Карлики рождают гигантов

Карлики кормят гигантов

Багамские острова — архипелаг из 29 больших коралловых островов и около 3 тысяч рифов и скал в Вест-Индии. Общая площадь 11 410 квадратных километров. Население 80 тысяч жителей. Почвы очень плодородны; ценные породы деревьев — красное, желтое, железное…

В географических справочниках указаны и другие подробности, характеризующие этот чудесный уголок нашей планеты.

Но какое отношение имеют Багамские острова к нашему разговору? Самое прямое.

Багамские острова своим возникновением в значительной мере обязаны существам, размеры которых не превосходят 2–3 микрон. Бактериум кальцикс — так называют этих удивительных строителей. Осаждая соли кальция из морской воды, они воздвигли тысячи островов в морях и океанах. Конечно, эта титаническая работа требовала времени. Но строительные способности чудесных гномов сказочно велики. Академик В. И. Вернадский подсчитал, что только одна бактерия, если ее поместить в подходящие условия, за пять дней произведет 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 потомков. (Попробуйте сосчитать хотя бы число нулей!) Эта масса микроорганизмов могла бы заполнить собой всю впадину Тихого океана.

«Бактериа» — по-гречески значит «палочка». Так уж получилось, что в поле зрения охотников за микробами поначалу попадали одноклеточные организмы, имеющие форму палочки. Название прижилось, хотя были открыты и шарообразные — кокки, и извитые — вибрионы, и иные формы бактерий. Наука, изучающая микробы, первое время так и называлась — бактериология. Но кругозор ее непрерывно расширялся. Микроскопические грибки, сине-зеленые водоросли, дрожжи, актиномицеты (лучистые грибки), ультрамикробы, протисты и другие одноклеточные организмы… Весь этот многообразный мир живых существ, который окружает нас и живет в нас, входит в поле зрения науки, которая именуется теперь микробиологией.

Размеры бактерий ничтожны. Они исчисляются микронами — тысячными долями миллиметра. Палочковидная бактерия достигает в длину всего 5 микрон при ширине в полмикрона.

Однако именно эти карлики способны произвести ту гигантскую работу, пример которой мы только привели.

У волшебных палочек два основных производственных секрета.

Первый — необычайная интенсивность обмена веществ. Бактериальная клетка может переработать за сутки такое количество пищи, которое раз в сорок превышает ее собственный вес. У дрожжевых организмов биомасса увеличивается вдвое за 2–3 часа. У бактерий — за полчаса.

Второй — необычайно огромное количество и повсеместная распространенность этих существ, живущих при любых условиях. Даже в условиях Арктики, на Земле Франца-Иосифа скальные породы содержат от 10 тысяч до 100 миллионов микроорганизмов в одном только грамме. А если мы возьмем комочек земли с поля, засеянного, скажем, пшеницей, то собьемся со счета. В каждом грамме почвы живут:

грибы — сотни тысяч,

актиномицеты — миллионы,

водоросли — десятки тысяч,

амебы и простейшие животные — тысячи,

ультрамикробы, бактериофаги и актинофаги — сотни тысяч.

На каждом гектаре пашни или лугов наберется от 2 до 7 тонн бактериальной массы.

Не забудьте и о других проявлениях бытия в земле, теснейшим образом связанных с микрофлорой. На каждом квадратном метре копошатся личинки жуков и других насекомых, их сотни. Там же сотни тысяч членистоногих и около миллиона нематод.

Разобраться в этом смешении (хаосе) жизни не просто.

Но есть строгие закономерности, которые ею управляют и которыми пытается управлять человек. Иногда он достигает успеха. Иногда ошибается.

И всегда успех зависит от того, правильно или нет используется волшебная палочка. Обращаться с ней надо умеючи, еще более продуманно и осторожно, чем это требовалось с палочкой-погонялочкой. Стимуляторы, о которых мы говорили выше, были все химическими веществами. А волшебная палочка — живое существо, со всеми его особенностями и капризами.

Неосторожность может привести к ее неожиданному исчезновению. За примерами далеко ходить не надо: симазин и кукуруза. Симазин буквально спас кукурузу от сорняков. По два и три года после обработки поля этим гербицидом кукуруза не испытывала никаких неприятностей от зеленого врага. Яд продолжал действовать — в почве не было для него противоядия, не было средств, способных разложить остатки симазина.

Высокая токсичность гербицида причинила неприятности другим культурам. Яровая пшеница, посеянная вслед за кукурузой, чувствовала себя на поле, обработанном год назад симазином, неуютно. Клевер, люцерна, подсолнечник, ячмень, овес тоже резко снижали урожай в аналогичной обстановке. Почему? Сами растения как будто не очень-то реагировали на симазин. В чем же дело? Яд нарушил биоценоз — биологическое равновесие в почве. Он резко угнетал полезные микроорганизмы. Волшебная палочка была отстранена от своей работы, и растениям стало труднее жить.

Да, ни одна былинка в поле не может обойтись без повседневной помощи микроорганизмов. Эти мельчайшие живые существа кормят, поят, лечат, защищают от врагов и пестуют растение, стимулируют или, напротив, тормозят его рост.

Мы уже видели, какое мощное воздействие на рост растений может оказывать гиббереллин. Гиббереллин тоже продукт деятельности микробов-активаторов. Нельзя забывать и о других активаторах, которые действуют более умеренно, но вполне надежно.

Активаторы, живущие в почве, поделили между собой обязанности. Одни ускоряют рост корней, другие — стебля. Третьи усиливают процессы цветения и плодоношения. Четвертые — синтез хлорофилла, пятые — усвоение питательных веществ. Шестые вырабатывают витамины и снабжают ими растение. И так далее.

Особую роль в жизни растения играют бактерии-симбионты, или сожители.

Мирное сосуществование различных организмов — один из основных законов биологии. Симбиоз растений и бактерий решает для обеих сторон проблемы, которые не могут быть разрешены в одиночку.

Самая насущная из проблем — проблема питания. Азот, калий, фосфор — три главных кирпича, из которых строится растительный организм. В почве и воздухе их содержится вполне достаточно. Если говорить об азоте, то растение буквально купается в нем. Над каждым гектаром почвы витает в воздухе 80 миллионов килограммов азота. Запасы почвенного азота колеблются от 6 до 20 тысяч килограммов.

Чтобы получить приличный урожай с гектара посевов, нужны какие-то 200 килограммов этого элемента. Но именно в азоте растение чаще всего испытывает недостаток. Беда в том, что оно не способно усваивать молекулы азота прямо из воздуха. Правда, в почве есть немного солей азотной кислоты. Однако запас их и иных азотистых соединений настолько мал, что в расчет принят быть не может.

Как же растение выходит из положения?

Это долго оставалось загадкой. Да и сегодня биологам много еще неясно в азотном питании растений. Есть детали и тонкости, которые пока ускользают от взгляда исследователя. Все же усилиями нескольких поколений ученых (Воронин, Виноградский, Омелянский — у нас в стране, Вильфарт и Гельригель — в Германии, Бейеринк — в Голландии) удалось нарисовать более или менее четкую картину.

В 1894 году микробиолог С. Н. Виноградский впервые выделил из состава почвенной микрофлоры азотособирающие бактерии — клостридиум и азотобактер. Они оказались настоящими фабриками удобрений. За лето эти существа усваивают до 50 килограммов атмосферного азота.

Еще разительнее ведут себя клубеньковые бактерии (открытые несколько ранее). Постоянные сожители бобовых — клевера, люцерны, люпина, донника, гороха, сои — они бесперебойно обеспечивают растения азотом. Совместная жизнь их начинается с того дня, как растение пускает первые корни.

Корни бобовых выделяют в почву своего рода приманку — глюкозу или яблочную кислоту. Бактерии тут как тут! Они проникают через корневые волоски в ткань растения и там обосновываются.

Внутри им скоро становится тесно. Тогда клетки корня делятся, растут и образуют наросты — клубеньки. Это жилые квартиры бактерий. Растение гостеприимно. Оно подает на стол своим жильцам разнообразные блюда — минеральные соли, сахар. Пришельцы не остаются в долгу. Они выкладывают из своих непрерывно пополняемых запасов азот. Три четверти связанного ими азота служат пищей для растений, и только четверть бактерии оставляют себе.

Взаимные выгоды мирного сосуществования симбионтов очевидны. Выигрывают от него не только сожители, но и те, кто приходит в поле после них. Посеянные после бобовых зерновые повышают урожай в полтора-два раза за счет азота, оставшегося в почве вместе с корнями и клубеньками. По самым скромным подсчетам клубеньковые бактерии связывают ежегодно около 1 миллиона тонн азота на площади, занятой в нашей стране бобовыми культурами.

Есть такое учреждение в Ленинграде. Правда, музей не имеет никакого отношения к культпросветработе, но отбоя от посетителей у его сотрудников нет. Музей этот находится при Ленинградском институте сельскохозяйственной микробиологии. Со всех концов страны сюда поступают письма.

Растениеводы, садоводы, работники предприятий пищевой промышленности просят выслать им образцы живых культур полезных микроорганизмов. И вот «заточенные» в специальные стеклянные пробирки микроорганизмы отправляются в далекие путешествия по стране.

Собранная здесь обширная коллекция микроорганизмов все время пополняется.

Сотрудники музея могут рассказать много удивительных вещей о мире невидимых карликов, играющих в нашей жизни огромную роль.

Вот клубеньковые бактерии.

Их жизнь начинается с маленькой пробирки. В специальном герметическом боксе, который периодически облучается кварцевыми лампами, сотрудницы в белых халатах извлекают из пробирок бактерии и пересаживают их в сосуды с питательной средой. В соседней комнате специальные скоростные «качалки», постоянно взбалтывая раствор, помогают невидимкам быстрее размножаться.

Здесь выращивается удобрение, которое называется нитрагин.

Если семена гороха перед посевом обработать нитрагином, то на каждом гектаре урожай повышается до 5 центнеров. А надо всего на гектар пол-литровую бутылку нитрагина. В такой бутылке — 50 миллиардов бактерий. Они усваивают азот из воздуха, перерабатывают его и отдают корневой системе гороха.

Нитрагин дает высокую экономическую отдачу. На приобретение и внесение нитрагина колхозы и совхозы Татарии, например, затратили в 1967 году около ста тысяч рублей. Прибыль же от прибавки урожая за счет бактерина составила около 10 миллионов рублей.

В Казани организовано производство нитрагина. Его масштаб — 700 тысяч бутылок в год! Это 21 миллион пудов гороха, который можно собрать дополнительно. Производство чудесных бактерий несложно и недорого. Бутылка нитрагина стоит 27 копеек.

Другое бактериальное удобрение — фосфоробактерин. Положительное действие его, как и других бактериальных удобрений, на растения многогранно. Он минерализует органические соединения фосфора и тем самым улучшает фосфорное питание растений, подавляет фитопатогенные грибки, вызывающие различные заболевания растений, стимулирует их развитие.

Однако бактерии не может заменить суперфосфат или какое-либо другое фосфорное удобрение. Но при благоприятных условиях фосфорные бактерии, а следовательно, и фосфоробактерин мобилизуют фосфор из фосфорорганических соединений почвы. Исследования, проведенные институтами сельскохозяйственной микробиологии и другими, показывают, что внесение фосфоробактерина в почву приводит к накоплению подвижного фосфора в почве. Таким образом, фосфоробактерин улучшает питание растений.

Наиболее эффективен фосфоробактерин на черноземах, окультуренных торфяниках, то есть на богатых органическим веществом почвах. Благоприятными для применения этого удобрения районами являются Украина, центральночерноземные области, Северный Кавказ, а также Северный Казахстан. Хорошо отзываются на внесение фосфоробактерина зерновые и зернобобовые культуры — кукуруза, озимая и яровая пшеница, просо, ячмень, горох. Опыты ряда научно-исследовательских институтов и станций показали, что фосфоробактерин в Целинном крае дает неплохую прибавку урожая не только на целинных, но и на старопахотных почвах. Из 73 опытов с яровой пшеницей, проведенных с 1953 по 1959 год, в 62 опытах фосфоробактерин повысил урожай зерна на 1–4,7 центнера, а в среднем — на 2,1 центнера с гектара.

Действие фосфоробактерина возрастает на фоне органических и минеральных удобрений, особенно азотных.

Как и нитрагин, фосфоробактерин дает высокий экономический эффект. От внесения под кукурузу на каждый израсходованный рубль получают от 6 до 17 рублей дохода.

Бактериальные удобрения известны уже много лет. Однако распространение имеют пока что ограниченное. В чем дело? В косности земледельцев? Пожалуй, нет. На пути у бактерий, выращиваемых человеком, часто стоит сама природа.

Австралийский микробиолог Ф. В. Хелай установил, что в почве очень много микроорганизмов, конкурирующих с клубеньковыми бактериями, поселяющимися на корнях клевера. Как преодолеть их конкуренцию? Попробовали вносить в почву определенное количество клубеньковых бактерий — конкуренция стала слабее, клубеньки на корнях клевера образовывались быстрее, но все же удалось разработать способ, при котором на одно семя клевера наносилось около миллиона бактерий. Для этого семена смачивали сначала в культуре нитрифицирующих бактерий, затем покрывали их слоем из смеси торфа и глины и, наконец, слоем мелко истолченного известняка. Такими семенами было засеяно несколько тысяч акров земель, малопригодных для пастбищ. Ранее малоурожайные, они стали превосходными пастбищами для овец — основных животных Австралии. Благодаря этому на некоторых фермах удалось увеличить производство шерсти в 10 и даже в 20 раз по сравнению с предыдущими годами.

Микроорганизмы — мастера на все руки. Одна из новых профессий бактерий — защита урожая от вредителей.

Во Франции, например, изготовляется препарат андузе, в США — турцид, в Советском Союзе — дендробациллин и энтобактерин-3.

Энтобактерин создан Всесоюзным институтом защиты растений на основе бактерии цереус, выделенной из пчелиной огневки. Он обладает широким спектром действия. Препарат успешно прошел государственные испытания и изготавливается на опытных заводах. В результате его применения гибнет свыше 95 процентов таких вредителей, как капустная и репная белянки, капустная моль, капустная огневка, яблоневая, плодовая, рябиновая, черемуховая и другие близкие им виды молей, зимняя пяденица, боярышница, американская белая бабочка, златогузка, ивовая волнянка, кольчатый, сосновый и другие шелкопряды. Этот препарат оказался весьма эффективным в борьбе против более 40 видов листогрызущих вредных насекомых.

Достоинство энтобактерина — безвредность для растений, человека, теплокровных животных, пчел и других полезных насекомых. Замечательно, что химические обработки в садах и на огороде против других вредителей не влияют отрицательно на эффективность энтобактерина. Применяется энтобактерин в виде водных суспензий для опрыскивания и в виде дуста для опыливания.

Микроорганизмы — антагонисты вредителей представляют особый интерес там, где малоэффективны химические, физические либо агротехнические средства борьбы. Большие трудности представляет борьба с круглыми червями нематодами. Нематоды возбуждают болезни человека, животных и растений.

Биологический способ борьбы с ними основан на использовании их естественных врагов. Ими являются хищные почвенные грибы — гифомицеты. Исследования профессора Ф. Ф. Сопрунова показали, что эти грибы поддаются массовому культивированию и размножению и притом на дешевой питательной среде.

Интересен способ «охоты» этих грибов-хищников. Они улавливают нематод своими клейкими головками, вырастающими на нитях мицелия. У некоторых грибов на мицелии образуются клейкие кольца; встречаются также сжимающиеся кольца. Стоит нематоде попасть в такое кольцо, как его клетки моментально набухают и оно плотно сжимает червя. Нематода погибает, даже если ей удается оторвать кольцо от гриба; небольшой остаток его разрастается и заполняет все тело паразита. Гриб растворяет и всасывает внутренние органы нематод; через сутки от нематоды остается лишь чехол, который заполнен нитями гриба.

Сопрунов изучил более 150 видов, подвидов и штаммов хищных почвенных грибов. Он разработал способ приготовления препарата со спорами хищного гриба. Применение хищных грибов на одной из шахт привело к снижению заболеваний анкилостомозом шахтеров на 77 процентов. Хищные грибы с успехом могут быть использованы и в ветеринарной практике, а в парниках и теплицах — против нематод растений.

«Разделяй и властвуй». Перенося этот принцип в природу, человек сможет добиться самых неожиданных результатов там, где он не рассчитывал прежде на успех.

Французский ученый Максер обнаружил, что между вирусами растений и животных существуют странные, противоречивые отношения. Введенные в организм животного вирусы растений могут оказаться не только совершенно безвредными, но и в некоторых случаях сыграть положительную роль. Например, возбудитель мозаичной болезни табака, впрыснутый под кожу корове, благоприятствует быстрому излечению от ящура. Если же этот вирус ввести под кожу курицы, он оказывается эффективным средством борьбы против опасной болезни домашней птицы — псевдочумы (болезнь Ньюкасла).

Дуэль вирусов показывает, как много еще загадок таит в себе антагонизм в мире живого. Это источник, где человек может найти себе неожиданных, но вполне надежных, союзников.

Отступление пятое. Как карлики воскрешают гигантов.

Чтобы нормально существовать, человеку нужно очень много. Разумеется, воздух, чтобы дышать. Конечно, хлеб и вода. Нужны одежда и жилище. Чтобы обеспечить себя всем необходимым, человечество вовлекает в хозяйственный оборот массу самых различных веществ и материалов. Основной поставщик их — природа.

Человек и природа. Это одна из актуальных экономических, научных и социальных проблем современности. В наше время нисколько не потеряли своего значения следующие слова Ф. Энгельса: «Мы отнюдь не властвуем над природой так, как завоеватель властвует над чужим народом, не властвуем над нею так, как кто-либо находящийся вне природы… мы, наоборот, нашей плотью, кровью и мозгом принадлежим ей и находимся внутри нее… все наше господство над ней состоит в том, что мы, в отличие от всех других существ, умеем познавать ее законы и правильно их применять».

Всегда ли мы их правильно применяем? Увы, далеко не всегда. Примеров можно было бы привести множество. Ограничусь двумя-тремя.

Мы хорошо знаем, сколько вреда причиняют рекам отходы нефтяных, химических и подобных им предприятий. Они отравляют воду и рыбу ядами, которые в них содержатся. Чего только не сбрасывает человек в водоемы! Роданистый натрий, фенол, соли серной кислоты, целлюлозу, медные и цинковые соли… Что гербициды! В этих мутных потоках они едва ли составляют тысячные доли процента.

Или рубка леса. Для его валки, пиления, вывозки и переработки древесины изобретены сложнейшие механизмы, машины, технологические процессы… Поставьте рядом такую мелочь, как древесная кора. Кора, которая попадает в реки во время сплава леса и выносится, например, в Байкал. Дубильные и прочие химические вещества, содержащиеся в ней, растворяются в кристально чистой байкальской воде и становятся ядом не менее опасным, чем сточные воды целлюлозных заводов. Нескольких десятков миллиграммов коры на кубометр воды достаточно, чтобы убить или отравить икринки знаменитого омуля.

«Ежегодно человечество вырубает десятки миллионов гектаров лесов, — рассказывал мне Арвид Калниньш, академик АН Латвийской ССР. — Но большинство лесных гигантов — кедров, сосен, лиственниц — гибнет впустую. Каждое дерево используется только на треть. Хвоя, ветки, сучья, опилки, стружки и все прочие отходы практически выбрасываются. А ведь эти отходы — золотое дно целой отрасли промышленности, которая пока не существует, но которая должна быть создана.

Вот хвоя. Из нее получается витаминная мука — ценный корм для животноводства.

Затем опилки. На гидролизных заводах из них изготовляют спирт, а заодно получают кормовые дрожжи, сахар.

А кора лиственницы? Превосходное сырье для производства дубителей.

Наконец, стружка и дробленка. Если добавить в эти отходы незначительное количество синтетической смолы или клеящих веществ, то при соответствующей обработке получим нужные нам вещи. Древесно-стружечные плиты, древесные пластики, сделанные из опилок, по своим качествам не только не уступают обычным доскам, фанере, паркетной дощечке, но по многим свойствам превосходят их. Представляете, что значит улучшить использование отходов в лесном деле. Это значит сократить рубку леса, воскресить гигантов, превращенных в горы стружки, опилок и иных отходов».

Размышления старого ученого касаются только одной области. А сколько еще таких гигантов? Отравленная вода и миллионы тонн гуза-паи — стеблей хлопчатника, которые могли бы стать ценным сырьем для целлюлозной и гидролизной промышленности, а пока служат рассадником болезней хлопчатника…

Микробиологическая промышленность рождается на наших глазах. И зарождается она как раз на основе использования самых различных отходов сельского хозяйства и индустрии. Маленькие существа — карлики — оказались способными на великие дела.

Микроорганизм обладает свойством к «сверхсинтезу». Витамин B₂ — рибофлавин, необходимый каждому организму, — содержится в клетках в микроскопической дозе. Сотые доли процента. Но в природе есть грибок, который синтезирует рибофлавин. Он накапливает в клетках и в окружающей их среде до 20 процентов витамина. Ясно, что такое свойство микроорганизмов не должно было пройти мимо внимания и ученого и хозяйственника. Грибок этот взят на вооружение микробиологами.

Самая примечательная черта одноклеточных существ — их невероятная прожорливость и неразборчивость в пище. Они не пренебрегают даже ядами. Воск, нафталин, бензол, серная кислота и карболка (тот самый фенол), которая, казалось, убивает все живое, — все им годится. Если в минеральный раствор карболовой кислоты бросить комочек почвы, то через несколько дней жидкость замутится. На ней появится пленка. Капля ее, помещенная под микроскоп, покажет множество бактерий. Карболка пошла им впрок!

Естественный вывод: применить бактерии для очистки. Так и делают. На металлическом комбинате в Темиртау я видел установку для биохимической очистки сточных вод. Сотни тысяч кубометров ядовитой жидкости, поступающей в отстойники, быстро перевариваются микробами. Вода эта негодна для питья, но достаточно чиста, чтобы возвратиться в производство.

Карлики-ассенизаторы ежеминутно осуществляют свое благо и в природе. Зеленые водоросли морей, океанов, рек и озер — это настоящие фабрики кислорода. Ежегодно они выбрасывают в окружающее нашу планету пространство 3,6 · 10¹¹ тонн кислорода. Практически они и формируют воздух, которым мы дышим. Девять десятых кислорода, поступающего в атмосферу с поверхности листьев зеленых растений и из океана, поставляются в нее зелеными водорослями.

Особый класс микроорганизмов — кормовые дрожжи. Они помогают обогатить пищу животных жизненно важными кислотами, которых недостает в растительных кормах. Производство дрожжей базируется тоже на отходах лесной и бумажной промышленности. В ближайшие пять лет оно должно возрасти в 10 раз.

Умение микробов использовать для своего питания и синтеза необходимых вам веществ отходы позволяет включить в повестку дня вопрос о создании микробиологической индустрии. Это молодая промышленность станет со временем конкурентом химической и пищевой промышленности.

Сегодня мы знаем до 1000 индивидуальных химических реакций, осуществляемых микроорганизмами. Важнейшие типы этих реакций — окисление, восстановление, аминирование, образование гликозидов, ацетилирование, этерификация, гидролиз, конденсация. Этот перечень не очень понятных названий говорит очень многое специалисту. И прежде всего о возможности сочетания микробиологических и химических методов.

Вещества, выработанные микробами, могут послужить материалом для дальнейшего химического синтеза. Скажем, из сброженной сорбозы можно синтезировать витамин C.

Коллекции живых культур перестанут быть музейной редкостью. В каждом крупном микробиологическом институте будут собраны тысячи образцов микробных культур. Для разных надобностей, для осуществления разных биохимических реакций. Каждая такая коллекция будет складом живых химреактивов. Отсюда станут черпать исходное сырье для выполнения очередного заказа синтетической промышленности.

Мы пока почти не касались проблем приложения современной физики, химии, биологии к миру животных. А ведь здесь ученых волнуют те же самые проблемы, что и в мире растений.

Если мы начнем перечислять их, то волей-неволей повторим многие заголовки и темы этой книги.

Защита животных от их врагов — насекомых, болезнетворных бактерий и вирусов. Их лечение и поиски средств, предупреждающих заболевания.

Применение стимуляторов роста и плодоношения.

Антибиотики, гормоны, ферменты, витамины и микроэлементы на службе животноводства.

Регулирование биологических процессов в живом мире.

Выведение новых пород скота, птицы и других организмов путем отбора и гибридизации.

Проблемы те же. И наука занимается ими с такой же настойчивостью и размахом, как и в мире растений. Но исследования в этой области — и у нас в стране и за рубежом — начались много позже, по существу только в последние годы. Число «белых пятен» на этой карте науки так велико, что проложить по ней точный маршрут пока довольно трудно.

Наибольший эффект человек пока получает, когда активно и разумно вмешивается в процесс кормления сельскохозяйственных животных. Не случайно, скажем, говорится, что у коровы молоко на языке. Потому и экспериментальная биология прежде всего стремится разработать стройную теорию кормления. Вроде бы здесь многое ясно. Опыт животноводства насчитывает тысячи лет. Однако при глубоком проникновении в суть дела наука на каждом шагу и в этой области делает новые открытия.

Некоторых уточнений потребовала и приведенная выше поговорка.

Отступление шестое. Из микромира — в космос, из космоса — в микромир.

Середина XX века — время трех великих штурмов.

Атомное ядро. Космос. Живая клетка. Вот три крепости, три фронта, перед которыми развернуты армии современной науки.

Человечеству стало тесно в своей колыбели — на своей планете. Оно рвется в космос, не забывая, конечно, о земных делах. На карте Земли почти не осталось «белых пятен». Но сверху виднее. И всегда полезно посмотреть на знакомые вещи сторонним взглядом. Увидеть их целиком, а не по частям.

Почти не осталось «белых пятен» и на карте атома. Но штурм микромира продолжается, ибо и его мы знаем пока по частицам.

А знание микромира человеку совершенно необходимо именно в космосе. Его встречают там пояса радиации, космические лучи. Не опасен ли для человека поток этих лучей — частиц микромира, несущихся в космосе с убийственной скоростью? Как велик он? Достаточно ли надежна защита? Выяснить эти вопросы космической науке помогают все остальные земные науки. В том числе микробиология. Вспомним первые искусственные спутники. На них находились высокочувствительные бактерии — так называемые лизогенные, способные реагировать на малые дозы ионизирующей радиации (до 1 рентгена) путем образования и выделения бактериофагов. Под влиянием даже небольших доз рентгеновского или ультрафиолетового облучения лизогенные бактерии приобретают способность к повышенной продукции бактериофагов. С помощью специальных методов можно затем точно определить число пораженных бактерий, образующих эти фаги. Так устанавливается наследственная реакция (повышенная лизогенность) бактерий в ответ на действие внешних факторов. Вот почему эта модель была использована в качестве биологического индикатора, по которому можно судить о вредности и генетических последствиях радиации в малых дозах во время пребывания живого существа в космическом пространстве.

Космос не остается в долгу. Он помогает земной науке разрешать ее проблемы — перспективные и весьма будничные.

Космонавт Герман Титов брал с собой в полет некоторых представителей живого микромира. Среди них была скромная водоросль хлорелла, которая пока мало привлекала внимание исследователей.

Хлорелла! Мир сразу запомнил это слово в день, когда одноклеточная водоросль впервые взлетела в космос. Ученые возлагают большие надежды на это крошечное растение. И вот почему. Хлорелла интенсивно поглощает углекислоту, выделяя взамен кислород, — свойство, очень важное для будущих космических кораблей и современного городского хозяйства. При желании, меняя температуру, свет, условия питания водорослей, можно заменять их состав. Можно, к примеру, увеличить процент жира в хлорелле до 85! Или же сделать ее сахарной на 40 процентов. Но разве только в космосе могут пригодиться эти свойства?

— Приземлить хлореллу! Использовать ее для нужд рыборазведения, животноводства и даже… ассенизации — вот проблемы, которые волнуют нас сегодня, — говорил мне академик Академии наук Узбекской ССР А. Музаффаров. — Речь идет о культуре, которая приносит урожай непрерывно и круглый год. О культуре, которая содержит все необходимые для живого организма питательные вещества — белки, жиры, углеводы, минеральные соли и полный комплект витаминов — от А до PP. О культуре, которая может давать до ста тонн зеленой массы с гектара, а при определенных обстоятельствах еще больше.

Институт ботаники Академии наук Узбекской ССР разработал метод массового культивирования зеленых водорослей в специальных бассейнах. На откормочном пункте под Ташкентом проведены испытания хлореллы на корм животным. Результат? Отличный! Привес крупного рогатого скота увеличился на 22 процента, прирост свиней — на треть. В чем же секрет? Ученые считают, что хлорелла — корм не простой, а белково-витаминный.

Возьмите очень острую для животноводства проблему белков. Их не хватает. В кукурузном силосе, например, белок вообще-то есть (в виде протеина), но он почти непереварим. А протеин хлореллы состоит как раз из тех десяти аминокислот, которые обязательно должны присутствовать в пище.

Или витамины. Важность их для питания животных доказана. Недостаток провитамина А — каротина — вызывает гибель новорожденных телят и поросят. Не хватает витамина B₁ — животные теряют аппетит, быстро истощаются и болеют. В хлорелле содержится 13 витаминов. А каротина (от слова «каротт» — «морковь») в 5 раз больше, чем в люцерне, и столько же, сколько в самой моркови!

Наука усиленно ищет и создает биогенные стимуляторы. Так называют вещества, которые предохраняют животных от заболеваний, способствуют их нормальному развитию и быстрому росту. О них нужен разговор особый. Сейчас же заметим, что биогенные свойства хлореллы несомненны. Внедрение в сельское хозяйство маленькой космической путешественницы будет способствовать успешному выполнению наших земных задач.

Однако вернемся на землю.

Итак, отчего киснут коровы?

Из всех питательных элементов наибольшим спросом животных пользуется азот. Почему? Азот — это белок. А белок — это мясо. На изготовление его идет двадцать с небольшим аминокислот. Девять из них называются незаменимыми. Птицы, свиньи и другие одножелудочные животные не могут их сами синтезировать из кормов. Поэтому их надо добавлять непременно в пищу животным, иначе они погибнут.

У коровы жизнь проще. В ее желудочке есть особый «цех» — рубец. И в этом цехе трудятся химики особой квалификации — микроорганизмы. Они перерабатывают сырые и грубые «полуфабрикаты», поступающие вместе с кормом в желудок, и превращают их в «готовую продукцию». Даже из мочевины — карбамида — они способны синтезировать нужные организму аминокислоты.

Однако естественные корма весьма небогаты азотом. В кукурузе не хватает метионина, в жмыхе подсолнечника — другой аминокислоты, лизина. Вот почему корова с трудом наедается досыта, хотя жует целый день. В погоне за азотом она не отказывается и от карбамида и старается съесть побольше силоса. Кукурузный силос к концу зимы часто прокисает. Чем больше съедает его животное, тем больше «закисает» и оно само. Это сказывается и на здоровье животного и на качестве его мяса.

Вылечить такое животное нетрудно. Достаточно подбросить в корм бактерии, которые уменьшают кислотность среды в его желудке.

Но, как известно, лучше предупредить болезнь, чем бороться с ее последствиями. Значит, надо включить в рацион коровы необходимый белок. Еще острее в нем нуждаются цыплята и поросята.

Проблема белка в животноводстве и птицеводстве — это проблема № 1. Дать животным больше белка — это значит получить больше мяса, а заодно сберечь много кормов.

Решить эту проблему помогают те же чудесные живые «палочки».

Каждый микроорганизм — это крохотная фабрика белка. Она сама вырабатывает аминокислоты, необходимые для построения белковой молекулы. В клетках микрококуса-глютамикуса, например, синтезируются метионин, гомосерин, треонин и лизин. Сколько? Вот самый важный вопрос. Один грамм бактерий производит всего одну сотую грамма лизина. С точки зрения хозяйственника такая «фабрика» нерентабельна. К тому же она выпускает продукцию, которая нам не очень нужна (гомосерин и т. д.).

Как перестроить «технологический процесс» — заставить бактерию «специализироваться» на одном лизине и резко увеличить его производство?

Задача эта была решена коллективом физиологов, генетиков, химиков и физиков, работавших в Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова под руководством доктора биологических наук С. И. Алиханяна.

Поразительная жизнестойкость микроорганизмов давно замечена. Некоторые из них могут годами сохраняться в высушенном состоянии, переносить стоградусную жару, морозы до минус 185 градусов, давление в 6 тысяч атмосфер и убийственные дозы радиации — в 100 000 рентген!

Последнее обстоятельство особенно заинтересовало микробиологов.

Что такое селекция? Отбор наиболее жизнеспособных. Радиация убивает все живое. Но, очевидно, есть индивидуумы, которые выдерживают бóльшую дозу, чем их собратья. А раз так, значит, они наиболее жизнеспособны. И атомная радиация (в сочетании с другими методами) стала инструментом селекции.

Из мириад микроорганизмов, подвергшихся облучению, уцелели единицы. Они стали родоначальниками производства «атомного лизина». Новые штаммы микрококуса-глютамикуса в две с половиной тысячи раз продуктивнее обычных! Вместо одной сотой грамма они производят на литр питательного раствора уже 25 граммов!

Пластмассовые пакетики с желтым порошком отправляются из курчатовского института по разным адресам. В Институт питания — для дальнейших исследований и поисков. На Братцевскую птицефабрику — по прямому назначению. Прибавка долей грамма лизина к суточному рациону цыплят ускоряет их рост на 20 процентов.

Но чтобы получать полезные микроорганизмы в промышленных масштабах, их тоже надо чем-то кормить. Академик Имшенецкий считает наиболее перспективным методом выращивание микробов на нефтяных и газообразных углеводородах. Запасы этого «корма» огромны, а стоимость невелика.

Уже открыты особые породы микроорганизмов, вырабатывающие из нефтепродуктов не только белок, содержащий и лизин и метионин, но и витамины роста — рибофлавин и пантотеновую кислоту. Производительность их колоссальна. Бык весом в полтонны, находясь на пастбище, прибавляет в весе полкилограмма (в переводе на чистый белок) в сутки. Масса микробов весом в полтонны синтезирует за это время 1250 килограммов белка!

Способность микроорганизмов к сверхсинтезу может быть прирожденной. Производственные расы пропионовокислых бактерий образуют в 100–200 раз больше витамина B₁₂ (речь о нем пойдет ниже) по сравнению с другими бактериями.

Поиски активных форм микроорганизмов в естественных природных условиях нередко приносят удачу ученому. Но вероятность удачи микробиолога в этом случае можно сравнить с вероятностью удачи селекционера, ищущего среди тысяч сеянцев нужный ему экземпляр. Его может и не оказаться в природе. Не найдя искомого образца, селекционер обращается к гибридизации и другим испытанным методам направленного воздействия на организм. Современные микробиологи все чаще следуют этому примеру.

Химический препарат рождается, как правило, дважды. Сначала — когда его в первый раз синтезируют или открывают. Второй раз — когда находят простой и экономичный способ производства.

Производство спирта из патоки — дело не новое. Известно, что сбраживание сахара производят дрожжи. Но эти «спиртогоны» не очень активны. Они превращают в спирт только один из сахаров, входящих в состав патоки, — рафинозу. Раса «Я» сбраживает рафинозу всего на треть. Другие расы спиртовых дрожжей действуют на другие сахара.

В лаборатории генетики микроорганизмов Института микробиологии был проделан тончайший эксперимент — скрещивание микробов. Его цель — получить гибрид, объединяющий в себе полезные свойства разных рас.

Микроманипулятор с необычайной осторожностью извлек споры (семена) дрожжей и поместил их в микрокапли солодового сусла. Чтобы получить гибрид, нужно было добиться слияния (копуляции) ядер двух различных организмов. 598 пар спор скрестила О. Г. Раевская. И только в двух из 598 опытов произошла копуляция. Образовались всего две гибридные клетки. Шестьдесят седьмая пара дала гибрид «67». Он вел себя точно так же, как и один из родителей, сбраживая всего треть сахара.

Зато гибрид «68» оказался молодцом — он пошел сразу в обоих предков и превращал в спирт все 100 процентов сахара, входящего в патоку!

Активность микроорганизмов можно повысить и другими методами. Микробная клетка легко приспосабливается к переменам и перестраивает свою деятельность применительно к окружающим условиям.

Классические работы К. Нейберга еще полвека назад показали, насколько гибок жизненный механизм живых карликов. Изучая химизм спиртового брожения, Нейберг искажал его. Он добавлял в среду различные вещества, чтобы посмотреть, как среагируют в каждом случае дрожжи. Исследователь открыл пять различных форм брожения. Добавляя в культуру дрожжей сульфит или щелочи, он вдруг обнаружил, что они интенсивно вырабатывают глицерин, который при нормальном брожении образуется в ничтожных количествах как побочный продукт. Это открытие легло в основу промышленного производства глицерина.

Один и тот же грибной организм в разных условиях ведет себя по-разному. В одном случае он синтезирует ферменты, в другом — лимонную кислоту, в третьем — антибиотики. Интенсивность его тоже зависит от условий, в каких он культивируется.

Мы помним, как дорого стоил пенициллин, когда он только появился. Да и достать его было трудно, ибо этот препарат выпускался в ничтожных количествах. Причиной тому была слабая активность диких предков пенициллина — всего 10–20 единиц.

Современные производственные штаммы грибов пенициллиум образуют около 10 000 единиц антибиотика. И стоит он копейки. Это достигнуто благодаря упорной работе целого отряда ученых, занимающихся селекцией микроорганизмов. На их вооружении — радиационная селекция и генетика, ультрафиолетовые лучи, химические и другие методы направленного воздействия на наследственность микробов.