Другим примером может служить симбиоз азотобактера с бактериями, разлагающими целлюлозу. В результате разложения образуются сахара и различные органические кислоты, представляющие хорошую углеродную пищу для азотобактера. Азотобактер усваивает азот прямо из воздуха и переводит его в органические азотные вещества, используемые бактериями, которые разлагают целлюлозу. Подобные взаимоотношения существуют и между азотобактером и зелеными водорослями. Первый является «поставщиком» азотных соединений, тогда как водоросли поставляют не только углеродные соединения, но одновременно и запасы энергии.
Народы, населяющие Кавказ, издавна приготовляют кефир. Этот диетический напиток получается в результате действия бактерий и дрожжей, вводимых в молоко в виде так называемых кефирных «зерен». Между молочнокислыми бактериями и дрожжевыми грибами существуют симбиотические отношения. Молочнокислые бактерии разлагают молочный сахар (лактозу) на простые сахара (глюкозу и галактозу), доступные дрожжам, и те сбраживают их до спирта. Дрожжи поставляют еще витамины группы В, которые потребляют молочнокислые бактерии. Так образуется кефир, содержащий молочную кислоту — результат деятельности молочнокислых бактерий, и этиловый спирт — результат деятельности дрожжей.
Нередким примером других взаимоотношений может быть так называемый метабиоз, когда один микроорганизм потребляет продукты жизнедеятельности другого. Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиачный азот в нитриты, а затем в нитраты. Первую фазу этого процесса осуществляет одна группа нитрифицирующих бактерий, после чего в действие вступает вторая группа, окисляющая нитриты в нитраты, но неспособная самостоятельно окислять аммиак. Бактерии, разлагающие белки до аминокислот, обеспечивают жизнь другим микробам, использующим эти аминокислоты в качестве ценного для них азотного питания.
В почве живут аэробные бактерии, которые могут расти и развиваться только в присутствии кислорода. На анаэробные же бактерии кислород действует как яд. Что охраняет почвенные анаэробные бактерии от губительного воздействия кислорода? Аэробные бактерии, которые потребляют кислород, присутствующий в почве. Анаэробные бактерии в свою очередь разлагают целлюлозу, при этом образуются органические кислоты, являющиеся богатым источником энергии и углерода для аэробных бактерий. Таким образом, деятельность этих двух групп бактерий взаимно дополняет друг друга. Одни из них потребляют кислород и органические кислоты, другие, защищенные от губительного действия кислорода, образуют в результате разложения целлюлозы упомянутые кислоты.
Сражающиеся микробы
Борьба за жизнь происходит и в мире микробов. Она идет обычно там, где возникает недостаток питательных веществ и организмы вынуждены получать их в условиях острой конкуренции с другими микробами. В этой борьбе за источники питания победителем становится обычно та группа организмов, которая имеет какие-то преимущества перед своими конкурентами. Молочнокислые бактерии, например, становятся преобладающей группой в молоке, потому что, сбраживая молочный сахар и превращая его в молочную кислоту, создают среду, непригодную для жизни гнилостных бактерий.
Мелкие бактерии Bdellovibrio bacteriovorus известны как паразиты. Если ввести их в питательный раствор вместе с другими бактериями, то они очень быстро, всего за несколько секунд, добираются до своих жертв и прочно прикрепляются к их клеткам. Через 3 мин паразиты уже начинают проникать в клетки, а еще через 22 мин оказываются внутри их. У пораженных клеток изменяется форма, а паразиты, уничтожая содержимое своей жертвы, интенсивно размножаются и выбираются в окружающую среду, готовые к новой атаке.
Борьба за существование микробов нашла свое отражение и в явлении антагонизма. По-видимому, самые интенсивные сражения между микробами происходят в почве, микроскопическое население которой всегда очень пестро. В каждом грамме почвы в этих баталиях принимают участие до нескольких сотен миллионов микробов.
Антагонизм микробов в почве наблюдал и описывал еще Л. Пастер. Он знал, что от больных людей или животных болезнетворные микробы попадают в почву самыми различными путями (с экскрементами и пр.). А это означает, что почва может быть важным фактором в распространении заболеваний. И люди и животные постоянно соприкасаются с почвой, пьют воду из естественных источников, употребляют в пищу плоды растений. Не угрожает ли им при этом опасность заражения? Пастер вместе со своими сотрудниками вводил в почву различные болезнетворные микробы и через некоторое время обнаруживал, что все они погибали.
Затем он провел другой опыт. В культуру антракса (возбудителя сибирской язвы), которая интенсивно развивалась в стерилизованной моче, проникли (вследствие небрежности) бактерии из воздуха и быстро размножились там. Пастер с удивлением обнаружил, что в «загрязненной» колбе бациллы антракса исчезли. Единственным объяснением могло быть, что культуру бацилл уничтожили «гости» из воздуха. Это привело его к выводу о возможности использовать антагонизм микробов в лечении болезней, возбудителями которых являются микроорганизмы.
Паразит бактерий Bdellovibrio bacteriovorus. а — паразит атакует бактерию Pseudom onas, превосходящую его по величине; б — разрез через полуразрушенную бактерию-хозяина (справа — клетка паразита).
Ученик Пастера И. И. Мечников, ставший горячим сторонником лечения при помощи микроорганизмов, объяснил подавляющее влияние одних микробов на другие выделением каких-то ядовитых соединений. Это явление стали называть антибиозом, а позднее ученым удалось выделить из антибиотических микробов вещества, предсказанные еще Мечниковым. Теперь мы называем их антибиотиками. Что же представляют собой антибиотики? Микробиолог С. Я. Ваксман, получивший в 1943 году стрептомицин — антибиотик, применяющийся при лечении туберкулеза, — так определяет эти вещества: «Антибиотиками мы называем химические вещества, вырабатываемые некоторыми микроорганизмами и обладающие свойством даже в очень малых дозах прекращать рост и размножение других микробов или же убивать их».
В 1896 году итальянский врач Госсио занимался изучением пеллагры. Возникновение этой болезни приписывали ввозимому из азиатских стран рису, который при неправильном методе хранения покрывался плесенью. Теперь мы уже знаем, что пеллагра — авитаминоз, возникающий в результате недостатка в питании одного из витаминов группы В (никотиновой кислоты). Госсио не смог установить возбудителя пеллагры, но попутно он сделал одно важное открытие.
Из заплесневевших зерен риса ему удалось выделить культуру зеленоватого микроскопического гриба, оказывающего антибиотическое влияние на бактерии. Он вырастил этот гриб в жидкой питательной среде, которую затем подверг фильтрованию. Из фильтрата он получил небольшое количество кристаллического вещества, губительно действовавшего на бактерии. Это был первый полученный в чистом виде антибиотик.
В настоящее время, в век антибиотиков, нам трудно даже представить себе современную медицину без этих веществ. Сбывается мечта Л. Пастера бороться с болезнетворными микробами при помощи других «доброжелательных» микробов.
Враги здоровья
Известно, что болезнетворные микробы могут быть перенесены с больного организма на здоровый. Однако возможность переноса и заболевания бывает в той или иной степени ограничена. Решающую роль при этом играет ряд факторов.
Прежде всего это количество микробов, попавших с пораженного организма в окружающую среду. Чем больше микробов, тем больше вероятность заражения других существ. Следующий важный фактор — время. Самым опасным источником болезнетворных микробов являются бациллоносители, распространяющие микробы неделю, год, два и дольше. Напомним о бациллоносителях брюшного тифа, которые могут быть угрозой для окружающих в течение ряда лет.
Микробы угрожают не только здоровью и жизни человека. Мы видели, что их жертвами могут стать насекомые и мелкие черви. Не меньшую опасность представляют они и для многих высших животных и растений.
О том, что микробы с давних пор угрожали человеку, животным и растениям, а также о том, что в далеком прошлом победа в неравном бою очень часто была на их стороне, мы подробно расскажем в четвертой части книги. К нашим извечным врагам принадлежит и еще одна группа микроорганизмов — долгое время остававшихся невидимыми и тем более опасных для человека. Это вирусы.
Часть третья. Вирусы и молекулы наследственности
Все области знания в равной мере необходимы, но некоторые из них важнее других. И биологию нам следовало бы поставить на первое место, так как ее цель — понять и объяснить сущность жизни.
