Биотехнология: что это такое?

Как подняться на вершину?

Груша из которой торчат обломки скалы

«На руку рудокопа опирается весь мир» — гласит английская пословица.

Пословица старая, а верна и поныне. Правда, с тех пор, как появилась она на свет, и мир несказанно изменился, и рука человека, добывающего руду, обрела поистине сказочную силу. Мощная современная техника служит сегодня горняку, исправно трудится на него в шахтах, рудниках и карьерах практически всех стран мира. В том числе и в СССР — одной из крупнейших горнодобывающих держав.

Добываем мы много, потому что потребности быстрорастущей индустрии, все решительней переходящей на новые, невиданные доселе технологии, поистине беспредельны. Ей требуется много, очень много металла.

Ибо «металлы, — как говорил еще Михаил Васильевич Ломоносов, — подают укрепление и красоту важнейшим вещам, в обществе потребным, ими защищаются от нападения неприятельского, ими утверждаются корабли, и силою их связаны, между бурными вихрями в морской пучине безопасно плавают. Металлы отверзают недро земное к плодородию, металлы служат нам в ловлении земных и морских животных для пропитания нашего... И кратко сказать, ни едино художество, ни едино ремесло простое употребление металла миновать не может».

Именно в силу своей супернеобходимости человечеству производство одних цветных металлов согласно данным статистики к 2000 году должно увеличиться во всем мире, по сравнению с тем, что производится сегодня, вдвое.

На много, уважительно скажет читатель, прочитав эти строки. Конечно. Но для того, чтобы получить такое количество металла, руды нужно добыть несравненно больше. И облегчить выполнение этой титанический задачи человечеству может все та же вездесущая микробиология, возможности которой в современном горном деле, прямо скажем, используются минимально. И только острый дефицит металлсодержащих руд заставил наконец специалистов если не всех, то многих стран мира подумать всерьез о перспективах, связанных с освоением ее методов. А они по самым, даже предвзято строгим оценкам весьма и весьма заманчивы.

Что же сулит горному делу, а стало быть и металлургии, использование микробиологических способов разработки полезных ископаемых?

В первую очередь значительное сокращение потерь всех видов металлсодержащего минерального сырья. А о том, насколько они пока еще велики, можно судить хотя бы по тому, что, несмотря на непрерывное совершенствование всех видов и способов подземной добычи, в недрах все же остается половина имеющейся там нефти и калийных солей, четверть угля, двадцать процентов железной руды.

Именно поэтому уже в ближайшем будущем добычная технология претерпит, вероятно, существенные изменения. Ну, скажем, такие: мощные машины станут выдавать на поверхность всю руду, по возможности ничего не оставляя под землей. Здесь после тщательной сортировки и обогащения — в том числе и с помощью биометодов — все полезные компоненты пойдут в дело. А пустая порода (не содержащая полезного компонента), частично используемая в качестве строительного материала, вновь отправится в рудник для заполнения образовавшихся после добычи пустот.

Есть у биотехнологии и еще один многообещающий «горняцкий» аспект применения. Речь идет о безотходной, наиболее полной добыче минеральных запасов, которых в земной коре становится все меньше и меньше. Ведь истощение подземных кладовых — печальная аксиома наших дней. А раз так, то разработчикам приходится все больше углубляться в недра, интенсивнее осваивать горные и пустынные районы, работать в тундре и тайге. Ну как здесь не вспомнить о биологических способах, еще недавно воспринимавшихся даже многими специалистами как экзотические, а потому и не рассматривавшихся в качестве альтернативных традиционным.

А зря. Так, в частности, при затоплении уже отработанных медных рудников водой микробы, живущие в горных породах, легко переводят соединения меди в раствор, из которого впоследствии она и выпадает в осадок. Стоит откачать воду — и медные рудники получают вторую жизнь, не менее активную, чем прежде.

С помощью бактерий уже извлекают железо, цинк, никель, кобальт, титан, алюминий и даже такие ценные элементы, как уран, рений, галлий, индий, таллий. Применение бактерий исключает в громоздкой (и очень дорогой) эксплуатации месторождений традиционным способом необходимость строительства мощных обогатительных фабрик и металлургических заводов.

Буквы в мусоре

Чем большее применение находят биометаллургические способы, тем большие возможности открывают они человеку. Взять хотя бы золото. Оно долгое время оставалось «равнодушным» ко всем видам бактерий и растворялось только в «царской водке» — смеси соляной и азотной кислот. Хотя зачастую в очень многих рудах этот благороднейший из металлов, пусть в самых незначительных количествах, но все же присутствовал. Ну, согласитесь, даже крупинку золота, и ту оставлять в недрах и отвалах, где хранится уже отработанная порода, было бы обидно. И что же?

Нашлись на «упрямое» золото свои бактерии. Их обнаружили в горных породах ученые Института микробиологии АН СССР. Правда, бактерии-старатели охотнее трудятся в уже разрыхленном массиве. Поэтому их колонии закачивают в предварительно отработанные пласты.

Но все эти хлопоты довольно быстро окупаются. И потому эпитет «экзотический», употребляемый еще совсем недавно применительно к геобиотехнологии, вероятно, заменится жизнью, и, думаю, очень скоро, на нечто более реалистическое. Так что если в недалеком будущем кто-либо из моих читателей встретит на газетных или журнальных страницах статью, скажем, под названием «Больше металла с гектара!», то, думаю, вряд ли удивится.

Да и чему тут удивляться? Ведь науке давно известны морские растения и животные, способные извлекать металл из морской воды и накапливать его в своих тканях. У берегов Японии, например, существуют довольно обширные плантации ванадийсодержащих водорослей. И японские металлурги успешно выплавляют сталь, в которой легирующей добавкой служит ванадий, добытый в буквальном смысле со дна морского.

Для извлечения из руд металлов бактерии использовались, как говорится, с незапамятных времен. Еще в XVIII веке в Испании умели извлекать медь из рудничных вод, вытекающих из подземных выработок. А в начале нашего века все в той же Испании на руднике Рио Тинто применялось выщелачивание (выделение) меди из бедных руд с помощью растворов. Впоследствии этот метод получил распространение в США, Канаде, Мексике и других странах, хотя сам механизм изменений, происходящих в рудных образованиях под воздействием жизнедеятельности бактерий, оставался для науки еще очень долго тайной «за семью печатями».

И только в 1922 году немецким ученым Ваксману и Иоффе удалось выделить из рабочего раствора микробиологическую культуру, способную добывать из руды чистый металл. А еще четверть века спустя Колмероном и Хинклем была получена другая культура из кислых шахтных вод.

Как выяснилось, оба вида этих микроорганизмов относились к так называемым тионовым бактериям, представляющим собой очень мелкие, величиной всего в микрон палочки, способные развиваться только в кислой среде. Для их жизнедеятельности не требуется никаких органических веществ. Они противопоказаны им природой от «рождения». А самая надежная гарантия от присутствия в окружающей среде органики, как известно, серная кислота. Вот почему бактерии этого вида отдают предпочтение кислым водам. К тому же таким бактериям противопоказано еще и ультрафиолетовое излучение. Так что в кромешной тьме земной тверди этот вид микроорганизмов является по сути дела своеобразным полпредом живой природы.

Но нас эти бактерии интересуют сейчас не с точки зрения необычности образа жизни, а с гораздо более прозаической и даже экономической. Ибо получение металла в больших количествах и как можно дешевле — главная причина использования их в металлопроизводстве.

Но микроорганизмов и в земле, и в воде очень много: в каждом грамме, в каждом кубическом сантиметре их миллионы. И каждая бактериальная клетка способна перерабатывать за сутки такое громадное количество вещества, что оно в десятки раз превышает ее собственный вес. Именно активная жизнедеятельность бактерий, добывающих энергию из «ничего», из мертвого неорганического материала, и обеспечивает колоссальный экономический эффект этому нетрадиционному способу переработки руд.

А ведь значение микроорганизмов в природном круговороте вещества до конца даже не осознано. Что же говорить об изучении? Их роль в формировании самого облика Земли не переоценить. Но облик — лишь то, что на поверхности, ближе к Солнцу, а что там, в подземном мире? Мог ли человек, «приручивший» огонь и электричество, могучую энергию весеннего половодья и вольного ветра, пройти мимо такой естественной силищи, как жизнедеятельность бактерий, не заинтересоваться ею?

Рано или поздно он должен был понять, что в ней-то и таится своеобразный золотой ключик к природным кладовым. А поняв, создать целую науку — геотехнологическую микробиологию.

Так оно, собственно, и случилось. Однако, помимо задач промышленного использования бедных руд, оставшихся в шахтах, рудниках и карьерах с тех самых пор, когда разработка ископаемого с низким содержанием в немытого или иного компонента считалась нерентабельной, биотехнологический метод стал еще и самым экологически чистым способом добычи и переработки руд. Насколько это важно в наши дни, вряд ли стоит объяснять. Недаром среди ученых давно бытует представление о земном шаре как о космическом корабле, несущемся во Вселенной, но по забывчивости природы не снабженном выхлопной трубой.

Человек в халате с метлой стоит около завода

Между тем именно металлургическая промышленность — один из самых злостных загрязнителей окружающей среды. От выбросов ее заводов страдают воздух, вода, растительный и животный мир. И, конечно же, человек.

Вот почему ориентация перехода металлургии на безотходные, так называемые чистые технологии, не только открывает перспективы полного комплексного использования всех отходов, но делает ненужным создание многочисленных фильтров и отстойников (что само по себе обходится недешево и далеко не всегда выгодно). Так что поиск новых биотехнологических возможностей утилизации газов, шлаков, зол продолжается весьма интенсивно.

Разумеется, создание абсолютно универсальной технологии металлопроизводства, применимой во всех случаях, все же вряд ли реально. Ведь для этого потребовалось бы решить задачу, аналогичную получению уникального лекарства, помогающего сразу от всех болезней. Где и как в дальнейшем найдет себе наиболее результативное применение биометаллургия — сказать трудно. Разве что лишь приблизительно.

А пока над проблемами выбора оптимального способа производства для конкретных условий и конкретней отрасли промышленности работают многочисленные области науки, вооруженные точными математическими методами и мощными вычислительными машинами, а также глубокими знаниями сопредельных отраслей и научных направлений, но, будем откровенны, справляются они с поставленной задачей, мягко говоря, средне.

Не станем, однако, слишком строго оценивать их работу. Дело-то действительно очень трудное и необычное. К тому же, по крайней мере в горнометаллургическом комплексе, биометаллургические методы и сегодня используются уже в двух случаях: при непосредственной подземной добыче полезного компонента и при разработке (обогащении) добытой руды.

В первом случае в массив полезного ископаемого через специально пробуренные скважины нагнетается биологически активный раствор. А после того, как этот раствор насытится, вберет в себя полезный компонент, его откачивают через другую систему скважин.

Со вторым вариантом использования биометода (обогащения добытой руды) я познакомлю вас чуть позже, рассказывая об американском опыте биологического выщелачивания меди. А теперь согласно требованиям той самой третьей стадии популяризации, о которой шла речь во введении к нашей книге, попробуем оценить все за и против применения биологического метода в горном деле.

Итак, всегда ли он выгоден? Экономические выкладки бесстрастно свидетельствуют: им целесообразно отрабатывать только сравнительно мелкие месторождения, для эксплуатации которых экономически невыгодно строить карьер или подземный рудник, поселок для горняков и корпус хотя бы только первичного обогащения.

В общем, если разработка не сулит заманчивых перспектив, то разумнее отказаться от традиционной технологии, отдав предпочтение биологической. Она вполне «обойдется» одним буровым оборудованием (как у геологов) и легкой сборно-разборной системой резервуаров и трубопроводов. А значит, и не удорожит стоимости разработок.

Что ж, в данном случае все ясно, вероятно, согласится со мной читатель, биометод здесь действительно предпочтительней. Ну а если ситуация несколько иная? Планируется к разработке, скажем, большое месторождение. Большое по запасам, но с довольно низким содержанием металла в руде. Как, каким способом его отрабатывать? Использовать традиционную технологию?

Но с ее помощью до всех «углов» залежи никак не доберешься. А это значит, что какая-то часть руды останется под землей. И хотя оставшаяся руда, как и все месторождение, не очень богата металлом, но и ее терять жаль. Тем более что добыча основного объема пройдет где-то совсем рядом от нее.

Но ничего не поделаешь. И до недавнего времени брали то, что представлялось рациональным. А остальное оставалось лежать до лучших времен. Появился даже специальный термин для полезных ископаемых, уже разведанных, а иногда даже и частично отработанных, но не извлеченных на поверхность — забалансовые запасы.

Таких запасов очень много. Они десятилетиями лежат под землей, не принося людям никакой пользы. Геологи же вынуждены искать все новые и новые месторождения, поиск которых и последующее освоение обходится государству в изрядную копеечку. И все-таки

эти затраты признаются целесообразными, поскольку содержание полезного компонента в новых месторождениях «устраивает» классическую технологию.

И наконец широко известны случаи еще более удивительные, когда забалансовые запасы залегают не рядом, не ниже, а над полезной толщей, и разработчикам приходится вынимать и складировать эти руды в стороне (в отвалах), чтобы добраться до промышленных запасов.

Таких отвалов в стране великое множество, и лежат эти богатства в буквальном смысле слова у нас прямо под ногами. К тому же отвалы эти, как правило, токсичны. После дождей ядовитая жидкость вместе с грунтовыми водами разносится по всей территории водосборов, отравляя водоемы, поля, леса, почву.

Словом, создание технологии, способной комплексно решить все перечисленные проблемы, с каждым годом становится задачей все более актуальной, и, судя по всему, именно биологическое направление займет среди конкурентов на лидерство одно из главных мест.

Два человека едят Cu

К такому выводу приходишь невольно, взвешивая достоинства и недостатки современного биометаллургического направления. Так, по расчетам института Унипромедь, тонна меди, полученная в нашей стране классическим путем (при подземном способе разработки руды), обходится государству в 525 рублей, а при микробиологическом — всего в 200. Разумеется, такой «выигрыш» дают только конкретные, мало приемлемые для классической технологии условия. Но факт остается фактом и налицо стоимостная разница более чем в два с половиной раза.

За расширенное использование при определенных обстоятельствах именно биологической добычи металла говорит и практика производства меди этим способом в США. Здесь с помощью микробов (название некоторых из них в переводе с латинского — литотрофные — звучит как «пожиратели камней») получают десять процентов от общего количества всей производимой в стране меди.

Так что же мешает более быстрому развитию биометаллургии?

Прежде всего, чересчур, по нашим понятиям, замедленный темп жизни микроорганизмов, утилизирующих минеральные вещества.

Что же делать? Попытаться этот естественный процесс стимулировать, создав бактериям более благоприятные, «комфортабельные» условия жизни. Например, повысить температуру в среде обитания. Разумеется, в каждом конкретном случае нужно точно знать, для каких бактерий и какая температура предпочтительней. Так, тионовые бактерии наиболее успешно развиваются, а стало быть, и интенсивнее переводят медь из сульфидных соединений в раствор, при 30—35° С.

Разумеется, это далеко не единственная «прихоть» невидимых тружеников. Для успешной работы им необходима в избытке углекислота (для построения клетки), наличие некоторых минеральных солей, воздуха. Как оказалось, скорость выщелачивания (выделение из рудного массива металла в раствор) меди зависит и от специальных добавок, которыми обогащают раствор.

Те же тионовые бактерии, например, весьма чувствительны к наличию фосфатов и аммонийного азота. Между тем в рудах медно-колчеданных месторождений эти легко усвояемые формы азота и фосфатов как раз чаще всего отсутствуют, что отнюдь не стимулирует производительность бактерий. Их жизнедеятельность успешнее, если в раствор, в котором происходит накопление металла, все время нагнетать воздух. На одном из наших уральских рудников аэрирование рабочего раствора давно вошло в практику. И что же? Обогащенные перед закачиванием под землю кислородом воды почти вдвое повысили производительность процесса.

Здесь, вероятно, стоит сказать, что производительность биологической системы, о которой идет речь, определяется в конце концов всего двумя условиями — активностью бактерий и их числом (концентрацией) в единице объема.

С точки зрения потребностей современной биометаллургии, природная концентрация бактерий в растворах, как правило, невысока. И чтобы ее поднять, надо опять же создать оптимальные условия для жизнедеятельности невидимых металлодобытчиков. Вот почему рабочий раствор теперь все чаще стали готовить в специальном резервуаре, в котором искусственно создают особые условия.

Опыты показали, что увеличение содержания клеток в миллилитре раствора до 106 повышает интенсивность выщелачивания (по сравнению с естественным процессом) на целых двадцать процентов.

Полупромышленные эксперименты, с результатами которых я вас знакомлю, велись на Дегтярском руднике Урала и выявили весьма обнадеживающие факты. Только за счет дополнительной аэрации здесь добились заметного увеличения концентрации бактерий. И как итог — повышение скорости выщелачивания.

Однако при отработке новой технологии исследователи всегда стараются выявить не только благоприятствующие обстоятельства, но и мешающие ее внедрению. Применительно к бактериям это требование означает прежде всего выявление компонентов, препятствующих их благополучию. Так чего же «не любят» бактерии-металлурги?

Прежде всего ионов так называемых тяжелых металлов — железа, цинка, ванадия. Они не терпят также присутствия некоторых видов бактерий, поскольку, как вы помните, не переносят органики. И, наконец, ультрафиолетовые лучи, о чем чуть выше тоже шла речь, для них губительны.

Как видите, отнюдь не все живое тянется к Солнцу. Хотя это и противоречит нашим давно сложившимся представлениям о жизни. Что ж, природа необычайно разнообразна, и ей не впервой разбивать самые «бесспорные» суждения. У нее свои законы, согласно которым человек и должен планировать и осуществлять всю свою созидательную деятельность. Отступление от них чревато бедой.

Однако строгое следование этим раз и навсегда установленным законам отнюдь не означает, что человек лишен возможности обернуть их себе на благо. Отнюдь. Так, зная особенности характера тех же бактерий-горняков, с помощью микробиологических методов можно и должно наделить их несколько иными качествами. Подмечено, например, что плохо переносящие всякую органику тионовые бактерии все же «терпят» в небольших количествах ионы цинка и мышьяка. А раз подметив эти «странности» в поведении органоненавистников, микробиологи-селекционеры учли ее в своих работах. В итоге была создана культура (штамм), способная жить и развиваться при наличии в литре рабочего раствора до 17 граммов цинка и даже 10 граммов мышьяка.

Для практических целей создание такой культуры имеет колоссальное значение, потому что благодаря ей область применения бактериальных методов невероятно расширяется. А это значит, что миллиарды тонн бедной руды попадают в орбиту индустриальных интересов. На них уже можно рассчитывать, закладывать в планы, подсчитывать возможную экономию, рационально перераспределять материальные ресурсы.

И более того. Учеными Московского института стали и сплавов совместно с Институтом микробиологии АН СССР создан штамм бактерий, способных нейтрализовывать действие страшнейшего яда — мышьяка. Попробуйте представить себе все последствия и возможности такого достижения. Как оценить его? И хотя такие бактерии создавались целенаправленно — для применения в горном деле, — они, я думаю, займут достойное место и в сельском хозяйстве и даже в медицине.

Штамму надлежит пройти еще этап опытно-промышленных испытаний, но и чисто «пробирочный», лабораторный, успех зачастую означает чрезвычайно много, хотя до настоящего масштабного его применения дистанция, как правило, огромна. Словом, в настоящее время промышленное использование таких бактерий уже не мечта, но пока и не реальность.

Сократить разрыв между рождением нового микробиологического метода и его внедрением — значит, способствовать интенсификации отечественной индустрии, успешное развитие которой означает и успех перестройки, осуществляемой в нашей стране.

Простой перечень организаций и ведомств, причастных сегодня к разработке геомикробиологических проблем, красноречивее всяких громких слов свидетельствует о перспективности нового метода.

Одни названия их говорят сами за себя. Здесь и уже упоминавшийся Унипромедь, и АрмНИИпроцветмет Минцветмета СССР, Институт ядерной геофизики и геохимии, Институт микробиологии, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР, Институты микробиологии Армянской, Казахской, Узбекской ССР, Институт микробиологии и вирусологии АН УССР, Институт стали, кафедра минералогии МГУ и кафедра микробиологии Днепропетровского университета, Симферопольский институт минеральных ресурсов Министерства геологии УССР, Кавказский институт минерального сырья Министерства геологии СССР и многие, многие другие.

Люди в халатах с младенцами стучат в закрытую дверь

Солидный список, верно?

Но и возможности биотехнологии уникальны. Как их сбросишь со счетов во времена полного хозяйственного расчета? Они ведь не копейки и рубли, а тысячи сулят народному хозяйству. Да и опыт практического использования микроорганизмов при добыче и переработке руд накоплен в разных регионах страны тоже немалый. Дальновидные ученые и хозяйственные руководители поняли перспективность биотехнологии еще двадцать лет назад. И, надо сказать, не стеснялись стучать во все двери, разъясняя, доказывая, обосновывая. Но в те времена многие из них оказывались наглухо закрытыми, а сидевшие за ними люди не хотели слышать даже самых аргументированных доводов и расчетов.

И напрасно. Такая глухота обернулась со временем государству миллионными убытками.

Мне как-то довелось познакомиться с одним документом, составленным специалистами, весьма компетентными в проблемах геобиометаллургии. Во времена, о которых сегодня принято говорить вкупе с пояснительным словом «застой».

Не документ — крик души. Рискну, пожалуй, познакомить читателя с небольшими фрагментами из него в надежде, что даже сугубо канцелярско-деловой стиль документа не помешает вам понять, от каких именно возможностей попросту отмахивались горе-руководители.

Но прежде чем начать цитировать этот документ, я хотел бы сделать оговорку, что речь в нем шла о всей геологической деятельности микроорганизмов, в том числе и о применении продуктов их жизнедеятельности (микробных полисахаридных биополимеров) для ускорения проходки нефтяных и газовых скважин и повышения степени извлечения этих полезных ископаемых. Это еще одна важная область проникновения биотехнологии в промышленную сферу деятельности человека. К сожалению, я не смогу остановиться подробнее на этой также важной проблеме. В то же время для сохранения цельности приводимого ниже отрывка не считаю целесообразным делать из него соответствующие изъятия. Думаю, что читатель сам легко обнаружит в тексте эту вторую проблему. Итак, читаем:

«Промышленные испытания новых способов добычи металлов свидетельствуют об их эффективности. Например, в 1968—1972 гг. на базе Дегтярского на Урале, Никопольского и Восточно-Коунрадского в Казахстане и Кафанского в Армении месторождений меди, молибдена и цинка были проведены промышленные испытания по бактериальному выщелачиванию этих металлов. Разработанные способы микробиологической обработки руд позволили получить дополнительной продукции до 500—700 тонн в год. При этом стоимость тонны металла снижена в два и более раза по сравнению с флотационным (флотация — процесс разделения рудных компонентов. — Авт.) методом их получения. Предварительные расчеты показывают, что только из бросовых руд в течение 5—10 лет можно увеличить на 10 процентов добычу металлов, а годовой экономический эффект применения биополимеров в нефтяной промышленности в объеме 5000 тонн составляет около 5 миллионов рублей, а за счет сокращения времени бурения — примерно 40 миллионов рублей.

Указанное выше свидетельствует о том, что даже беглый анализ потенциальных возможностей микроорганизмов в решении рассмотренных проблем показывает их большую народнохозяйственную значимость. Между тем решаются они далеко не полно, небольшими силами, в условиях ведомственной разобщенности, слабой материально-технической базы, на недостаточно высоком методическом уровне.

Учитывая большое народнохозяйственное значение применения микробиологического метода выщелачивания цветных и редких металлов из забалансовых и некондиционных руд, микробных биополимеров для ускорения проходки нефтяных и газовых скважин и при вторичной регенерации нефтяных пластов, снижения метаноопасности угольных пластов и т. д., следовало бы, по нашему мнению, с учетом имеющегося опыта разработать совместно с другими заинтересованными министерствами и ведомствами единую комплексную проблему по геохимической деятельности микроорганизмов...»

Двадцать лет разделяют нас во времени с фактами, указанными в этом документе. Двадцать! Подумать только, сколько возможностей упущено, сколько потеряно народных средств за эти годы, сколько сил ушло на преодоление той самой «межведомственной разобщенности», которая и сегодня нередко связывает нас по рукам и ногам.

Но недаром говорится, что дорогу осилит идущий. И потому всегда и во все времена, к нашему с вами счастью, находились в отечественной науке люди, способные видеть зорче и дальше других. И, главное, не отступать, не сдаваться даже под угрозой самых крутых административно-партийных мер. Этим людям мы и обязаны тем, что микробиологический метод нашел-таки свое распространение и в нашем горном деле, и в отечественной металлургии. Он жив, работает, усиленно наверстывает упущенное, с похвальной скоростью сокращая разрыв между собственными, возможностями и их практической реализацией.

А преодолеть его нужно как можно быстрее. И не столько потому, что насильственное замедление роста этой ветви могучего древа биомолекулярной науки, мягко говоря, несколько исказило само развитие научно-технического прогресса, переведя его на «запасной» путь. Но еще и от того, что в самый короткий срок необходимо догнать, сравняться по масштабам осуществляемых с помощью биотехнологических методов работ с теми странами, в которых НТП не отклонялся от курса, предназначенного ему самой научно-технической революцией.

Задача, конечно, не простая. Но, должен сказать, вполне решаемая. Тем более что научных наработок у нас предостаточно, причем некоторые из них явно опережают по своим возможностям зарубежные аналоги. По крайней мере, с позиций сегодняшнего дня наша микробиологическая наука способна «на равных» говорить о перспективах развития биологического метода добычи и разработки полезных ископаемых с любой родственной наукой любой страны. Тем более что объективные трудности, которые приходится преодолевать и советским исследователям и их зарубежным коллегам, практически одинаковы. По крайней мере, к такому выводу невольно приходишь, читая журнал «В мире науки», издаваемый теперь на русском языке и в СССР: «Потребность в эффективном биологическом методе добычи (металла. — Авт.) сегодня очевидна, но технология разработана недостаточно. Дело в том, что процесс бактериального выщелачивания еще недавно интересовал лишь немногих ученых, которые изучали самих бактерий и осуществляемые ими реакции. Никто не задумывался, как можно использовать все выгоды микробиологического процесса и наладить технологию контролируемого выщелачивания...

Хотя перспективы генной инженерии бактерий-выщелачивателей все еще неопределенны, а сфера возможностей бактериального выщелачивания четко не очерчена, нет сомнений, что желаемая технология будет разработана».

Что ж, я уже высказывал несколько выше свое мнение по поводу создания всеприемлемой, «на все случаи жизни» технологии. Думается, что речь все же должна идти несколько об ином: потребность в новых, высокоэкономичных способах получения металла из бедных (по содержанию в них полезных компонентов) руд должна стать мощным стимулятором создания экологически чистых, малоэнергоемких микробиологических методов. Не одного-двух, а многих. Каждый из которых соответствовал бы конкретным задачам конкретного производства. А науке какой страны удастся первой решить эту нелегкую задачу, покажет время.

Пока же очевидно одно: без досконального изучения жизненного цикла микроорганизмов, продуцирующих тот или иной металл, без знания особенностей и секретов крохотного «металлургического завода», каким представляется большинству из нас бактерия-старатель, интенсифицировать естественный процесс металлонакопления, осуществляемый ею, нельзя.

Так что же прежде всего обязан выяснить специалист, поставивший целью «обучить» микробную клетку более быстрой утилизации руды?

Он должен, проанализировав процессы адсорбции, протекающие на ее поверхности, установить, как именно, посредством каких механизмов осуществляется поглощение металлов, какие химические превращения соответствуют им в самой клетке. И сколь ни загадочны процессы, изучить которые предстоит ученому, многие из них уже познаны и рассекречены. Воспользуемся же еще раз одной из публикаций журнала «В мире науки», дабы приобщиться к интимнейшей из тайн природы, расшифрованных человеком.

«Большинство микроорганизмов, — пишет журнал,— несет отрицательный электрический заряд, так как в составе их мембран и клеточных стенок, есть множество отрицательно заряженных атомных группировок или лигандов... Именно благодаря им положительно заряженные ионы металлов адсорбируются из растворов. Обычно адсорбция происходит быстро. Этот процесс обратим и не зависит от температуры и энергетического обмена клеток... Ионы, необходимые для жизнедеятельности, бактерии поглощают из окружающей среды. Работа клеточных систем, ответственных за перенос ионов, требует энергии и зависит от температуры. Таким путем в клетки микроорганизмов поступают ионы кальция, магния, натрия и сульфата. Хотя механизмы поглощения ионов из среды высоко специфичны, и они иногда могут ошибаться. Так, система переноса сульфата может «по ошибке» перенести в микробные клетки отрицательно заряженные ионы хромата, селената, ванадата, вольфрамата и молибдата. ...С инженерной точки зрения, микробиологические процессы, применяемые в горной промышленности, весьма просты, но на их эффективности сказываются и время года, и резкие изменения в химическом составе обрабатываемого продукта.

...И поглощение металлов клетками микроорганизмов, и поверхностная сорбция по сути своей процессы мало специфические: любые положительно заряженные ионы раствора могут взаимодействовать с отрицательными группировками атомов на поверхности микробных клеток... К числу наиболее изученных металлосвязывающих веществ принадлежит белок металлотионеин...

...У морской синезеленой водоросли (следует латинское название. — Авт.) молекулы металлотионеина отнссительно невелики, но каждая из них может связать в среднем 1,28 атома кадмия. Идентификация гена (или генов) металлотионеина у этого или какого-то другого организма позволит генетикам выделить этот ген и передать путем клонирования другим микроорганизмам. Клетки с такими клонированными генами можно заставить синтезировать большое количество металлотионеина, специфически связывающего определенный металл».

И, наконец, вывод, сделанный авторами статьи:

«Изучение природных процессов, результаты лабораторных исследований и опыт промышленного использования убеждают в том, что микроорганизмы в будущем принесут немало пользы людям. Они сделают доступными скрытые сегодня толщей земли минеральные богатства, позволят освоить бедные залежи полезных ископаемых, разрабатывать которые сегодня мы не беремся по экономическим соображениям. Эти крошечные слуги человека помогут ему в борьбе за чистый воздух и воду, позволят восстановить запасы ценных металлов».

Обнадеживающе, верно? Лично я очень верю в свершение таких надежд. И, честно говоря, будучи по долгу службы причастным к некоторым проблемам микробиологии и потому зная о невероятных, иногда прямо-таки фантастических ее проявлениях несколько больше людей непосвященных, нисколько не сомневаюсь, что настоящие-то чудеса нас еще ждут впереди.

А пока выполняю свое обещание. Помните, я посулил вам рассказать, как добывают медь из отвальных руд в США? Так вот, пришла пора сдержать свое слово.

Львиная доля добычи меди микробиологическим способом приходится в Соединенных Штатах Америки на западную часть страны, а точнее — на окрестности Солт-Лейк-Сити.

Добыча руды осуществляется здесь открытым способом. Представьте себе такую картину: в огромном, как кратер вулкана, карьере непрерывно ползают друг за другом тяжело груженные самосвалы (одна такая машина вывозит за рейс по 170 тонн руды). Они доставляют только что добытую в карьере руду в... отвал, расположенный в непосредственной близости от места разработки.

Как же так? — возможно, удивятся читатели. Добыть, чтобы тут же отвезти на свалку? Какая же необходимость заставляет горняков заниматься столь никчемной работой?

В том-то и дело, что отнюдь не никчемной, потому что именно в отвале и происходит процесс утилизации меди из бедных местных руд.

Если взглянуть сверху, с большой высоты, на такой отвал, то пейзаж откроется поистине неземной. Огромные штабеля руды, как жилища невиданных существ, тесно соседствуют друг с другом. И, как ни странно, то действительно жилища... для бактерий. Стоит такой штабель оросить подкисленной водой, которая начнет медленно просачиваться в глубь рудного «небоскреба», к бактерии, обитающие в сульфидсодержащих породах, получат свой излюбленный «допинг». А в ответ ускорят утилизацию меди. Образующаяся как продукт разрушения бактериями сульфидных минералов сернокислая медь хорошо растворима и потому легко вымывается из штабеля, тотчас попадая в бассейн-ловушку. А из него один... путь — на переработку.

Что ж, подведем черту?

Но не рано ли — могут возразить мне истинные знатоки геобиотехнологических проблем, ведь еще ничего не сказано о роли бактерий в образовании самих полезных ископаемых. И тех, которые сегодня разрабатываются на всех континентах мира, и тех, что ждут своего часа на дне Мирового океана. Возьмите, например, железомарганцевые конкреции. Их залежи по внешнему гиду весьма напоминают булыжную мостовую. А «мостили» ими океанское дно опять же бактерии...

Что ж, согласен, сказано здесь о бактериях-горняках, способных добывать металл, перерабатывать тысячи, миллионы тонн породы, пропуская сквозь мембраны собственных клеток невероятное количество рабочего раствора, далеко не все. Но ведь я и не стремился объять необъятное. Просто мне хотелось обратить внимание читателя на уникальность разнообразных возможностей биологических методов, все решительней вторгающихся в одну отрасль промышленности за другой. И если мне хоть в самой малой мере это удалось сделать, буду считать, что с задачей справился.

А напоследок — еще один пример использования биотехнологии. На сей раз — в угольной промышленности.

Полвека назад известный советский ученый А. 3. Юровский выдвинул оригинальную идею использования метанокислящих бактерий для снижения концентрации этого чрезвычайно взрывоопасного газа в выработанных пространствах угольных шахт. Однако практическая ее реализация отодвинулась еще на три десятилетия. И только в конце 60-х — начале 70-х годов ученые Московского горного института, академического института биохимии и физиологии микроорганизмов в Пущине и биотехнологи института синтеза белковых веществ (ВНИИсинтезбелок) тогдашнего Главного управления микробиологической промышленности при Совете-Министров СССР смогли предложить горнодобывающей индустрии страны не только высокорезультативную технологию использования микроорганизмов для снижения метанообильности угольных пластов (до начала добычи), но и технологию, поддающуюся регулированию.

Объяснить столь большой разрыв между рождением идеи и ее практическим внедрением несложно: жизненной необходимостью она стала только с появлением глубоких и сверхглубоких шахт, в которых взрывоопасность значительно повышена. Была и вторая причина, по которой внедрение шло крайне медленно. Академик М. В. Иванов, чей доклад «Микробиологические методы борьбы с метаном в угольных шахтах» был заслушан в прошлом году на президиуме АН СССР, объясняет ее так: «...когда мы только начинали работу с метанокисляющими бактериями, особенности их физиологии были известны несравненно хуже, чем сегодня. Поэтому исследования проводились сразу в нескольких направлениях. В то время в нашей стране не только отсутствовали чистые культуры этих бактерий, без которых принципиально невозможно изучать фундаментальные вопросы физиологии микроорганизмов, но и бытовало мнение, что чистые культуры метанокисляющих бактерий невозможно получить. Считалось, что процесс микробного метанокисления может проходить только в смешанных популяциях микроорганизмов. Практически ничего не было известно о распространении микроорганизмов в угольных шахтах и о влиянии вещественного и химического состава разных углей на микроорганизмы».

Сегодня многие из этих серьезнейших проблем уже решены. Многие, но, к сожалению, не все. И хотя обработка угольных пластов и выработанных пространств суспензией с метанокисляющими бактериями в состоянии вдвое снизить загазованность в шахтах, этот метод борьбы с внезапными выбросами угля, газа и породы никак нельзя считать панацеей от подобного рода бедствий.

Проблема метаноподавления в угольных шахтах с помощью микроорганизмов еще далека от своего решения, считает академик АН УССР В. Н. Потураев. Например, мы еще до сих пор не умеем выращивать бактерии непосредственно в угольных шахтах на основе выделяющегося из горных выработок метана, что приводит к необходимости доставлять их со специализированных микробиологических предприятий. Между тем в процессе транспортировки бактерии стареют и теряют свои свойства. Необходимо разработать методы, позволяющие при дегазации угольных пластов шахт создавать кустовые установки или цеха, которые снабжали бы биомассой если не весь угольный бассейн, то хотя бы группу шахт. Надо также разработать способы хранения и накопления метанокисляющих бактерий, чтобы всегда иметь их в достаточном количестве для использования в шахтах.

И чем быстрее будут решены эти задачи, тем больше выиграет от этого государство. А сбереженные средства, которые сегодня тратятся на профилактические работы по предупреждению выбросов, пойдут на строительство профилакториев, больниц, жилых домов и школ. Тем более что во многих странах мира, начавших работать над той же проблемой гораздо позже нас, уже имеются солидные достижения. Так, например, в Индии с помощью методов генетической инженерии недавно получен высокопродуктивный штамм метанокисляющих бактерий. Через стометровые скважины, пробуренные в угольных пластах, раствор, содержащий микроорганизмы, закачивается в шахту. Бактерии, проникнув через поры в угле в толщу пласта, тотчас приступают к утилизации газа. А в результате концентрация рудничного газа (так обычно шахтеры называют метан) снижается почти вдвое.

...Бороздят океанские воды, опускаются в глубь пучин исследовательские аппараты, заглядывают в извергающие лаву жерла вулканологи, идут кромешной мглой пещер спелеологи — и, к своему великому удивлению и радости, выясняют, что жизнь кипит повсюду. То творят чудеса крохотные обитатели нашей планеты, невидимые, столетиями не обнаруживаемые, всегда и всюду соседствующие с нами.

— Невероятно, — говорят одни исследователи, обнаружив бактерии в горячих серных источниках.

— Такого не может быть, - дивятся другие, разглядывая в микроскоп живую бактериальную клетку в капле соляной кислоты.

— Непостижимо, — вторят им третьи, ведущие, наблюдения за деятельностью «белых» и «черных» курильщиков — термальных источников — на океанском дне, — жизнь кипит там, где должно быть мертвой зоне.

А они и не слышат наших удивленных возгласов, одноклеточные властелины Земли, таинственные, изучаемые и так до конца не изученные. Но, может быть, природа, созидая когда-то крохотную микроскопическую клетку, отнюдь и не опускалась, как принято считать, до собственного «дна», а невиданно взметнулась вверх, решив однажды, словно по наитию, оградить легко проницаемой мембраной ядро первого живого организма планеты? Мне, по крайней мере, очень хочется так думать...