Микробиологов Сиднейского университета, специализировавшихся на изучении водорослей, заинтересовали коричневые полосы в толщах морского льда. Оказалось, что их создают мельчайшие диатомовые водоросли. Неподалеку от одной из антарктических станций диатомовые были найдены на нижней поверхности льда, толщина которого достигала полутора метров. Эти фотосинтезирующие микроорганизмы удовлетворялись тем слабым светом, который пробивался сквозь столь мощный слой. Позднее они были обнаружены в нижних слоях почти трехметрового льда. Эти слои менее плотны, чем наружные, и кристаллы льда чередуются здесь с капельками воды. В них-то и приютились диатомовые водоросли. Их количество учитывалось прямым подсчетом клеток, а также измерением содержания хлорофилла в биомассе организмов. В начале января 1963 года, то есть в середине антарктического лета, ученые установили присутствие 250 мг хлорофилла в 1 м3 льда. Таким образом, общая продукция хлорофилла в антарктических льдах достигает 300–600 тысяч тонн в год.
Некоторые водоросли живут на поверхности снега, покрывающего горные вершины. Они окрашивают его в красный цвет. Среди них часто встречается вид Chlamydomonas nivalis, клетки которого содержат красные каротиноиды — пигмент, входящий в состав клеток моркови. В упомянутом выше труде Дарвина мы находим описание окрашенного водорослями снега на вершинах и гребнях Кордильер: «На нескольких покрытых снегом участках я нашел Protococcus nivalis — красный снег, так хорошо известный по описаниям арктических мореплавателей. Я обратил на него внимание, глядя на оставляемые мулами следы бледно-красного цвета, как будто копыта их были слегка окровавлены»[13].
Микробы в воздухе
Воздух мы обычно считаем стихией птиц. Правда, существуют и другие животные, которые проводят в этой среде какое-то время. Например, летучие рыбы поднимаются над водой и пролетают по воздуху значительное расстояние, не имея даже крыльев. Однако воздух не является их жизненной средой.
Зато в воздушной среде чрезвычайно распространены бактерии, водоросли, дрожжи и споры многих грибов. Больше всего микроорганизмов мы найдем над городами, значительно меньше их над вершинами высоких гор, ледниками и морями. Туда микробы попадают с восходящими потоками воздуха или с частицами пыли и часто преодолевают при этом огромные расстояния.
Над Москвой на высоте 1000 м в одном литре воздуха обнаружили пять бактерий. По маршруту самолета, летящего из Монреаля в Лондон, на высоте 2400–2700 м над Атлантическим океаном в пробах воздуха микробиологический анализ выявил дрожжи и споры некоторых микроскопических грибов.
Бактерии удалось обнаружить даже на высоте 12 000 м, хотя там они встречаются чрезвычайно редко. В воздухе, загрязненном вредными газами, сравнительно мало живых бактерий. Так, в 1 см3 воздуха лондонских улиц содержится 300 000–500 000 частичек пыли, однако на 38 200 000 таких пылинок приходится всего один живой микроорганизм.
С удалением от поверхности земли количество микробов в атмосфере закономерно уменьшается. У вершины башни английского парламента обнаружили лишь одну треть того количества микробов, которое содержится в приземном слое воздуха. Разные количества микробов содержат воздух закрытых помещений и воздух улиц. В 1 м3 воздуха, взятого с парижских улиц, было найдено 3480 бактерий, из лаборатории — 7420, а из старых домов — до 79 000 бактерий.
Воздушным путем могут расселяться и некоторые вредные микробы, вызывающие болезни растений. В Северной Америке распространена стеблевая ржавчина пшеницы, вызываемая грибом Puccinia graminis triticina. На 1 акре (около 0,4 га) посевов пшеницы, умеренно пораженных этим грибом, созревает в период жатвы до 10 биллионов спор. При сборе урожая сильно пораженной пшеницы над полями поднимаются красные облака «споровой пыли», причем почва, люди и машины — все покрывается красным налетом бесчисленного множества рассеянных спор. Подобное явление наблюдали в США в 1925 году. В начале июня распространение ржавчины ограничивалось районом, где выращивалась пшеница, — до 40° с. ш. В первую неделю июля поднялся сильный южный ветер, который перенес споры гриба на север на расстояние до 800 км и покрыл ими поля на площади свыше 500000 км2. Подобный «дождь» из грибных спор выпал в 1929 году в Канаде в результате воздушного переноса спор ржавчины из долины реки Миссисипи на расстояние 900 км в течение только одной недели. Не исключена возможность такого «перелета» грибных спор и через океаны, с одного материка на другой.
Почва и микроорганизмы
Почва населена самыми разнообразными обитателями. Зеленые растения своими корнями черпают из почвы минеральные соли. Трудолюбивый крот роет в ней многочисленные туннели, в почве находят приют множество различных червей и насекомых. Широко представлен здесь и мир микроорганизмов. Бактерии, грибы, водоросли и простейшие — постоянные обитатели почвы, причем обработанная почва значительно богаче микроорганизмами, чем необработанная. В 1 г пахотной почвы находят от 1 до 20 миллиардов микробов. По предварительным сведениям, 1 га почвы населяют 4 ц бактерий, 2–3 ц грибов, водорослей и простейших, но есть данные, свидетельствующие о том, что обрабатываемый слой почвы на площади 1 га содержит 2–5 т микроорганизмов.
Различаются по количеству населяющих их микробов и слои почвы. Больше всего микробов в поверхностном слое. На глубине 1–2 см микробов в 10–20 раз больше, чем на глубине 25 см. Наиболее богаты микроорганизмами поверхностные слои достаточно увлажненных почв. В сухие почвы микробы проникают глубже — в Средней Азии, например, их обнаруживают на глубине 10 м и более.
В песках Каракумов в поверхностном слое бактерии почти полностью отсутствуют; на глубине 25–50 см в 1 г почвы было найдено 1700 особей, а на глубине 90 см — до 26 000 бактерий. На богатых аллювиальных почвах Урала на глубине 1,5 м нашли 18 000 000, а на глубине 17,5 м — 3 000 000 бактерий в 1 г почвы.
Населенность почвы микроорганизмами зависит от ряда факторов. В одной почве число их невелико, в другой достигает огромных цифр. Больше всего микробов содержится в почвах умеренных зон, но немало их бывает в тропических и полярных областях. В промерзающих почвах Сибири бактерии переносят неблагоприятный период низких температур, переходя в состояние анабиоза, а с оттепелью возобновляют свою активную жизнедеятельность. На Шпицбергене бактерий находят в почве, во льдах и на снегу.
Почвенные микроорганизмы имеют огромное значение. Большинство их питается отмершими остатками растений и животных, которые они постепенно перерабатывают вплоть до минеральных соединений. Таким образом, они постоянно восполняют запасы питательных веществ, необходимых для жизни растений. В этих процессах особую роль играют бактерии, способные усваивать азот из воздуха и связывать его в химические соединения, обогащая тем самым почву элементом, столь необходимым для питания всех живых организмов. Но некоторые почвенные микроорганизмы наносят вред растениям, а встречаются и такие, которые вызывают заболевания животных и человека.
Многие микробы из тех, что живут в почве или на ее поверхности, распространены, казалось бы, в самых неблагоприятных условиях. Так называемые нитрифицирующие бактерии живут на голых скалах, где отсутствуют высшие растения. Минеральные вещества они получают непосредственно из камня, на поверхности которого обитают, или с пылью, приносимой ветром. Важный для жизни азот они получают в форме аммиака и его соединений, образующихся в атмосфере при электрических разрядах и попадающих на скалу с росой или каплями дождя.
Микробы и история Земли
«День рождения» нашей планеты отделен от нас несколькими миллиардами лет. Вначале Земля была лишена жизни, и лишь много позднее ее стали заселять живые существа, а затем появился и человек. И этот любознательный человек, перелистывая древние «архивы» Земли, пытается узнать ее прошлое. Возникают такие области знаний, как геология и палеонтология. Первая из них имеет целью воссоздать историю изменения лика Земли от ее зарождения до наших дней, вторая разыскивает в этой истории следы жизни. И находит их в окаменел остях, костных остатках и других свидетельствах жизни в прошлом. Что же в истории нашей планеты можно узнать о микроорганизмах? И вообще можно ли найти следы их жизнедеятельности? Есть ли надежда встретиться в толще Земли с вездесущими клетками микробов?
Профессор Г. Й. Домбровский из Фрейбургского университета отвечает на эти вопросы положительно. Более того, он представляет нам как результат своих исследований живые бактерии, существующие уже сотни миллионов лет. Впервые эти бактерии были найдены им в соляных копях, возраст которых исчислялся 180–200 миллионами лет. Позже ученый перенес свои поиски в соляные копи Нового Света. И там он обнаружил бактерий в возрасте 260–360 миллионов лет (Канада) и 450 миллионов лет (США). Наиболее древними залежами соли считаются залежи в Иркутской области, их возраст 500–600 миллионов лет. Как утверждает Домбровский, точный микробиологический анализ образцов из всех этих месторождений позволяет считать, что найденные живые бактерии действительно относятся ко времени формирования залежей соли. Бактерии были как бы «законсервированы» солью и после перенесения в благоприятную среду ожили. Если исключить возможность их заноса из других источников, мы действительно имеем дело с живыми свидетелями глубокой древности нашей планеты. Домбровский уже давно культивирует потомство этих древних бактерий, сотни миллионов лет ожидавших в укромных убежищах своего «воскресителя».
