Книга: Следопыты в стране анималькулей

Чудеса без чудес

В Северной Африке по правому берегу Нила тянется цепь невысоких известняковых гор. Весь этот известняк создан в незапамятные времена микроскопическими жителями моря и со временем превратился в прочный камень — великолепный строительный материал.

Несколько тысяч лет назад жители Египта уже пользовались известняком для сооружения храмов, дворцов, гробниц и памятников.

От зари до зари тысячи рабов, изнемогая от усталости, выламывали из гор огромные каменные глыбы. Тысячи рабов волоком тащили камни по укатанной дороге к месту строительства.

Работа шла медленно. Но проходили годы, десятилетия, и под палящими лучами южного солнца все выше и выше поднимались остроконечные вершины гигантских пирамид, вечных надгробий владыкам Египта — фараонам.

Как-то, проникнув в потайные залы одной из больших пирамид, ученые обнаружили там рисунки, изображающие способ приготовления виноградного вина.

Безвестный художник изобразил на камне, как в те времена собирали виноград, как его давили ногами, как отделяли сок от раздавленных ягод.

Конечно, в те времена, когда египетский художник расписывал стены пирамиды, никто не подозревал об истинных причинах брожения. И все же люди издревле научились делать вина разного вкуса, цвета и аромата: красные и белые, кислые — столовые и сладкие — десертные. Качество вин объясняли лишь сортами винограда и различием в способах приготовления.

Только после открытий Луи Пастера поняли, что решающая роль в виноделии принадлежит дрожжам, тем самым микроскопическим живым шарикам, которые поднимают тесто и вместе с молочнокислыми бактериями готовят для нас кефир и кумыс, квас и сыр.

Оказалось, что в произвольном брожении виноградного сока тоже нет ничего чудесного. Дрожжи находят сладкий сок повсюду только потому, что они широко распространены в природе.

Летом дрожжи живут на ягодах и плодах. Клюнет ягоду птица, пробуравит кожицу яблока личинка бабочки плодожорки или поранится оболочка плода при падении на землю — и дрожжи проникают в образовавшиеся отверстия. А там, где есть сладкий сок, дрожжи начинают быстро размножаться и вызывают брожение — разлагают сахар на спирт и углекислый газ.

Размножившиеся дрожжи вместе с остатками плодов попадают в почву и здесь зимуют.

Но вот наступает весна, и дрожжи вновь пускаются в путешествие. Ветром вместе с пылью на теле птиц и насекомых переносятся они на наземные части растений и ждут там своего часа.

Посмотрите когда-нибудь внимательно на гроздь зрелого винограда. Виноградины, налитые сладким соком, особенно красивы благодаря тому, что их поверхность подернута, словно инеем, матовым налетом. Это и есть дрожжи. При раздавливании ягод винограда дрожжи попадают в сусло и принимаются за работу.

Однако естественное брожение не всегда проходит удачно. Вино может получиться мутным или с неприятным привкусом. Это происходит потому, что дрожжи бывают разных видов. Они различаются по величине и форме клеток, по способности сбраживать те или иные сладкие жидкости.

Одни виды дрожжей хорошо размножаются в хлебном тесте, другие — в виноградном соке, третьи предпочитают жить в пивном сусле.

Но даже дрожжи одного и того же вида не всегда одинаковы.

Каждый вид дрожжевых грибков включает в себя несколько пород или, как еще говорят, несколько рас дрожжей.

Ведь в естественной обстановке дрожжи могут попадать в различные условия. Если они неблагоприятны для жизни, дрожжи гибнут, в благоприятных же быстро размножаются. Иногда дрожжи оказываются в подходящих, но непривычных условиях. Тогда дрожжевые клетки постепенно приспосабливаются к изменившимся условиям и сами изменяются — дают новые расы.

Винные дрожжи, выделенные из винограда разных местностей, отличаются не только по внешнему виду, но и по своим свойствам. Приготовленные с помощью таких дрожжей вина имеют особый вкус и аромат. Поэтому, для того чтобы получить хорошее вино, например шампанское или токайское, мало вырастить подходящий сорт винограда. Надо еще иметь дрожжи, обитающие на родине этих вин — во Франции и Венгрии.

Отдельные сорта пива также обязаны своим вкусом, цветом и крепостью разным расам пивных дрожжей, сбраживающих ячменный солод.

Особые расы винных дрожжей хорошо развиваются в соках плодов и ягод. Сбраживая сахар, содержащийся в этих соках, дрожжи превращают их в плодовые и ягодные вина.

Было время, когда умели делать только виноградные вина. Опьяняющее действие вина объясняли тем, что в нем появляется особый «огненный дух».

А нельзя ли его выделить из вина, этот «огненный дух»? Такую задачу поставили перед собой алхимики в средние века. К этому времени люди уже научились перегонять жидкости. Они знали, что вода и многие другие жидкости при нагревании превращаются в невидимый пар, который можно потом охладить. Тогда сгустившиеся пары вновь превратятся в жидкость.

«А что, если выпаривать вино? — решили алхимики. — Не удастся ли таким путем поймать „огненный дух“ вина?»

Мысль оказалась удачной, так как спирт испаряется при более низких температурах, чем вода. Нагревая вино, алхимики получали пары, которые при охлаждении превращались в прозрачную, жгучую на вкус и горящую голубым пламенем жидкость. Это и был «дух вина», который назвали спиртом, от латинского слова «спиритус», что значит «дух».

Вначале спирт применяли только как лекарство от разных болезней. Потом оказалось, что он может найти применение почти повсюду: в медицине и в химии, в научных лабораториях и в промышленности.

Нужда в спирте все росла, и получать его из вина стало невыгодно: ведь виноградное вино само по себе ценный продукт.

Но как получить много дешевого спирта и сохранить виноградные вина?

Выход нашли, когда узнали, что спирт получается в результате распада сахара под воздействием дрожжевых грибков. Значит, спирт можно получить не только из виноградного вина, а из любого продукта, в котором есть сахар или крахмал, который можно превратить в сахар при помощи солода.

Спирт стали вырабатывать из пшеницы, ржи, кукурузы, сахарной патоки, картофеля.

А потребность в спирте все росла. Особенно много спирта стала потреблять химическая промышленность. Это случилось после того, как советские ученые нашли способ получать из спирта искусственный каучук, а из него — резину для покрышек автомобилей и самолетов, изоляционные материалы для электропроводов и много других предметов, необходимых в быту, промышленности и на транспорте.

Нужно было отыскивать новые источники дешевого спирта. Картофель и кукуруза, конечно, доступней и дешевле, чем виноградный сок, но это все же ценные продовольственные культуры. Расходовать их для получения спирта тоже невыгодно.

И вот оказалось, что древесина по своему химическому составу очень близка к сахару. Если древесные опилки обработать крепкими кислотами, то они делаются сладкими.

Дальше все происходит уже в известном порядке: осахаренной древесной массой вскармливают дрожжи, и они разлагают сахар на углекислый газ и винный спирт.

Наша промышленность освоила способ, благодаря которому можно получать из ста килограммов сухой древесной массы до тридцати пяти литров винного спирта.

Запасы сырья, пригодного для переработки в спирт, выросли почти беспредельно. Ведь если спирт можно получать из древесины, его можно добыть также из отходов бумажного производства, из соломы и даже торфа.

Целое море спирта вырабатывают на заводах ежегодно. Весь этот спирт приготовлен дрожжевыми грибками. Из спирта и с его помощью получают сотни и тысячи ценнейших продуктов. Значит, все они также обязаны своим происхождением невидимым работникам природы.

Давным-давно было известно, что слабое виноградное вино, если его оставить бродить, становится кислым, превращается в уксус. При этом на поверхности вина образуется пленка, состоящая из миллиардов палочковидных уксуснокислых бактерий.

Дрожжи непрерывно разлагают сахар на спирт и углекислый газ. Но когда в бродящей жидкости накопится много спирта, то он начинает сдерживать развитие самих дрожжей. Они уступают место уксуснокислым бактериям, которые и разлагают накопленный дрожжами спирт на воду и уксусную кислоту.

Раньше уксус так и готовили: брали молодое виноградное вино и ждали, пока оно скиснет. Но раз уксус получается в результате переработки спирта бактериями, значит его можно добывать не только из виноградного вина, но также из всех тех продуктов, в которых в результате брожения накапливается спирт.

И действительно, уксус теперь получают из пива, яблок, груш, слив, персиков, различных ягод и даже меда.

А для промышленного, ускоренного способа приготовления уксуса используют… обыкновенные древесные стружки.

Большие бочки или чаны наполняют буковыми стружками, которые предварительно заливают уксусом. В уксусе всегда много уксуснокислых бактерий, и они оседают на стружках. Затем в чаны со стружками сливают разбавленный винный спирт. Пока жидкость медленно просачивается сквозь толщу стружек, весь спирт, который в ней содержится, успевает превратиться в уксусную кислоту.

Сверху в чаны добавляют новые порции разбавленного спирта, а снизу постоянно вытекает готовая уксусная кислота. Процесс идет непрерывно и может продолжаться десятки лет.

В зависимости от того, из какого продукта готовится уксус, подбираются соответствующие виды и расы бактерий. Потому что и уксуснокислые бактерии не одинаковы. Они, как и дрожжи, бывают разных видов и рас, с различными свойствами.

При производстве уксуса дрожжи и уксуснокислые бактерии работают раздельно. Сначала дрожжи перерабатывают сахар в спирт, потом уксуснокислые бактерии превращают спирт в уксус.

А иногда дрожжи и уксуснокислые бактерии работают совместно или в содружестве с другими бактериями и плесневыми грибками.

Многим, наверное, приходилось пробовать чайный квас. Это продукт жизнедеятельности чайного, или японского, гриба, который в виде толстой морщинистой пленки разрастается на поверхности сладкого чая. Только на самом деле это вовсе не гриб, а миллиарды уксуснокислых бактерий и дрожжей. В сладком чае они прекрасно уживаются. Дрожжи вырабатывают из сахара спирт, а уксуснокислые бактерии превращают часть спирта в уксус. В результате и получается приятный на вкус напиток.

В Японии издавна научились использовать «дружбу» дрожжей с одним плесневым грибком, научное название которого довольно мудреное — аспергиллюс оризе.

Грибок этот может заменить солод, так как быстро осахаривает крахмал. А вместе с дрожжами он участвует в приготовлении рисовой водки — сакэ. Грибок осахаривает рисовый крахмал, а дрожжи сбраживают сахар в спирт.

Есть еще в природе грибки — амиломицеты, которые способны работать «по совместительству». Сначала грибки осахаривают крахмал, а потом сами же сбраживают сахар в спирт.

Проникая все дальше и дальше в страну невидимок, ученые встречали там новые микроорганизмы с еще не известными свойствами. Многие из них оказались способными производить ценные продукты, которые раньше были очень редкими или добывались с большим трудом.

Лимонную кислоту в прошлом получали из сока лимонов. Но лимонные деревья живут только на юге, растут медленно и требуют тщательного ухода. А для того чтобы выделить из сока лимонов кристаллы лимонной кислоты, надо было еще затратить немало труда.

И вот в конце прошлого века нашли микроскопический плесневый грибок, сбраживающий сахар в лимонную кислоту. Казалось, проблема была решена. Нужно только иметь под рукой сахарный раствор и чудесный грибок, а все остальное он сделает сам. Лимонную кислоту можно будет получать везде, в любом количестве.

Так думали, но не так получилось в действительности.

Когда на сахарном растворе разводили грибок, он безотказно производил лимонную кислоту, но… сам же и поедал ее. Оказалось, что лимонная кислота — это пища, которую грибок готовит для себя, сбраживая сахар.

Как тут быть? Никто не знал этого. А между тем фабриканты — владельцы предприятий, вырабатывающих лимонную кислоту из сока лимонов, — торжествовали. Страшный конкурент из мира микробов, казалось, потерпел решительное поражение.

Но вот в конце прошлого века этой проблемой заинтересовался Сергей Павлович Костычев. И вскоре он нашел способ, как «обмануть» плесневый грибок — заставить его производить лимонную кислоту, но не пользоваться ею как питательным продуктом. Для этого оказалось достаточным изменить режим и температуру брожения.

В нашей стране есть специальные заводы, где лимонную кислоту вырабатывают при помощи плесневых грибков. Теперь даже из обычной картошки получают вдвое больше лимонной кислоты, чем из лимонов. Для того чтобы вырастить лимонные деревья, нужно несколько лет, а при помощи грибков можно любое количество лимонной кислоты получить в течение пяти дней.

Лимонная кислота применяется в пищевой промышленности, при окрашивании тканей, в фотографии и медицине.

В дальнейшем были найдены и такие грибки-химики, которые образуют яблочную, щавелевую и некоторые другие кислоты. Грибки эти «взяли в плен», проверили их в лабораторных условиях, «приручили» и также заставили работать на человека.

Если масло хранить дома в неподходящих условиях, оно портится, приобретает прогорклый вкус. Это всегда неприятно. А на складах иногда портятся тонны масла. Это уже бедствие.

Масло портится потому, что в нем в результате деятельности сообщества различных микробов накапливается горькая масляная кислота. Она же часто портит силос в силосных башнях.

Однако некоторые соединения этой кислоты напоминают своим ароматом хорошие яблоки, груши, ананасы, клубнику и другие душистые фрукты и ягоды.

И вот, казалось бы, очень вредные микробы стали полезными. Всей компанией их выделили из масла, очистили от посторонних микроорганизмов и заставили работать на заводах. Маслянокислые микробы вырабатывают масляную кислоту, но, конечно, не из масла, а из более дешевого сырья: картофеля, зерна, отходов сахарного производства.

Соединения масляной кислоты применяются при производстве духов, туалетного мыла, конфет, фруктовых вод, искусственного рома.

Переселились на заводы и молочнокислые бактерии — прославленные защитники молочных продуктов от гнилостных микробов.

На заводах молочнокислые бактерии вырабатывают молочную кислоту, потребность в которой все растет. Ведь без нее не отпечатаешь рисунка на ситцевой ткани, не придашь необходимой мягкости кожам для обуви, не приготовишь многих лекарств в аптеках.

А глицерин, который раньше получали только из жира животных, теперь можно в любом количестве добыть с помощью микробов из осахаренного крахмала.

Еще Луи Пастер заметил, что при брожении сахара дрожжи вырабатывают не только спирт, но и глицерин. И вот, изменив условия брожения, добились того, что дрожжи стали накапливать глицерин в большем количестве. Есть заводы, где из сахара или крахмала дрожжи готовят и спирт и глицерин.

Многим знаком резкий, характерный запах кинопленки. Это запах ацетона — ароматической летучей жидкости. Ацетон применяется во многих отраслях химической промышленности, в кинематографии, для производства лаков и взрывчатых веществ.

Ацетон можно получить химическим путем. Но можно делать его и при помощи микробов. Есть особые ацетоновые бактерии, которые готовят ацетон из кукурузной и ржаной муки и даже картофеля. При этом получается не только ацетон, а еще один ценный продукт — бутиловый спирт, который необходим в производстве искусственного каучука.

Так работают невидимки на химических заводах. А если вы выйдете за ворота промышленных предприятий, то вновь на каждом шагу увидите следы деятельности наших друзей — полезных микробов.

Быть может, завод стоит на берегу реки. Тогда обратите внимание на воду — она грязна, покрыта сверху какими-то жирными радужными пятнами, дурно пахнет.

Ведь заводы строятся обыкновенно на окраине городов и населенных пунктов. Река принимает в себя много городских отбросов и сильно загрязняется. В ней всегда много бактерий, в том числе и болезнетворных. А на окраине города в реку стекают отработанные воды металлургических, коксобензольных и химических заводов. И без того грязная, зараженная вода покрывается пленками нефти, в нее попадают карболка, нафталин, бензол, салициловая кислота и другие ядовитые вещества.

Казалось бы, все живое должно погибнуть в такой реке на всем ее протяжении. Но спуститесь вниз по течению. Вы увидите, как постепенно исчезают с поверхности воды радужные пятна нефти, куда-то девается муть, взвешенная в толще воды. Всего несколько километров ниже по течению, а вода в реке уже вновь пригодна для питья: она утратила резкий запах карболки, стала чистой и прозрачной.

Что же случилось? Каким образом произошло самоочищение воды в реке?

Оказывается, и в этом случае потрудились полчища крошечных санитаров — микробов.

Бактерии деятельно разлагают все органические остатки, попадающие в реку с городскими сточными водами. Кусочки растительной и животной ткани, остатки пищи — все превращается в простые минеральные соли.

А когда в воду попадают сточные воды заводов, ими занимаются другие бактерии, для которых даже карболка, нафталин, керосин, парафин, нефть, бензол и салициловая кислота — лакомая пища.

Вода очищается от грязи и вредных примесей, а вместе с тем иссякают и запасы пищи для бактерий. Они либо гибнут сами собой, либо попадают на обед инфузориям, амебам и другим простейшим обитателям пресных вод. Эти великаны мира невидимок истребляют также болезнетворных бактерий, попавших в реку вместе с городскими сточными водами.

Но вот мы удаляемся в сторону от речных берегов и попадаем на колхозные и совхозные поля. На полях убирают лен. Стебли льна расстилают на земле рядами, под открытым небом. Это делается для того, чтобы под влиянием росы и дождя, тепла и света льняные волокна в стеблях отделились от кожицы и древесины. Конечно, ни роса, ни дождь, ни тепло сами по себе этого не сделают. Они лишь необходимые условия для развития свето- и воздухолюбивых микробов.

Быстро размножаясь на льне, микроорганизмы прежде всего разрушают вещества, которые склеивают льняные волокна, а сами волокна остаются неповрежденными. Стебли льна после этого уже легко расчесать и превратить в пряжу.

То же самое, только гораздо быстрее, происходит при замачивании стеблей льна в воде рек и прудов. Но здесь уже работают другие микроорганизмы, не нуждающиеся в кислороде воздуха.

Замачивание льна производят также в заводских условиях. При этом применяют закваску из чистых культур микроорганизмов. Закваска представляет собой сухой порошок, содержащий споры бактерий, разлагающих части льняных стеблей. Чтобы оживить бактерии, порошок разбалтывают в воде и вносят в чаны, где замачивается лен. Применение таких заквасок улучшает качество льняного волокна — прославленного шелка севера.

Оглянитесь вокруг. Повсюду работают микробы, повсюду следы их замечательной деятельности. Они даже работают в партиях геологов-разведчиков, помогают отыскивать подземные клады.

Там, где в недрах земли залегает нефть, всегда есть и нефтяные газы, образуемые бактериями, живущими в нефтяных пластах. Даже по самым мельчайшим трещинкам в горных породах газы просачиваются из недр к поверхности земли. И вот тут-то, на месте выхода газов, образуются скопления других бактерий, для которых эти газы — жизненно необходимый продукт.

Выделения нефтяных газов помогают геологам отыскивать залежи нефти. Но обычно газов выделяется так мало, что их трудно отыскать даже с помощью специальных приборов. А бактерии найдут эти газы всегда. Скопления этих бактерий отыскать легче. Они «укажут» места выделения газов, а газы поведут геологов к подземным кладовым нефти.

Нефтяной газ сильно сжат давлением земных слоев и, в свою очередь, давит на нефть. Когда нефтяники бурят скважины к залежам нефти, она под напором газа устремляется вверх и выносится на поверхность. Проходит некоторое время, и нефти в залежи становится все меньше и меньше. Давление внутри земных слоев, а следовательно, и напор газа ослабевают, нефть уже не поднимается по скважине. Добывать ее становится трудно, а иногда и совсем невозможно.

Вот если бы газа было больше, он продолжал бы вытеснять нефть, и тогда многие истощенные скважины могли бы снова давать жидкое золото.

Но ведь нефтяной газ — продукт жизнедеятельности бактерий. Нельзя ли заставить их работать более активно?

Исследовав бактерий, живущих в нефтяных пластах, советские ученые решили и эту задачу. Если ввести в скважину специальные питательные вещества, то газообразующие бактерии будут размножаться очень быстро. Это, в свою очередь, приведет к ускоренной выработке газа, а значит, повысит давление в нефтяных пластах.

Такие опыты уже проводятся учеными в нефтяных районах Второго Баку.

Страна невидимок — это поистине «страна чудес». А ведь микробиология, изучающая эту страну, — еще молодая наука, она делает, по существу, только первые шаги. Сколько же предстоит ей еще открыть нового и чудесного!