в вечно мерзлой почве, где нет микробов, целого мамонта, пролежавшего несколько тысяч лет.

Итак, микробиология приподняла завесу над одной из великих тайн природы — над тайной невидимых химиков, поддерживающих круговорот азота в природе.

Отмершие растения и животные попадают в распоряжение гнилостных бактерий. В результате гниения образуется аммиак. Под влиянием бактерий он превращается в соли азотной кислоты — селитру. Другие же бактерии превращают в азотные соединения азот из воздуха. Питаясь азотистой пищей, растения строят свой белок. Травоядные животные, питаясь растениями, перерабатывают его в животный белок. Человек, питаясь тем и другим, образует свой специфический белок. И затем все начинается сначала.

Не один только азот участвует в круговороте. Миллионы живых существ на земле выдыхают в атмосферу углекислоту. Зеленые листья растений улавливают ее с помощью световой энергии, превращают в сложные углеводы: крахмал, сахара, клетчатку — важнейшие источники питания каждого организма. Затем организмы погибают, разлагаются — и снова получается углекислота. Опять благодаря микробам все начинается сначала.