Пути в незнаемое

В клубеньках бобовых растений при нормальном давлении и нормальной температуре атмосферный азот лишается свободы и вступает в химическую связь. При этом ценность его сильно возрастает, так как свободного азота сколько хочешь, а химически связанного не хватает. Здесь, в клубеньках, этих маленьких цехах, восполняется значительная часть азотной пищи планеты. На протяжении десятилетий, которые принесли миру атомную энергию, телевидение, нейлон и прочие не менее диковинные вещи, процесс фиксации азота клубеньковыми бактериями продолжал оставаться тайным.

Азот противится связям с посторонними элементами. Без принуждения он не реагирует даже с такими общительными газами, как водород и кислород. Между тем азот, если можно так выразиться, один из основателей самой жизни. Он лежит в «фундаменте» всех известных белковых молекул. Вот и получается, что жизнь основал безжизненный («азотикон» по-гречески означает именно это).

Дорого обходится человечеству безжизненность азота. Соединения этого элемента используются для решения двух самых крупномасштабных задач — пропитания людей (азотные удобрения) и их истребления (начинка снарядов и авиабомб). Единственным подходящим источником для удовлетворения такой ненасытной потребности в сырье служит атмосфера. Там азота в преизбытке. Но — свободного.

(Нам просто удобен такой ход рассуждений, а вообще-то сожалеть об инертности азота не больше оснований, чем радоваться по тому же поводу. Стань вдруг азот активнее, он соединился бы с водами океана и превратил их в азотную кислоту, сделав жизнь невозможной.)

На заводах синтетического аммиака его связывают. Это происходит в стальных толстостенных башнях, где давление достигает сотен атмосфер, а температура — сотен градусов. Специальная сталь выдерживает эту обстановку на пределе своих сил. Но лишь при таких условиях удается химически связывать азот с водородом и получать аммиак — пахнущий нечистотами газ, который в конечном счете превращается в хлеб и другую пищу.

Чтобы соединение азота с водородом шло живее, применяют специальные порошки: окись железа и окись алюминия. Они служат катализаторами. Сейчас это слово вошло уже в обиход публицистики и не требует объяснений. Напомним попутно, что катализаторы держат в своих руках всю, или во всяком случае почти всю, промышленную химию. Это они делают экономически целесообразными и технически осуществимыми реакции мирового значения, в результате которых мы получаем спирт, каучук, бензин, пластмассы и великое множество других вещей — тех, что определяют лицо цивилизации.

А что значит «экономически целесообразными и технически осуществимыми»? Вот что: реакции идут при сравнительно низких температурах и давлениях.

В клубеньках бобовых растений, конечно, без катализаторов не обходится, бобовые, видимо, тоже пользуются услугами химических посредников для сватовства азота с водородом. Ведь живые организмы только потому и могут быть нежными и мягкими, эластичными и компактными, что биохимические процессы протекают при посредничестве идеально «подобранных» катализаторов. Иначе, учитывая сложность реакций обмена веществ, даже простейшая амеба должна была бы одеться в жаропрочный металл, иметь кислотоупорные, коррозионно-стойкие «конструктивные детали».

Связывать атмосферный азот при нормальной температуре и нормальном давлении бактерии могут благодаря катализаторам. Но поскольку катализаторы (или ферменты, как их называют, когда имеются в виду химические процессы жизни) — это посредники, предпочитающие оставаться в тени, установить лишь сам факт посредничества еще далеко не все.

Ученых многих стран остро интересовало, какими ферментами пользуются живые фиксаторы азота. Группа профессора Турчина была в числе этих исследователей. А когда люди делают одно дело, соревнование, помимо их воли, становится подстегивающим стимулом. В невообразимых высотах духа, откуда даже состязания олимпийцев должны представляться мелким, наивным соперничеством, тоже, как установлено, ведется свой, гамбургский счет голам. А раз так, то мы откровенно рады за профессора Турчина, которому удалось опередить и отечественных и зарубежных коллег в трудном поиске.

Забегая вперед, скажем: набор ферментов искали многие. Но состав такой силы, как в лаборатории азота Научно-исследовательского института удобрений и инсектофунгицидов, не получил никто. Микроскопические количества ферментной жидкости способны химически связывать азот воздуха — вот достижение, зарегистрированное на Долгопрудной, и больше нигде в мире.

Невидимая добыча

Не добившись заметных успехов в «мирных переговорах» с бактериями, Федор Васильевич решил попробовать вторгнуться в секретные «цеха» бобовых и похитить ценные реактивы. Четыре года профессор Турчин и его сотрудники разрушали клубеньки люпина и извлекали оттуда белковые вещества, надеясь, что какое-нибудь да окажется искомым ферментом.

В почти невидимые капельки белка подмешивали марганец, молибден, аденозинтрифосфорную кислоту и кое-какие другие вещества, возбуждающие жизненную активность организмов.