Книга: Происхождение растений

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ БАКТЕРИЙ

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ БАКТЕРИЙ

Мы уже говорили, что среди бактерий можно указать такие, которые организованы проще, чем какое бы то ни было другое живое существо. Они так мелки, что проходят через тончайшие фильтры, невидимы или почти невидимы при самых сильных увеличениях и проявляют себя только способностью вызывать вокруг себя определенные химические превращения и, кроме того, способностью размножаться с большой быстротой.

Те из бактерий, которые при этом не нуждаются для своего питания ни в каких других животных и растениях и существуют за счет химических реакций, вызываемых ими в растворах газообразных и минеральных веществ, называются хемотрофными.

Они-то в настоящее время и вызывают в нашем уме представление о первичном их зарождении на Земле, еще лишенной условий, необходимых для жизни обычных растений и каких бы то ни было животных. Последние безусловно нуждаются в наличии вокруг них каких-то других организмов, вырабатывающих углеводы, жиры и белки, составляющие их пищу.

Палеонтология не противоречит нашим теоретическим представлениям в этом вопросе. Один из наиболее древних остатков живых существ — это так называемые железобактерии железных руд в верхнеальгонских слоях Северной Америки. Железобактерии и в настоящее время живут в ключах, вытекающих из земли и содержащих в растворе значительное количество солей закиси железа. Окисляя эти соли в соли окиси и отлагая, как отработанный материал, вокруг себя гидрат окиси железа, эти бактерии понемногу образуют значительные скопления железа и могут накопить достаточное его количество для образования железных руд.

Альгонские слои относятся к более новым кристаллическим сланцам архейской группы. В несколько более поздних отложениях таких сланцев во Франции (Бретань) были найдены скелеты корненожек, организмов, близких к амебам, в современных своих представителях живущих в илах мореного дна. В более старых отложениях не найдено никаких следов жизни. Таким образом, указанные только что остатки железобактерий древнее всех других остатков жизни. Между тем среди хемотрофных бактерий они далеко не простейшие, и надо думать, что от появления на Земле первых живых существ и до времени отложения слоев, содержащих их остатки, прошел не один миллион лет, ибо слои кристаллических архейских сланцев очень толсты.

Вопрос о происхождении бактерий осложняется тем, что среди них есть такие, которые произошли, по всей вероятности, путем опрощения более сложных организмов. Так, серные бактерии из рода Beggiatoa очень близки к окрашенным, имеющим хлорофилл водорослям осцилляриям, а живущие в крови высших животных бактерии спирохеты, может быть, даже животного происхождения.

Дело в том, что образ жизни бактерий-паразитов способствует упрощению организации благодаря своему однообразию и делает сходными организмы, различные по своему происхождению.

Кроме железобактерий, в альгонских слоях Северной Америки были найдены еще бактерии микрококки, жизнь которых связана с отложением известняков. В более поздних слоях бактерии встречаются все чаще, но здесь они уже чаще связаны с процессами гниения растительных остатков, чем с минеральными процессами. В слоях палеозойской группы были найдены серные бактерии, микрококки и бациллы.

Когда развилась растительная и животная жизнь, то легкость питания органическими веществами, понятно, способствовала развитию бактерий, питающихся за счет животных и растений. Последними то времени появления должны быть те бактерии, которые являются паразитами человека и погибают вне человеческого организма.

Для более отчетливого представления о бактериях дадим группировку ныне живущих бактерий в систему. Прежде всего они делятся на две основные группы: настоящие, или простые, бактерии и нитчатые бактерии.

I. Настоящие, или простые, бактерии (Eubacteria или Нарlobacteria). Одноклетные, шарообразные или палочкообразные бактерии, выделяющие обильную слизь, благодаря которой они объединяются легко в колонии в форме пленок, дисков, шаров, цепочек или нитей. В молодом возрасте они по большей части имеют органы движения, реснички или жгутики. При неблагоприятных условиях образуют внутри клеток споры. Клетки бесцветны, и если протоплазма их образует пигменты, то эти пигменты отлагаются вне клеток (пигментные бактерии, колонии которых имеют красную, фиолетовую, желтую, синюю или зеленую окраску).

1. Семейство кокковых бактерий. Отличается шарообразными клетками. Сюда принадлежат самые мелкие бактерии. Роды: стрептококк, микрококк, сарцина и планококк.

2. Семейство бацилл. Цилиндрические или палочкообразные формы. Роды: бактериум, бациллус, псеудомонас и астазия.

3. Семейство спирилловых. Одиночные более и менее изогнутые клетки, от формы слегка изогнутой запятой до настоящей спирали. Роды: спириллум и спирохета.

II. Трихо- или десмо-бактерии (Trichobacteria или Phycobacteria, Desmobacteria). Нитчатые формы, причем отдельные клетки располагаются внутри плотного студенистого футляра,

1. Семейство Rhodobacteriacea — пурпурные бактерии, протоплазма которых развивает в себе пигмент розового, пурпурного или фиолетового цвета с помощью пигмента бактериопурпурина; кроме того, обычно в их протоплазме отлагаются еще зернышки серы.

2. Семейство Beggiatoaceae, род беггиатоа или беджиатоа, клетки которого соединены в плотные нити, изгибающиеся три движении, и содержат в своей протоплазме обильные отложения зернышек серы. Это так называемые серобактерии, разрушающие сероводород и очищающие воду, испорченную процессами гниения.

3. Семейство Chlamydobactericeae — хламидобактерии. Клетки находятся в плотных чехлах, образуя простые или вильчато-ветвящиеся нити. Роды: кладотрикс и лептотрикс.

Кроме того, к бактериям относят еще семейства: 1) микобактерий, или актиномицетов, представители которых обнаружены в корнях некоторых палеозойских растений; 2) миксобактерий, которые дают нечто вроде плодовых тел, и 3) спиротриховых, куда относится характерная спиральная железобактерия галионелла.

Деление бактерий по физиологическим и биохимическим их особенностям на хемотрофные, сапрофитные и паразитные было гораздо более определенным и ясным, чем морфологическая их система. Ясно, что хемотрофные бактерии, способные, хотя бы в некоторых случаях, строить свою жизнь исключительно за счет неорганического мира, первобытнее, чем сапрофиты и паразиты, зависящие часто от высокоорганизованных животных и растений. Морфологически примитивнейшими бактериями являются микрококки, но среди них есть и хемотрофы, и сапрофиты, и паразиты. Физиологическое деление не совпадает с морфологическим. Действительно простейшими являются, конечно, те бактерии, которые одновременно просты и физиологически и морфологически, т. е. хемотрофные микрококки, например, микрококки, принимающие деятельное участие в круговороте углекислого кальция.

Дальнейшее опрощение приводит нас к невидимым образованиям типа бактериофага или «живого жидкого заразного начала» Бейеринка, а еще дальнейшее — к вопросу о возникновении органических катализаторов-энзимов. Ферворн еще в 1903 г., выступая с мало обоснованной гипотезой биогена, т. е. единого энзиматичеекого вещества, вызывающего все реакции жизни, должен был согласиться, что прижизненный обмен веществ представляет собою цепь энзиматических реакций. Синтез энзимов — едва ли не основная задача, которая стоит перед химией на пути к разрешению загадки, чем отличается живой белок от запасного, протоплазма зародыша от того запаса протеиновых веществ, который ему обычно сопутствует. Бактерии с их ничтожными морфологическими различиями нередко различаются только своими энзимами, например, бактерии, разжижающие и не разжижающие желатину, на которой их культивируют.

Благодаря своей большой пластичности, своей способности изменять вырабатываемый ими набор энзимов в соответствии с тем сырьем, которым они питаются, большинство бактерий и сейчас обладает выдающейся возможностью приспособления к изменчивой внешней среде. Они не только не вымирают, но наоборот, в течение всей истории жизни на Земле овладевают все новыми и новыми источниками питания.

А. А. Рихтер, пользуясь методом Виноградского для прямого микроскопического учета микробов в почве, получил следующий подсчет: «лесная почва заключает в грамме около 3 млрд. индивидуумов, каштановая около 1 1/2 млрд. и песчаная около 1 млрд.». При этом «главной и наиболее постоянной группой почвенных микроорганизмов являются кокки; бациллы преобладают в лесной почве, отходя на задний план в культурной черноземной и песчаной почвах; азотобактеры богато представлены во всех почвах, но особенно много их в почвах культурно-черноземных»[58]. А ведь азотобактер — главный источник вновь связываемого атмосферного азота. Если таковы цифры на 1 г почвы, то сколько же получится особей на почву целого поля и сколько же их будет на общую массу всего поверхностного слоя почвы на всей Земле!

В морях мы также встречаем массы бактерий как на дне мелководий, на остатках отмерших животных и растений и минеральных средах, так и свободно плавающими в воде. В морях Каспийском и Черном вся масса глубинных вод насыщена сероводородом, который, несмотря на присущую газам способность к быстрой диффузии, не проникает в поверхностные слои воды. Благодаря этому животная и растительная жизнь этих морей вся сосредоточена в верхних слоях воды до глубины 200 м. Объясняется это тем, что на данной глубине держится масса серобактерий, окисляющих серу сероводорода в серную кислоту. Сколько же особей содержит слой, густо заселенный серобактериями на протяжении всей глубоководной части обоих морей!

Благоденствуя таким образом на всем протяжении геологической истории жизни на Земле, бактерии должны были от времени до времени отщеплять от себя родоначальников высших по сравнению с ними типов.

Первым принципом, который мог, осуществляясь, превратить бактерию в высшую форму, является принцип дифференциации. Выделение из протоплазмы морфологически обособленного ядра, локализация пигментов, сначала в поверхностном слое протоплазмы, затем в особых ее участках — пластидах, обособление целлюлозной или хитиновой оболочки, — таковы главные моменты превращения клетки бактерий в клетку высшего типа. Ф. Энгельс рассматривает образование клеточного ядра как явление поляризации живого белка[59].

Принимая во внимание возможность такого процесса, лам легко установить связи, соединяющие филогенетически древних бактерий с жгутиковыми организмами, с циановыми водорослями, с низшими грибами.

Большая часть бактерий осталась бактериями и продолжала приспособляться к все изменявшимся условиям жизни, совершенствуя в своей способности использовать внешнюю среду и защищаться от разрушающих факторов.