Жизнь в почве - Меркурий Сергеевич Гиляров
Трава, сено, силос, съеденные теленком, коровой или быком, после разжевывания попадают в преджелудки, рубец, сетку и книжку, где становятся добычей великого множества микробов. Преджелудки и главная их часть — рубец — это не что иное, как своего рода биохимический завод, в котором мириады микробов днем и ночью преобразуют углеводистые и азотистые вещества кормов в высокоценный белок, аминокислоты, витамины и другие питательные вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма животного.
У взрослых быка или коровы емкость рубца составляет от 100 до 250 литров, а в каждом миллилитре рубцовой жидкости насчитывается от 8 до 15 миллиардов бактерий, иногда же их количество достигает 40–46 миллиардов. Под действием микробных ферментов в преджелудке переваривается от 70 до 80 процентов сухих веществ корма. Полагают, что от 50 до 80 процентов азотистых веществ рациона перерабатывается в микробный белок, который и служит для животного организма источником аминокислот.
Таким образом, жвачные животные питаются не столько белком кормов, сколько более ценным белком микроорганизмов. В рубце коровы за сутки синтезируется от 700 до 900 граммов бактериального белка, а в рубце овцы — от 20 до 100 граммов. При среднем удое в 20 килограммов корова выдает с молоком за сутки около 700 граммов белка. Следовательно, этот расход может полностью покрываться микробным белком, поступающим из рубца. Поэтому экологи говорят о «внутренних пищевых цепях» в организме жвачных. Но такие же процессы свойственны и другим травоядным животным, в том числе многим почвенным, которые заметную часть белкового питания получают, переваривая микробов.
Трофические (пищевые) цепи всего населения планеты начинаются с растений и микроорганизмов, которые в результате фотосинтеза или хемосинтеза продуцируют, создают из простых минеральных веществ очень сложные органические вещества, богатые связанной энергией солнечных лучей или химических соединений.
Далее пищевые цепи включают растительноядных животных. Они поедают организмы, создающие первичное органическое вещество (продуценты), и, в свою очередь, служат пищей для плотоядных (например, мелких хищников, которые часто сами становятся кормом для более крупных хищников, настигающих свою жертву на лету, на бегу или в воде). Сюда же относятся паразиты животных.
Замыкают пищевые цепи сапрофаги (от греческих слов «сапрос» — гнилой и «фагос» — пожиратель). В основном это микроорганизмы — бактерии и грибы, которые питаются трупами, растительным опадом, постепенно разлагая, минерализуя органические вещества и возвращая их в мир неживой природы. Среди сапрофагов — множество почвенных животных, которые переваривают мертвые ткани растений вместе с заселяющими их микробами. Но окончательное разложение и самих животных — сапрофагов, и их экскрементов выпадает на долю микробов.
Академик А. М. Уголев обратил внимание, что процессы поглощения и распада органических веществ в природе на всех уровнях трофической цепи, на всех уровнях организации биологических систем имеют очень много общего. Сейчас происходит становление новой научной дисциплины — трофологии, которая изучает закономерности ассимиляции (то есть поглощения и усвоения) веществ живыми организмами на всех уровнях.
Доказано, что, несмотря на фантастическую разницу в масштабах явлений, которые происходят на клеточном уровне, в организме или в биосфере в целом, многие закономерности ассимиляции универсальны. Взять хотя бы такой процесс, как деполимеризация (гидролиз, переваривание) пищевых продуктов, в результате чего уничтожается их специфичность, принадлежность определенному виду животных или их органу, и образуются такие формы утилизируемых веществ, которые могут транспортироваться через клеточные мембраны. Сравнительно недавно стало понятно, что у всех живых организмов — от бактерий до млекопитающих — есть три основных типа пищеварения: внеклеточное, мембранное и внутриклеточное.
При внеклеточном пищеварении клетка выделяет растворимые ферменты «наружу», где они разрушают крупные молекулы или агрегаты пищевых веществ, осуществляют их начальное переваривание. Ферменты, которые связаны с клеточной мембраной, гидролизуют мелкие молекулы и способствуют всасыванию полученных полупродуктов. После того как эти вещества проникли внутрь клетки, их переваривание завершают ферменты в цитоплазме или в специальных полостях — вакуолях.
Поразительно сходны у всех живых существ, включая бактерии и дрожжи, механизмы переноса пищевых веществ через клеточные мембраны. Это единство механизмов переваривания пищи, как и единство химического состава организмов, является основой, на которой разные живые существа могут находить между собой «общий язык», совместно или поэтапно ассимилировать одну и ту же пищу, например растительные ткани.
Но нам бы хотелось обратить внимание на другое: именно благодаря деятельности микроорганизмов смогла возникнуть на суше основа существования растений, животных и человека — плодородная почва. Не случайно в земледелии многие приемы агротехники направлены на создание благоприятных условий для деятельности почвенной микрофлоры, от которой зависит урожай.
По своей численности и плодовитости микробы значительно превосходят все другие организмы, вместе взятые. И по своим функциям микробы служат опорой всего живого — ведь они важнейшие звенья в круговороте веществ на планете. Да и по возрасту они самые древние среди живых существ.
И вот что любопытно: животные и растения не могут существовать ни друг без друга, ни без микробов. Микробы же не нуждаются в чужих соседях. Два миллиарда лет назад только они одни и существовали на нашей планете. Все другие формы жизни возникли не более одного миллиарда лет назад, причем и растения и животные могли произойти лишь от тех же самых микробов.
С микробами теснейшим образом связаны и высшие растения.
В середине XIX века одной из острых проблем практического земледелия было обеспечение почвы азотом в доступной растениям форме (атмосферный молекулярный азот они не усваивают). И здесь давний практический опыт заставил приглядеться к бобовым растениям, особенно к клеверу, поскольку было доказано, что они обогащают почву азотом. Но как это происходит?
Руководитель одной из сельскохозяйственных опытных станций в Германии Г. Гельригель в 80-х годах прошлого столетия обнаружил, что атмосферный азот бобовые растения усваивают благодаря особым клубенькам на их корнях. Гельригель предположил, а затем доказал экспериментально, что фиксируют азот не сами бобовые растения, а какие-то еще неизвестные в то время микроорганизмы, которые являются симбионтами (сожителями) растений.
Заслуга же открытия клубеньковых бактерий принадлежит русскому микробиологу М. С. Воронину, который в 1866 году опубликовал подробнейшее описание возникновения клубеньков на корнях ольхи и люпина и развития микроорганизмов в этих клубеньках. Гельригель знал о работах Воронина и опирался на установленные им факты. Работы Воронина вызвали оживленную полемику в научных кругах: не все приняли его вывод о бактериальном происхождении клубеньков, некоторые полагали, что здесь присутствуют споры гриба или же «выродившиеся» грибы.
Вопрос этот окончательно решен был лишь выдающимся голландским микробиологом М. Бейеринком, который взялся проверить данные Воронина. Довольно быстро Бейеринк убедился, что в клубеньках бобовых живут действительно бактерии, но он
