Как человек приручил бактерии
Какие организмы на планете самые полезные? Растения, которые выделяют кислород? Или насекомые, которые их опыляют? Да, их роль в экосистеме велика, однако есть существа, без которых жизнь на Земле невозможна. От них зависит плодородность почвы, иммунитет животных и людей, они синтезируют витамины, их используют в производстве продуктов питания и даже в нефтепереработке. Это бактерии.
Древнейшие среди живых
Бактерии возникли около четырех миллиардов лет назад. Именно с них началось развитие всего живого на Земле. Они первыми освоили сушу и сформировали почву. Они, как предполагают исследователи, «изобрели» фотосинтез и насытили древнюю атмосферу кислородом.
По всему миру ученые находят строматолиты — окаменелости, которые оставили фотосинтезирующие цианобактерии. В древности они жили на теплом мелководье и образовывали плотные «коврики» — бактериальные маты. По мере того как нижние слои мата отмирали и минерализовались, формировался «холмик», а затем и настоящая слоистая «башня», которую и называют строматолитом.
Бактерии сыграли главную роль в возникновении общего предка животных, растений и грибов. Согласно самой популярной теории, некогда наши митохондрии были бактериями, которые на взаимовыгодных условиях поселились внутри других одноклеточных организмов. Клетка-хозяин обеспечивала их питанием и защитой, а митохондрии вырабатывали для нее энергию, как крошечные электростанции.
Еще одна группа бактерий считается предком хлоропластов. Присоединившись к клетке-хозяину, эти микроорганизмы стали ее «органами», обеспечивающими способность к фотосинтезу у одноклеточных растений и водорослей.
Бактерии повсюду
Бактерии стали основой всех экосистем и началом круговорота веществ. Например, благодаря способности расщеплять соединения серы обитатели гидротермальных источников на дне океанов образовали уникальную экосистему, не зависящую от солнечного света.
Одни из самых полезных бактерий — клубеньковые: они связывают атмосферный азот и преобразуют его в растворимую форму, пригодную для питания растений. Они живут в симбиозе с бобовыми: на корнях гороха и сои есть особые утолщения — клубеньки, в клетках которых размножаются бактерии. Работники сельского хозяйства знают об этой особенности бобовых, и когда поле становится неплодородным, засевают его клевером (да, это тоже бобовое растение). Это позволяет обогатить почву соединениями азота.
Множество бактерий живет и в теле человека. Для здорового организма они полезны или, по крайней мере, безвредны. Например, эпидермальный стафилококк, заселяющий кожу, не причиняет никаких неудобств здоровому человеку, а кишечная палочка обычно выступает в качестве незаметного сожителя.
Полезные бактерии предотвращают формирование камней в почках, расщепляя соли щавелевой кислоты, населяют кишечник, помогая переваривать пищу, — без них не усваивалась бы значительная доля питательных веществ. От состояния микрофлоры кишечника, по мнению ученых, зависит даже наше настроение!
На службе у нефтяников
Бактерии по-разному влияли на развитии цивилизации. Одни — например, чумная палочка или холерный вибрион — в прошлом вызывали жестокие эпидемии. Обуздать бактериальную угрозу не так просто: благодаря стремительным темпам размножения (например, кишечная палочка может делиться каждые 20 минут!) бактерии быстро мутируют и адаптируются к новым условиям. Другие же бактерии — например, молочнокислые — человечество с древнейших времен использует для получения полезных продуктов.
Известно несколько десятков видов бактерий, способных разлагать нефть и нефтепродукты. По сути, эти микроорганизмы питаются углеводородами. Если такие бактерии попадают в топливо, оно теряет в качестве, — именно поэтому в него добавляют антибактериальные присадки. Однако и им нашли полезное применение: их взяли на службу на очистные сооружения крупных нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ).
Биологические очистные сооружения «Биосфера» действуют на Московском НПЗ, а в этом году начали работать в полную силу и на Омском НПЗ. Загрязненная вода попадает в биореактор, где находятся специально подобранные микроорганизмы — они разлагают примеси нефти и нефтепродуктов.
В результате многоэтапной очистки, которая включает бактериальный и механический фильтр и обработку ультрафиолетом, на выходе получается почти дистиллированная вода. Ее возвращают на производство, чтобы сократить забор воды из водоемов.