Популярно о микробиологии
Шрифт:
Все описанные сферы обитания микробов существуют миллионы лет, и неудивительно, что микроорганизмы смогли приспособиться к жизни в столь разнообразных условиях. Это произошло не только потому, что бактерии — самая древняя форма жизни на Земле, но и потому, что продолжительность существования одного поколения микроорганизмов несравнимо меньше, чем у всех других. Таким образом, в природе прошло обкатку временем и изменяющимися условиями среды значительно большее число поколений микроорганизмов, и, естественно, их эволюционная «шлифовка» была проведена более тщательно. Микроорганизмы не только могут приспосабливаться к условиям внешней среды, но и в некоторых случаях способны их изменять подобно человеку, который влияет на окружающую природу в соответствии со своими желаниями. Например, микроорганизмы подкисляют или нейтрализуют среду, если она не удовлетворяет требуемым для данного вида условиям. Другой пример — некоторые микроорганизмы поддерживают температуру в определенных пределах (это явление получило название аутотермостатирования и было открыто в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН).
Благодаря своим поразительным адаптационным способностям микроорганизмы приспосабливаются и к экстремальным условиям существования. Так, они не гибнут даже в условиях глубокого вакуума и при сверхнизких температурах. Микробы способны выдержать пребывание в камере при давлении 10– 9 мм ртутного столба с температурой 40–160 °C ниже нуля в течение 500 часов! Более того, их можно обнаружить в охлаждающих контурах атомных реакторов, при невиданных в природе уровнях радиации в 500 и более рентген в час! Так, например, бактерия Deinococcus radiodurans существует при уровне радиации, в тысячу раз превышающей смертельную дозу для человека.
Бактерии по способности противостоять высоким температурам, давлению и радиоактивному излучению оставляют далеко позади себя остальные формы жизни. В 2003 г. обнаружены микроорганизмы, способные в течение 10 часов выдерживать температуру в 121 °C, при которой все известные до сих пор микроорганизмы погибают.
Гидростатическое давление в самых глубинных точках Мирового океана составляет 1100 атмосфер (глубина Марианской впадины). Но даже на этой глубине при таком огромном давлении обнаружены представители мира микробов. Но и это не предел. Имеются сообщения о способности некоторых бактерий выдерживать давление в 3000 атмосфер в течение нескольких часов без потери жизнеспособности.
Еще более удивительным местом обитания микроорганизмов являются «черные курильщики». Это места на дне океана, где раскаленная лава разогревает морскую воду до 500–800 °C. И в этой, насыщенной соединениями металлов и серы, перегретой воде под большим давлением тоже живут микроорганизмы.
И, наконец, совсем свежие новости об их местообитании. В мае 2008 г. в кернах, полученных при глубоководном бурении горных пород, лежащих под дном Атлантического океана (глубина 1626 метров под морским дном!) были обнаружены представители родов Pyrococcus и Thermococcus. Это рекордная глубина, на которой обнаружены живые микроорганизмы.
Как видно из приведенных примеров, микроорганизмы могут существовать в очень широком диапазоне физических параметров окружающей среды (температура, давление, вакуум, влажность, повышенная радиация). Не менее важным для распространенности микроорганизмов является их способность существовать при различных значениях pH от кислого до щелочного. Так, Tiobacilus concretivorans может жить и развиваться в среде, содержащей серную кислоту в концентрации, при которой она растворяет металлы.
Но даже тогда, когда физико-химические параметры среды обитания выходят за пределы физиологических возможностей, у микроорганизмов есть дополнительный ресурс по сохранению своей жизнеспособности в этих сверхэкстремальных условиях.
В подобных случаях некоторые бактерии замедляют свой метаболизм или полностью его приостанавливают и в таком покоящемся состоянии в виде спор или цист могут находиться десятки, а то и сотни лет в ожидании благоприятных условий для роста. Есть примеры возвращения к жизни микроорганизмов после 118 и 166 лет. Более того, бактерии, выделенные из стотысячелетнего антарктического льда, помещенные в теплую питательную среду, оживали и демонстрировали способность к росту.
Еще более удивительным является рост микроорганизмов в различных гелях. Заключенные в проницаемую для питательных веществ оболочку из различного рода полимеров, микроорганизмы растут и развиваются настолько интенсивно, что их активность может быть использована для проведения некоторых биохимических превращений веществ.
Этот краткий обзор сфер обитания микроорганизмов был бы неполным, если бы мы не упомянули еще об одной сфере их обитания — внутренней среде других живых организмов. И здесь они могут выступать в двух ролях. С одной стороны, это паразитирующие микроорганизмы, а с другой — микроорганизмы-симбионты, выполняющие полезные функции. Так, огромный объем работы по переработке растительной пищи в желудке жвачных животных проводят микробы, и, пожалуй, корову без большого преувеличения можно было бы назвать ходячим ферментером по переработке целлюлозы.
Множество бактерий вступает в симбиотические отношения с растениями. Некоторые из них, поселяясь на корнях бобовых, помогают им усваивать азот из воздуха. На один грамм сухого веса корней приходится до 10 миллиардов бактерий-азотфиксаторов. Даже во внутренних органах человека обитает огромное количество бактерий. Так, в кишечнике только число видов микроорганизмов достигает 5600! Это в 10 раз больше чем считалось раньше, до ноября 2008 г.! Микроорганизмы воистину вездесущи!
Глава 13
В здоровом теле…
два фунта микробов
Всем известно, что организму, в том числе и человеческому, для нормальной работы, вернее для процессов метаболизма, требуются сотни бактерий и микроорганизмов.
Как уже отмечалось в главе о распространении микроорганизмов, последние присутствуют во всех сферах. Из четырех стихий, известных древним грекам (вода, воздух, земля, огонь), только в одной — огне — микроорганизмы не обнаружены. В остальных трех их полным-полно.
Говоря о вездесущности бактерий, невольно задаешься вопросом: «А как же мы, наше тело, содержит ли оно микроорганизмы и как они в нем сосуществуют?» И тут неискушенного читателя и искушенного писателя поджидают интереснейшие факты.
Микроорганизмы можно обнаружить в ушах, в носу, во рту, на поверхности зубной эмали, в анальном отверстии, на поверхности кожи, под мышками, в паху и между пальцами ног. Количество микробов уже во времена Левенгука поражало даже их первооткрывателя. Он писал после просмотра под микроскопом образцов, взятых с поверхности зубной эмали: «Во всем королевстве Нидерландов нет столько людей, сколько микробов у меня во рту». Более поздние исследования подтвердили эту оценку: только при одном поцелуе передается около 40 000 микробов. Подсчитано, что с кожи человека во время мытья смывается от 20 млн до 1 млрд различных микроорганизмов.