6Н2O + 6CO2 + Энергия → С6Н12O6 + 6O2, или
Вода + Углекислый газ + Энергия → Глюкоза + Кислород.
Образование сахаров при помощи фотосинтеза — основной процесс, за которым следует синтез остальных жизненно важных соединений из неорганических веществ. Зеленые водоросли при помощи своих ферментов получают из сахаров необходимое количество энергии и образуют белки, нуклеиновые кислоты, витамины и новые молекулы ферментов. Фотосинтезирующие зеленые водоросли — типичные автотрофные организмы, способные из минерального «сырья» получать и накапливать в своих клетках все наиболее важные для жизни вещества.
При длительных космических полетах зеленые водоросли могут быть использованы в качестве важной составной части меню космонавтов. «Наземные» опыты с культурой одноклеточных водорослей и с приготовлением из них питательных продуктов дали очень обнадеживающие результаты.
Кроме того, зеленые водоросли принимают участие в восстановлении состава воздуха в кабинах космических кораблей. Известно, что в процессе фотосинтеза освобождается кислород, используемый в другом важном жизненном процессе— дыхании. С химической точки зрения дыхание — это процесс, как бы обратный фотосинтезу: используются сахара и кислород, а освобождаются энергия, углекислый газ и вода:
С6Н12O6 + 6O2 → 6СO2 + 6Н2O + Энергия, или
Глюкоза + Кислород → Углекислый газ + Вода + Энергия.
Таким образом, космонавты поставляют водорослям углекислоту для фотосинтеза и получают от них взамен кислород для дыхания. Уже сконструированы различные модели аппаратов для культивирования водорослей в космических кораблях. Подобный обмен жизненно необходимых газов (кислорода и углекислого газа) между растениями и животными происходит на нашей планете со времен ее глубокой древности.
К самым интересным проблемам космических исследований, безусловно, относится вопрос о существовании жизни во Вселенной. До сих пор нам доподлинно известно всего лишь одно небесное тело, на котором есть жизнь. Это наша планета. После того как человек побывал на Луне, стало ясно, что там едва ли когда-нибудь могла существовать жизнь. Мы знаем, что химический состав нашей Солнечной системы всюду, по существу, один и тот же. Исходя из этого, мы можем предполагать, что и внеземные живые организмы (некоторые ученые называют их экзобиотами) должны обладать биохимическими и физиологическими свойствами, сходными со свойствами земных организмов. Поэтому и считают, что жизнь может существовать прежде всего на таких небесных телах (планетах), где есть основные условия жизни: вода в жидком состоянии, благоприятная температура поверхности планеты, атмосфера, качественно схожая с земной, достаточное количество света как источника энергии для фотосинтеза. Такие условия в нашей Солнечной системе имеются отчасти на Марсе, в связи с чем некоторые ученые полагают, что жизнь, хотя бы ее низшие формы, возможна на этой планете.
На Земле мы найдем микробов в каждом комочке почвы, в движимых воздушных массах; они живут в полярных областях и в тропиках, на высокогорных вершинах и в глубинах океанов. Не исключено, что и на других планетах, где возможна жизнь, есть свой особый состав микроорганизмов, представляющих низшие формы жизни. Поэтому при изучении образцов, доставленных с иных планет, следует применять и микробиологические методы.
Но тут неизбежен один коварный вопрос: будут ли микробы, найденные в инопланетных образцах, действительно внеземными существами? Очень важно избежать заноса на иные планеты земных микробов или загрязнения образцов, взятых с этих планет, «нашими» микроорганизмами, которые мы ошибочно можем принять за внеземные.
Кроме того, здесь кроется и другая немалая опасность. Представим себе какую-нибудь планету, на которой существует жизнь. На нее прибывает посланный с Земли космический корабль, и в нем находятся «безбилетные пассажиры» — земные микробы. Попадая в подходящие условия, они начинают размножаться. Из каждой бактериальной клетки через 20–30 мин возникают две новые. С помощью ветра и водных течений самые обыкновенные бактерии могут завладеть планетой, по величине близкой к размерам нашей Земли, всего за какие-нибудь несколько недель. Это, безусловно, приведет к резким изменениям в жизни планеты. Многие микробы могут оказаться болезнетворными, и нельзя исключать возможность, что они выживут на этой «живой» планете различные эпидемии. Существует опасность и обратного порядка. Инопланетные микроорганизмы, попавшие в качестве нежелательных пассажиров — «зайцев» — в корабль, вернувшийся на Землю, могут стать серьезной угрозой для нашей планеты.
О возможности жизни на Венере среди ученых существуют различные точки зрения. На этой планете есть атмосфера, в составе которой удалось обнаружить углекислый газ, азот и другие газы, а недавно обнаружили и воду. Температура на поверхности Венеры гораздо выше, чем на Земле; по некоторым данным, она превышает 300 °C[17]. Такая температура слишком высока для того, чтобы на ней была возможна жизнь.
Недавно в журнале Science появилась интересная статья о возможностях заселения Венеры. Приведем основные мысли, высказанные в этой статье.
Для освоения Венеры высшими земными организмами ее необходимо соответствующим образом подготовить: снизить температуру поверхности планеты и повысить содержание кислорода в атмосфере. Для этого нужно подыскать организмы, способные существовать не непосредственно на ее поверхности, а на высоте нескольких километров, где находится пояс умеренных температур. Здесь процесс фотосинтеза мог бы протекать по основной схеме, причем источником кислорода служила бы вода. Со временем клетки этих организмов опустились бы в нижние слои атмосферы, где под влиянием высоких температур происходило бы разложение органических соединений, таких, как сахара. Схема этого процесса выглядела бы так:
С6Н12O6 + Тепловая энергия → 6С + 6Н2O, или
Сахара + Тепловая энергия → Углерод + Вода.
При этом содержание углекислого газа в атмосфере понижалось бы, запасы воды обновлялись, а количество кислорода — повышалось. Нам известны организмы, способные выполнить подобное задание. Это фото-синтезирующие одноклеточные сине-зеленые водоросли. Некоторые из них живут на Земле в горячих источниках при температуре 80 °C. Другие виды наземных сине-зеленых водорослей, азотфиксирующие, могли бы выполнить еще одну задачу на Венере: связывать азот из атмосферы и получать с его помощью белки и все остальные жизненно важные азотсодержащие органические вещества.
В упомянутой статье говорится о планах засылки на Венеру кораблей с подобным экипажем. За счет снижения в атмосфере содержания углекислого газа можно было бы устранить и так называемый парниковый эффект, который является причиной высоких температур на поверхности планеты. Со временем этот процесс можно было бы приостановить во избежание чрезмерного понижения температуры, в результате которого прекратились бы разложение органических соединений на поверхности планеты и вышеописанные реакции.
8. Микроорганизмы и сельское хозяйство
Тяжек был труд твоего землепашца на поле:
Три лишь зерна на зерно получал с урожая.
Ости одни и колючки подчас пожиная,
Пану оброк семикратный он нес, проклиная…
Так на груди твоей издавна предки трудились,
Вечную муку до ран на руках принимая…
М. Разусова-Mapтакова «К Земле Словацкой»
Неизвестные сотрудники
Очень долгое время мы ничего о них не знали. Землепашцы испокон веков рыхлили землю, сеяли и собирали урожай. Потом наступила эпоха микробиологических исследований и почвоведения и понемногу стала проясняться судьба различных соединений в почве, их круговорот в природе. И человек постепенно узнавал о неизвестных и невидимых сотрудниках из мира микроорганизмов. Так, мы узнали, что именно они— основные поставщики углекислого газа в атмосферу, откуда его в процессе фотосинтеза усваивают растения, добывая пищу для гетеротрофных организмов, в том числе и для человека. Среди микробов мы открыли фиксаторов и преобразователей азота и его соединений, являющихся необходимыми элементами питания всех организмов. Соединения азота, серы, фосфора и большую часть биогенных элементов растения получают в почве прежде всего благодаря деятельности микроорганизмов.
И теперь, окидывая взором поле с созревающим урожаем той или иной сельскохозяйственной культуры, мы знаем, что его обеспечивают многие миллионы микробных клеток, находящихся в почве, где они неустанно, невидимо для нас выполняют свою жизненную задачу. Здесь мы найдем представителей всех групп микроорганизмов, и почвенная микробиология может дать нам в цифрах наглядное представление об их составе в 1 г почвы:
