Популярно о микробиологии

Бухар Михаил

Но самый сильный коррозионный эффект микроорганизмы оказывают тогда, когда и сама реакция, и ее продукты способствуют коррозии. Так, подкисление среды тионовыми бактериями способствовало быстрой коррозии железных болтов, скреплявших тюбинги Киевского метрополитена. Всего за несколько месяцев коррозия составила почти 40 %. При этом тионовые бактерии окисляют закисное железо FeSO₄ до окисного Fe₂(SO₄)₃. Окисное железо, являясь окислителем, окисляет чистое железо до закисного, которое в свою очередь вновь вступает во взаимодействие с металлическим железом. Получается замкнутый цикл, который не может быть разорван до тех пор, пока в среде будет находиться металлическое железо.

Остановиться

этот процесс может только тогда, когда все железо окислится или когда условия изменятся так, что жизнедеятельность тионовых бактерий прекратится и разорвется наконец этот порочный цикл.

Даже в простых водопроводных трубах, где нет благоприятных питательных сред, все равно обнаруживается коррозионный эффект железобактерий.

Если в первом примере коррозионный процесс осуществляется за счет изменения химического состава среды продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, то во втором случае они сами способствуют возникновению электрохимической коррозии.

Железобактерии поселяются на неровностях внутренней поверхности труб, образуя скопления (колонии), окруженные оболочками и нитевидными волокнами из гидрата окиси железа. Поверхность труб под этими колониями в меньшей степени омывается водой и растворенным в ней кислородом, чем в свободных зонах. Это приводит к образованию разности потенциалов между участками поверхности, покрытыми колониями и свободными от них; в местах с более положительными значениями потенциала железо теряет электроны, образуя трехвалентный ион, который в присутствии воды превращается в ржавчину — Fe(OH)₃. Таким образом, микроорганизмы вызывают не только биокоррозию, но и, как в данном примере, могут способствовать возникновению процесса электрохимической коррозии.

Глава 2

Потомки луддитов

Со времен луддитов (особенно после принятия английским парламентом в 1811 г. специального закона, предписывающего карать их смертной казнью) никому не приходит в голову бороться с машинами. И все же иногда нам приходится сталкиваться с такими смельчаками. Вот пример: посланные в тропики трактора через некоторое время вышли из строя — разрушились детали из закаленной стали, которые обычно оставались целыми даже тогда, когда трактора сдавали на переплавку! Естественно — рекламации, комиссии, выговоры… Начали искать злоумышленников. Не нашли. Стали разыскивать более тщательно. И виновников обнаружили. Ими оказались микроорганизмы, которые аккуратнейшим образом «съели» на трущихся деталях всю смазку, включая и запрессованную в подшипники. Без нее, как известно, быстро выходят из строя подшипники самого лучшего качества, а без них не сможет работать ни один из механизмов, которыми мы пользуемся. Ну чем микробы не луддиты? Эти современные разрушители машин даже умнее людей, так как не тратят энергию на то, чтобы сломать их целиком, а только чуть-чуть увеличивают коэффициент трения между трущимися деталями, после чего механизм уже сам себя «доламывает». Идеальным вариантом борьбы с микробами-луддитами было бы введение для них смертельной казни, как в свое время для английских рабочих, чей протест против внедрения машин выражался в разрушении станков и оборудования. Однако с тех далеких времен человечество накопило некоторый (зачастую печальный) опыт применения радикальных средств борьбы с теми или иными вредителями. Помимо хрестоматийного примера с завезенными в Австралию кроликами появились новые случаи неудачного вмешательства человека в жизнь природы. В той же Австралии завезенные для борьбы с насекомыми-вредителями американские жабы-аги стали бедствием, по сравнению с которым кроличье нашествие можно считать мелкой неприятностью. В живой природе все так взаимосвязано, что неизвестно, не обернется ли победа над микробами-луддитами поражением в других сферах человеческой деятельности. Вот почему вопрос состоит не в том, чтобы уничтожить микроорганизмы, а в том, чтобы максимально снизить их вредоносный эффект в определенной сфере человеческой деятельности.

Глава 3

Секреты самурайских мечей

Отделкой золотой блистает мой кинжал;

Клинок надежный, без порока;

Булат его хранит таинственный закал —

Наследье бранного востока.

М. Ю. Лермонтов

Наши предки, даже не подозревая о существовании микроорганизмов, успешно использовали их в различных технологических процессах. Действительно, переработка продуктов питания, пивоварение, виноделие, хлебопечение, дубление кож… Этот список можно продолжать и продолжать.

Использование микроорганизмов в металлургии на первый взгляд кажется невозможным, и тем не менее есть гипотезы о том, что они сыграли немалую роль при производстве самурайских мечей. Самурайские мечи — особый тип холодного оружия, настолько отличающийся по качеству от остальных, что им можно легко перерубить другой меч или стальные доспехи.

Гипотеза использования микроорганизмов в технологическом процессе создания уникального оружия основана на их способности окислять железо. Здесь следует обратить внимание на тот факт, что железные руды, из которых в Японии выплавляли исходное железо, содержат небольшое количество хрома, молибдена и ванадия. Микропримеси этих элементов придают железу уникальные свойства, создавая так называемую легированную сталь. Для ее получения использовали разнообразные приемы. На одном из них, включенных в старинную технологическую схему, мы и остановимся.

После многократной ковки полосу стали закапывали на достаточно долгий срок в болотистую почву или просто в болото. И вот тут-то и вступали в дело микроорганизмы. Дело в том, что болотистые почвы содержат культуры микроорганизмов, способные использовать железо в качестве источника энергии. «Поедая» его, микроорганизмы увеличивают относительную концентрацию или мольную долю других металлов, создавая таким образом новые типы легированной стали. Эта технология напоминает современные методы ее получения. Отличие только в том, что нужные концентрации легирующих металлов в нынешнем варианте достигаются добавлением их к железу, а в старинном варианте такие концентрации получались за счет уменьшения содержания железа, «поедаемого» микроорганизмами, что также приводило к увеличению содержания легирующих элементов. Очевидно, что, варьируя время пребывания меча (или заготовки для него) в болотистой почве, можно создавать различные соотношения между железом и присадками. Многократное повторение этого этапа приводит к тому, что меч словно одевается в своеобразный «чехол» из легированной стали, благодаря чему формируются уникальные свойства самурайских мечей. Прочность на разрыв стали, используемой в Средние века оружейниками Японии, Дамаска и Испании, так и не удалось никому превзойти в течение последующих веков. Кроме того, избирательное «выедание» микроорганизмами атомов железа или их кристаллов приводило к образованию на кромке лезвия резко выраженной неоднородной структуры, так называемой «микропилы», обладающей значительно большей режущей способностью по сравнению с обычными лезвиями.

В заключение главы следует отметить, что описанная технология — не более, чем предположение, а современные металлурги пытаются объяснить уникальные свойства самурайских мечей наличием в структуре металла нанотрубочек, что, впрочем, тоже можно считать очередной рабочей гипотезой для объяснения замечательных свойств этого оружия, созданного много веков назад.

Глава 4

Микробы и…

Бермудский треугольник

Говорил, ломая руки,

Краснобай и баламут

Про бессилие науки

Перед тайною Бермуд.

В. Высоцкий

Две трети земной поверхности занимает вода. Моря и океаны, разделяя страны и народы, в то же время служат наиболее дешевыми транспортными магистралями. Тысячи судов различной грузоподъемности бороздят водную поверхность. Однако, несмотря на развитие средств навигации и возросшую энерговооруженность морского транспорта, судоходство по-прежнему представляет собой отнюдь не безопасное мероприятие. И по сей день корабли гибнут из-за туманов, штормов, тайфунов, ураганов, цунами; гибнут, посылая в эфир SOS — призыв о помощи. По сообщениям с потерпевшего крушение корабля можно восстановить всю картину бедствия и в будущих моделях судов учесть выявленные в экстремальных условиях конструктивные недостатки. Но бывают случаи, когда корабли исчезают, не успев подать никаких сигналов. И тогда рождаются легенды, иногда очень интересные и волнующие, о гигантских морских змеях, заглатывающих целые суда, или китах, ударом исполинского хвоста переворачивающих корабли, или об удивительных свойствах некоторых районов океана, например о так называемом Бермудском треугольнике.

Так называется область Атлантического океана между Пуэрто-Рико, Флоридой и Бермудскими островами, в которой, согласно мнению многих исследователей, происходит масса необъяснимых явлений. За последние 50 лет в Бермудском треугольнике произошло более 1000 загадочных событий. Для их объяснения используются различные теории, а когда их не хватает, появляются легенды. Но, как правило, они весьма далеки от истинной причины катастрофы, которую пытаются найти моряки и кораблестроители.

А истина иногда может быть довольно простой. Но сначала немного теории. С тех пор как человек впервые попытался протащить по земле тяжелый предмет, он поневоле столкнулся с проблемой трения, и в частности с трением сыпучих тел. Когда мы тянем по земле достаточно тяжелый груз, то перемещается не только он сам — движутся и верхние слои почвы относительно друг друга. Коэффициент трения между этими пластами определяется состоянием трущихся поверхностей, их шероховатостью, величиной удельного давления, временем подвижного контакта, физико-механическими и химическими свойствами, но главным образом вязкостью, скоростью движения слоев относительно друг друга и смазкой.