Bacteriile sunt cei mai vechi locuitori ai planetei noastre. Au apărut în urmă cu aproximativ 3,8 trilioane de ani și reprezintă cea mai primitivă formă de viață celulară organizată, aparținând procariotelor, care nu au un nucleu separat de restul celulei. În ciuda diversității lor enorme, bacteriile au ceva în comun - sunt atât de mici încât pot fi văzute doar printr-un microscop cu o mărire de sute de ori, motiv pentru care sunt numite microorganisme sau microbi.
Dar bacteriile sunt cei mai rezistenți locuitori ai Pământului. Datorita capacitatii lor exceptionale de a absorbi o mare varietate de nutrienti, dimensiunilor reduse si adaptabilitatii usoare la diverse conditii externe, pot fi gasite acolo unde lipsesc alte forme de viata. Nici temperaturile scăzute, nici gheizerele fierbinți, nici soluțiile sărate, nici vârfurile muntoase, nici iradierea de la reactoare nucleare nu interferează cu existența lor.
ESTE IMPOSIBIL DE GĂSIT UN TERITORIU SAU ORGANISM VIU ÎN BIOSFERĂ nu este colonizat de nicio bacterie. Numărul adevărat de specii bacteriene este uluitor de mare. Până în prezent, sunt cunoscute aproximativ 10.000 de specii și se estimează că există peste un milion de specii. Numai în intestinul uman există de la 300 la 1000 de specii de bacterii cu o masă totală de până la 1 kg, iar în întregul corp există de 10 ori mai multe celule bacteriene decât celulele umane în sine. Cu alte cuvinte, o persoană este formată din 90 la sută microbi și doar 10 la sută din propriile celule, adică corpul nostru poate fi considerat un fel de casă pentru bacterii. Microbii trăiesc pe toate suprafețele externe și interne ale corpului adultului. În medie la 1 mp. Există 10 milioane de bacterii pe cm de piele umană, așa că este firesc ca acestea să joace un rol extrem de important în viața noastră.
Colonizarea corpului uman de către bacterii începe la naștere, când copilul trece prin canalul de naștere. Acest proces continuă apoi cu alăptarea și contactul strâns cu mama, ceea ce favorizează colonizarea rapidă a intestinelor în primul rând de către bacteriile din corpul mamei. Acest lucru este deosebit de important în ceea ce privește utilitatea bacteriilor materne. Studii recente au arătat că copiii născuți prin cezariană, în comparație cu copiii născuți vaginal, prezintă un risc mai mare de a dezvolta boli precum alergii alimentare, astm, diabet de tip I și tulburări gastro-intestinale. Oamenii de știință cred că aceasta este o consecință a colonizării intestinelor sterile ale unor astfel de copii, în principal de către bacterii din mediul extern, în primul rând pielea mamei. Dimpotrivă, bebelușii născuți în mod natural au predominant acele tipuri de bacterii care se găsesc în canalul de naștere al mamei și sunt extrem de importante pentru digestia laptelui și pentru crearea microflorei intestinale sănătoase.
Unele bacterii sunt patogene și pot provoca diverse boli ale tractului respirator superior și inferior, otită medie, tuberculoză, tulburări gastro-intestinale și infecții ale pielii. Cu toate acestea, majoritatea bacteriilor nu sunt periculoase pentru oameni. Mai mult, oamenii și mii de specii de bacterii au evoluat pentru a fi folositori unul altuia. Se știe de mult timp că bacteriile simbiotice îndeplinesc o serie de funcții foarte importante în corpul uman. Fără ele, digestia este imposibilă; ele aduc o contribuție importantă la formarea sistemului imunitar. Cu toate acestea, noi cercetări indică faptul că rolul bacteriilor este în mod clar subestimat și ele par să fie în mare măsură implicate în reglarea activității creierului și, prin urmare, poate, în comportamentul nostru.
Un grup de cercetători de la Institutul Karolinska din Stockholm a reușit să demonstreze experimental că dezvoltarea normală a creierului este posibilă numai în prezența bacteriilor. Adevărat, experimentele au fost efectuate nu pe oameni, ci pe șoareci, dar rezultatele comparării comportamentului a două grupuri de șoareci adulți crescuți în condiții diferite - sterile și în contact cu bacterii, au indicat în mod convingător că pentru dezvoltarea deplină a organismului , contactul cu microbii este de o importanță cheie, iar sterilitatea împiedică dezvoltarea normală a creierului. În acest sens, este extrem de important ca materialul ereditar al bacteriilor simbiotice să conțină în total de 150 de ori mai multe gene decât sunt conținute în cromozomii celulelor umane, în timp ce aproximativ 37% dintre genele umane sunt omoloage cu cele bacteriene. Multe dintre aceste gene sunt capabile să facă schimb de informații între ele, așa că nu este surprinzător faptul că bacteriile le influențează activ habitatul, adică dezvoltarea și funcțiile vitale ale corpului uman.
Această influență poate fi și indirectă. De-a lungul secolelor, oamenii au găsit numeroase utilizări pentru bacterii. Bacteriile de fermentație au fost folosite de multă vreme pentru a face brânză, iaurt, oțet, bere, vin, pâine și alte produse. Cu toate acestea, industria alimentară este departe de singurul domeniu în care bacteriile joacă un rol important.
În industria farmaceutică, bacteriile sunt folosite pentru a produce antibiotice, aminoacizi, vitamine, enzime și vaccinuri. Produsele bacteriene sunt utilizate în producerea de vaccinuri și produse biologice pentru prevenirea bolilor infecțioase. Vaccinurile împotriva difteriei, tusei convulsive, tetanosului, tifoidei și holerei sunt făcute din componente ale bacteriilor care provoacă aceste boli.
În conformitate cu clasificarea acceptată a zonelor biotehnologice, mai mult de jumătate din producția mondială aparține produselor biotehnologiei „roșii” (biofarmaceutice și biomedicină), 12% - „verzi” (produse agroalimentare), restul - biomateriale pentru uz industrial (biotehnologie „albă”).
În ultimii ani, progresul tehnologic rapid în știința mondială a culminat cu multe descoperiri senzaționale în utilizarea diferitelor bacterii în viața de zi cu zi.
OAMENI DE ȘTIINȚĂ DE LA UNIVERSITATEA Tulane DIN LOUISIANA (SUA) DEscopeRIT
o tulpină de bacterii capabilă să producă butanol prin reciclarea hârtiei. Tulpina ar putea deveni o sursă de combustibil pentru mașini și, în același timp, o modalitate de reciclare a celulozei. Deoarece butanolul ca biocombustibil are multe avantaje față de etanolul obișnuit în prezent, descoperirea ar putea nu numai să reducă costul producției de biocombustibil, ci și să aibă un efect pozitiv asupra eficienței acestuia și să reducă deșeurile prin reciclarea celulozei. Pentru a pune potențialul beneficiu în perspectivă, numai Statele Unite aruncă 323 de milioane de tone de material în fiecare an din care bacteriile ar putea produce butanol.
O bacterie marina găsită pe coasta Pacificului s-a dovedit a fi o sursă excelentă de hidrogen care poate fi folosită pentru motoare puternice și ecologice. Oamenii de știință de la Universitatea din Washington, Missouri au descoperit că această bacterie trăiește o viață dublă - în timpul zilei, absoarbe CO2 din aerul înconjurător, producând oxigen prin reacția de fotosinteză, care este caracteristică plantelor terestre, algelor și unor organisme unicelulare. . Când se lasă noaptea, metabolismul trece la un alt tip de reacție - cu ajutorul enzimei nitrogenaze, microbul captează azotul din aer și îl prelucrează în amoniac necesar propriei vieți. În acest caz, hidrogenul atomic este eliberat ca produs secundar.
OAMENI DE ȘTIINȚĂ DE LA UNIVERSITATEA DIN NEWCASTLE (Marea Britanie) CU AJUTOR Ingineria genetică bazată pe bacterii din specia Bacillus subtilis a dezvoltat un nou tip de bacterii pentru a umple și „lipi” fisurile din beton sau asfalt. Bacteriile încep să crească și să se înmulțească numai dacă intră într-un mediu al cărui nivel de pH se potrivește pe deplin cu nivelul de pH al betonului. Pătrund în cele mai mici și adânci crăpături și se înmulțesc acolo până umplu întregul volum. Și fiecare bacterie eliberează o cantitate mică dintr-o anumită enzimă în mediu. Când concentrația acestei enzime în mediu depășește o valoare programată, ea servește ca un fel de semnal pentru activarea unui comutator biologic. Bacteriile încep să producă intens carbonat de calciu în interiorul cochiliilor, care, pe de o parte, duce la moartea lor ulterioară și, pe de altă parte, creează o compoziție adezivă care, atunci când este uscată, ține strâns pereții fisurilor împreună.
Experimentele au arătat că materialul pe bază de carbonat de calciu care ține fisurile împreună este mult mai puternic decât betonul în sine. Betonul cu auto-vindecare nu numai că poate crește durata de viață a structurilor din beton, dar va reduce și costurile de reparații și întreținere la jumătate, deoarece, pe lângă faptul că bacteriile „vindecă” fisurile din beton, în procesul de producere a calcarului folosesc oxigen. , care altfel ar putea provoca modificări corozive ale metalului.
Există o tehnologie pentru producerea materialelor de construcție din nisip fără ardere și emisii de dioxid de carbon. Profesorul Ginger Dosir de la Universitatea Americană din Sharjah din Emiratele Arabe Unite a dezvoltat o tehnologie low-cost care combină nisipul, clorura de calciu, ureea și bacteriile pentru a construi blocuri de cărămizi care lipesc componentele între ele. Tehnologia inovatoare are un potențial uriaș de utilizare în industria construcțiilor, având în vedere că 1,23 trilioane de cărămizi sunt produse în întreaga lume în fiecare an în procese care consumă foarte mult energie și generează cantități mari de poluare a aerului cu CO2.
Hainele realizate din materiale aparent complet nepotrivite au fost dezvoltate de designeri britanici. Baza țesăturii au fost bacteriile folosite la prepararea băuturilor cu cofeină. Înmulțindu-se rapid în prezența drojdiei și a ceaiului verde dulce, se transformă în fire subțiri și formează „celuloză microbiană”, potrivită pentru realizarea de îmbrăcăminte bio. Designerul Suzanne Lee este încrezător că, mai devreme sau mai târziu, omenirea va putea să crească îmbrăcăminte biologică.
ȘI PUTEȚI CREȚI AMBALARE DURABILĂ DIN BACTERII pentru transportul mărfurilor. În acest scop este folosită bacteria Acetobacter xylinum. Ele formează literalmente o carcasă de protecție asemănătoare hârtiei atunci când acoperiți un obiect cu ele și le furnizați un mediu nutritiv. Desigur, mai trebuie depus mult efort pentru ca tehnologia să funcționeze și să-și găsească un loc pe piață, dar ideea în sine este minunată.
În curând, va fi imposibil să faci fără bacterii atunci când extragi aur. Microbiologii au descoperit o bacterie care trăiește în medii cu o concentrație mare de ioni de aur, eliberând în mediul extern o proteină specială care precipită particule de metal nobil. Prin urmare, în jurul coloniilor apar inele întunecate constând din pepite de aur microscopice. Poate că în viitor aceste microorganisme vor fi folosite ca indicatori ai prezenței aurului atunci când se caută vene purtătoare de aur.
Este bine cunoscut faptul că, în multe țări ale lumii, până astăzi, din cauza exploziilor de muniție veche, zeci de mii de oameni și animale sunt ucise și rănite. Oamenii de știință scoțieni au dezvoltat o modalitate simplă și ieftină de a detecta minele. Folosind inginerie genetică, ei au reușit să dezvolte o bacterie care absoarbe trinitrotoluenul și strălucește datorită genei meduze implantate în ea. Potrivit experților, tehnologia presupune pulverizarea lichidului care conține bacterii din aer pe câmpurile de mine. În jurul minelor se acumulează bacterii, din care trinitrotoluenul se scurge nesemnificativ, dar totuși. În timpul hrănirii, bacteriile par să se „lumineze” sub influența genelor luminoase de meduză implantate în ele.
Toate aceste fapte, care constituie doar o mică parte din cazurile de utilizare specifică a bacteriilor pentru rezolvarea problemelor presante ale vieții de zi cu zi, indică faptul că acestea sunt capabile să desfășoare o mare varietate de reacții chimice și acest lucru le permite să fie utilizate în aproape toate sferele activității umane. Până acum, oamenii de știință au reușit să pună doar câteva bacterii în slujba oamenilor, dar poate că acum ne aflăm în pragul unei noi ere tehnologice, când bacteriile vor revoluționa sectorul energetic și industria și vor ușura semnificativ viața umanității. .
Aplicarea tehnologică a agenților biologici, și anume utilizarea bacteriilor pentru a produce produse specifice sau pentru a efectua modificări controlate, direcționate, stă la baza biotehnologiei.
Cu mii de ani în urmă, oamenii, neștiind nimic despre biotehnologii, le foloseau în agricultura lor - el făcea bere, făcea vin, coace pâine și făcea produse cu acid lactic și brânzeturi.
În lumea modernă, importanța practică a metodelor biotehnologice care utilizează bacterii poate fi cu greu supraestimată - acestea sunt utilizate în industria alimentară și agricultură, în medicină și farmacologie, în extracția mineralelor și prelucrarea lor, în procesul de purificare a apei în natură. și în fose septice, în multe domenii ale vieții umane.
Industria alimentară
Cele mai răspândite în industria alimentară sunt bacteriile lactice și drojdia.
Mecanismul de acțiune al bacteriilor și al drojdiei este de a transforma zahărul din lapte în acid lactic, în urma căruia un produs neutru se transformă în acid lactic.
Bacteriile lactice și drojdia sunt folosite pentru fermentarea produselor lactate și a legumelor, procesarea boabelor de cacao și prepararea aluatului de drojdie. Capacitatea procariotelor de a influența produsele este determinată de activitatea lor enzimatică ridicată și este determinată de enzimele pe care le secretă.
Una dintre cele mai vechi biotehnologii folosite de oameni este producerea de brânză. Utilizarea bacteriilor cu acid propionic în producerea brânzeturilor cu cheag tare ne permite să obținem un produs de înaltă calitate, cu proprietăți specificate.
Utilizarea bacteriilor cu acid propionic în schema tehnologică conferă brânzeturilor finite culoarea, gustul și aroma tipică, îmbogățind produsul cu substanțe biologic active.
Pe parcursul vieții, bacteriile sunt capabile să extragă selectiv substanțe din compuși complecși prin dizolvarea lor în apă. Acest proces se numește leșiere bacteriană și are o mare importanță practică:
1. vă permite să extrageți substanțe chimice utile din minereuri și deșeuri industriale;
2. îndepărtați impuritățile inutile - arsenul din minereurile de metale neferoase și feroase.
În industrie, leșierea bacteriană a mineralelor (uraniu, cupru) direct la zăcăminte are o importanță practică deosebită.
Medicina modernă utilizează cu succes medicamente pentru producerea cărora sunt folosite bacterii:
1. insulina si interferonul se obtin folosind tehnologii de inginerie genetica bazate pe Escherichia coli;
2. Enzimele Bacillus subtilis distrug produșii de descompunere putrefactiv.
Aplicarea umană a metodelor biotehnologiei în agricultură rezolvă cu succes o serie de probleme:
1. crearea de soiuri de plante rezistente la boli și cu randament ridicat;
2. producerea de îngrășăminte pe bază de bacterii (nitragină, agrofilă, azotobacterină etc.), inclusiv composturi și deșeuri animale fermentate (fermentarea metanului);
3. dezvoltarea tehnologiilor fără deșeuri pentru agricultură.
Plantele din natură au nevoie de azot, dar nu sunt capabile să absoarbă azotul din aer, dar unele bacterii, noduli și cianobacterii, în natură produc aproximativ 90% din cantitatea totală de azot legat, îmbogățind solul cu acesta.
În agricultură se folosesc plante care conțin bacterii nodulare pe rădăcini: lucernă, lupin, mazăre, leguminoase.
Aceste culturi sunt folosite în rotația culturilor pentru a îmbogăți solul cu azot.
În agricultură, silozul este una dintre principalele metode de conservare a masei plantelor și se realizează prin fermentație controlată sub influența acidului lactic, a bacteriilor cocoide și în formă de bastonaș.
Bacteriile descompun gunoiul de grajd animal, rezultând metan, un compus de hidrocarburi care este folosit în sinteza organică.
Aplicarea tehnologică a agenților biologici, și anume utilizarea bacteriilor pentru a produce produse specifice sau pentru a efectua modificări controlate, direcționate, stă la baza biotehnologiei.
Cu mii de ani în urmă, oamenii, neștiind nimic despre biotehnologii, le foloseau în agricultura lor - el făcea bere, făcea vin, coace pâine și făcea produse cu acid lactic și brânzeturi.
În lumea modernă, importanța practică a metodelor biotehnologice care utilizează bacterii poate fi cu greu supraestimată - acestea sunt utilizate în industria alimentară și agricultură, în medicină și farmacologie, în extracția mineralelor și prelucrarea lor, în procesul de purificare a apei în natură. și în fose septice, în multe domenii ale vieții umane.
Industria alimentară
Cele mai răspândite în industria alimentară sunt bacteriile lactice și drojdia.
Mecanismul de acțiune al bacteriilor și al drojdiei este de a transforma zahărul din lapte în acid lactic, în urma căruia un produs neutru se transformă în acid lactic.
Bacteriile lactice și drojdia sunt folosite pentru fermentarea produselor lactate și a legumelor, procesarea boabelor de cacao și prepararea aluatului de drojdie. Capacitatea procariotelor de a influența produsele este determinată de activitatea lor enzimatică ridicată și este determinată de enzimele pe care le secretă.
Una dintre cele mai vechi biotehnologii folosite de oameni este producerea de brânză. Utilizarea bacteriilor cu acid propionic în producerea brânzeturilor cu cheag tare ne permite să obținem un produs de înaltă calitate, cu proprietăți specificate.
Utilizarea bacteriilor cu acid propionic în schema tehnologică conferă brânzeturilor finite culoarea, gustul și aroma tipică, îmbogățind produsul cu substanțe biologic active.
Pe parcursul vieții, bacteriile sunt capabile să extragă selectiv substanțe din compuși complecși prin dizolvarea lor în apă. Acest proces se numește leșiere bacteriană și are o mare importanță practică:
1. vă permite să extrageți substanțe chimice utile din minereuri și deșeuri industriale;
2. îndepărtați impuritățile inutile - arsenul din minereurile de metale neferoase și feroase.
În industrie, leșierea bacteriană a mineralelor (uraniu, cupru) direct la zăcăminte are o importanță practică deosebită.
Medicina modernă utilizează cu succes medicamente pentru producerea cărora sunt folosite bacterii:
1. insulina si interferonul se obtin folosind tehnologii de inginerie genetica bazate pe Escherichia coli;
2. Enzimele Bacillus subtilis distrug produșii de descompunere putrefactiv.
Aplicarea umană a metodelor biotehnologiei în agricultură rezolvă cu succes o serie de probleme:
1. crearea de soiuri de plante rezistente la boli și cu randament ridicat;
2. producerea de îngrășăminte pe bază de bacterii (nitragină, agrofilă, azotobacterină etc.), inclusiv composturi și deșeuri animale fermentate (fermentarea metanului);
3. dezvoltarea tehnologiilor fără deșeuri pentru agricultură.
Plantele din natură au nevoie de azot, dar nu sunt capabile să absoarbă azotul din aer, dar unele bacterii, noduli și cianobacterii, în natură produc aproximativ 90% din cantitatea totală de azot legat, îmbogățind solul cu acesta.
În agricultură se folosesc plante care conțin bacterii nodulare pe rădăcini: lucernă, lupin, mazăre, leguminoase.
Aceste culturi sunt folosite în rotația culturilor pentru a îmbogăți solul cu azot.
În agricultură, silozul este una dintre principalele metode de conservare a masei plantelor și se realizează prin fermentație controlată sub influența acidului lactic, a bacteriilor cocoide și în formă de bastonaș.
Bacteriile descompun gunoiul de grajd animal, rezultând metan, un compus de hidrocarburi care este folosit în sinteza organică.
Prin crearea condițiilor necesare pentru activitatea microorganismelor benefice, fermierul îmbunătățește semnificativ starea plantelor și crește productivitatea acestora. În același timp, utilizarea îngrășămintelor minerale scumpe și nu întotdeauna prietenoase cu mediul poate fi redusă semnificativ. Produsele biologice noi, extrem de eficiente, bazate pe bacterii vii, care au proprietăți specificate care sunt valoroase pentru plante, vă vor ajuta aici.
Să ținem cont de faptul că în natură există o competiție constantă între microorganisme pentru habitat, nutriție, umiditate etc. Alături de microflora utilă, există și microfloră dăunătoare plantelor. Toată lumea cunoaște reprezentanți precum mucegaiul pudră, diverse putregaiuri cauzate de ciuperci din genul Phytophthora, Rhizoctonia, Fusarium și altele, precum și bacterii specifice care provoacă, de exemplu, bacterii mucoase.
În prezent, au fost create produse biologice microbiene care au un puternic efect protector și stimulator. Ele asigură o bună prevenire a plantelor împotriva bolilor și daunelor cauzate de fitopatogeni, măresc productivitatea, îmbunătățesc calitatea și structura culturii. În principiu, fiecare grădinar, cu tehnici simple și utilizarea produselor biologice, poate îmbunătăți semnificativ comunitatea microbiană din solul parcelei sale sau dintr-o seră, reducând astfel utilizarea de substanțe chimice.
Îngrășămintele minerale sau pesticidele din grădină sunt adesea folosite nerezonabil de intensiv, ceea ce este periculos pentru mediu și sănătatea umană. Metodele biologice naturale fac posibilă reducerea utilizării „substanțelor chimice” și obținerea de produse care îndeplinesc cele mai stricte cerințe de mediu. Prin urmare, preparatele microbiene sunt demne de cea mai largă utilizare. În parcelele de grădină, acestea vor ajuta într-o oarecare măsură să înlocuiască microflora benefică a gunoiului de grajd limitat, vor servi ca un bun adaos la compost și vor reduce dramatic aplicarea îngrășămintelor minerale. Microorganismele care stau la baza noilor produse biologice sunt bacterii fixatoare de azot care trăiesc pe rădăcinile plantelor non-leguminoase și interacționează îndeaproape cu plantele. Astfel de bacterii sunt numite asociative. Ele pot rămâne viabile mult timp în turba sterilă, astfel încât turba este folosită ca umplutură pentru cultura bacteriană. Preparatele de turbă sunt potrivite pentru utilizare în termen de un an de la data fabricării.
Produsele biologice asociative pot fi utilizate în mai multe moduri: înainte de însămânțare, materialul de semințe umezit (semințe, tuberculi) este amestecat cu medicamentele în proporție de 1:100 sau 1:200 în volum; se toarnă un strat subțire în brazdele patului înainte de a însămânța semințe de legume; Când plantați plante în gropi, adăugați 0,5 lingurițe de preparat de turbă și amestecați-l cu solul.
Bucătărie de pământ sau ajutoare invizibile ale fermierului
Noi, utilizatorii terenului, ne confruntăm cu sarcina de a-l folosi eficient. Acest lucru necesită o înțelegere a proceselor care asigură fertilitatea solului și un astfel de concept precum humusul. Atât de mulți oameni echivalează „humus” și „humus”, dar acest lucru nu este în întregime adevărat. Pentru a înțelege, vom începe cu originile întregii vieți de pe Pământ. Și această sursă nu este undeva departe, ci în apropiere - în „frunzele” plantelor din jurul nostru. Acolo se formează compușii organici primari, dând naștere tuturor viețuitoarelor, numite carbohidrați. Din numele însuși este deja clar că aceștia sunt compuși formați din carbon și apă, dar în viața de zi cu zi suntem mai familiarizați cu cuvântul „zahăr”.
Da, carbohidrații sunt zaharuri primare: glucoza, fructoza... Și se formează în partea verde a frunzelor plantei (numită clorofilă) sub influența energiei luminoase de la Soare, deci carbohidrații pot fi numiți „energie conservată a Soarelui. ” Zaharurile primare sunt un fel de „blocuri” din care sunt construite și compuse toate țesuturile organice ale plantelor, ciupercilor și animalelor. Voi face imediat o rezervă cu privire la motivul pentru care am numit aceste trei grupuri de creaturi terestre, concentrându-vă atenția asupra lor: conform celor mai recente idei ale oamenilor de știință, ciupercile (judecând după caracteristicile lor) nu pot fi clasificate nici ca plante sau animale. Acestea sunt cele mai vechi și numeroase creaturi de pe planetă în ceea ce privește compoziția speciilor. Dar să continuăm. Glucidele rezultate pătrund în țesuturile plantelor, în celulele acestora, unde are loc sinteza (formarea) altor substanțe, mai complexe atât ca structură, cât și ca compoziție chimică. Atunci când la carbohidrați se adaugă alte substanțe chimice, se formează noi compuși organici: proteine, grăsimi, vitamine, substanțe extractive și aromatice, pigmenți etc.
Pentru formarea lor, plantele, pe lângă carbonul și apa menționate mai sus, au nevoie de nutrienți suplimentari, principalii fiind azotul, fosforul, potasiul - au nevoie de mulți dintre ei, motiv pentru care sunt numite „macroelemente”. Plantele necesită mai puțin alte elemente (cobalt, zinc, magneziu, iod, fier, fluor, mangan...), ele sunt numite „microelemente”. Prin conectarea „blocurilor” de carbohidrați între ele, plantele construiesc polizaharide, sau polimeri, din ele, de exemplu. având o formulă structurală uriașă. Acestea sunt lignina și celuloza - compuși foarte puternici și stabili care formează cadrul, baza scheletului țesuturilor plantelor. Dar de unde obțin plantele elemente chimice? Da, prin absorbția rădăcină a soluțiilor sărate ale acestor elemente chimice. Pentru a face acest lucru, plantele au dispozitive speciale pe rădăcini - „părul” de rădăcină, prin care plantele absorb soluțiile necesare. Dar de unde vin, soluții? Nu, nu toate soluțiile de sol sunt potrivite pentru hrănirea plantelor pe care le-ar putea absorbi. Cel mai adesea, elementele chimice se găsesc în sol nu sub formă de soluții gata preparate, ci în stare „legată”, sub formă de minerale naturale și sărurile acestora. Aceasta nu este încă hrană pentru plante. Ce ar trebuii să fac?
Iar plantele folosesc viclenia. Ele secretă diferite substanțe în zona rădăcinii, numite rizosferă: nutritive, aromatice, extractive etc., atrăgând astfel „ajutoare” (un fel de „bucătari”) care ajută plantele să extragă elementele chimice minerale asociate din sol, dizolvându-le și transformându-se în produse alimentare accesibile. Cine sunt acești „bucătari” - asistenți? Aceștia sunt locuitorii rădăcină ai microcosmosului - microbi - conviețuitori. Ei trăiesc aproape de rădăcini, hrănindu-se cu „fișe de plante” sub formă de secreții de rădăcină; Din punct de vedere științific, acești locuitori sunt numiți microfloră rizosferă, precum și ciuperci simbiotrofe. Dar „ajutoarele” nu se hrănesc ca animalele - nu au aparate și organe digestive (gura, dinți, stomac, intestine) - absorb substanțele necesare cu întreaga suprafață a corpului, iar pentru această capacitate, în funcție de modul se hrănesc, erau numiți osmotrofe („absorbind tot corpul”). Pentru a asigura prezența nutrienților în jurul corpului, „ajutoarele” eliberează enzime (substanțe care descompun diverși compuși) direct în mediul înconjurător și o mulțime dintre ele, astfel încât să se dizolve cu siguranță. Rețineți că la animale, glandele digestive secretă sucuri cu enzime în interiorul canalului digestiv, iar în microbi și ciuperci - afară. Ei bine, când totul în jur s-a dizolvat (defalcat sub acțiunea enzimelor), atunci toată lumea „mănâncă” din această „masă” comună, inclusiv plante. Dar voi sublinia: toate acestea sunt posibile numai datorită enzimelor microbilor și ciupercilor, adică. degradare enzimatică.
Astfel, nutriția minerală radiculară a plantelor în habitatul lor natural (rădăcinile în sol) are loc indirect, adică. datorită microbilor și ciupercilor simbionte (cohabitanți). Acesta este un punct foarte important. Unele plante nu pot trăi fără simbioți (bacterii sau ciuperci). Dar în timp ce vorbim despre nutriția plantelor, vorbim despre cum se acumulează materia organică, adică. masa vegetală. Să vedem ce elemente și în ce cantitate vor fi în această masă: cel mai mult carbon - 50%; oxigen - 20%, azot - 15%, hidrogen - 8%. Dar plantele obțin aceste elemente chimice din aer și apă. Și rămân doar 7% pentru minerale: fosfor, potasiu etc. Adică, macro și microelemente din nutriția plantelor nu necesită „nimic”. Plantele, prin asimilarea dioxidului de carbon din aer, satisfac 50% din hrana lor - astfel, rolul frunzelor si al radacinilor in alimentatia plantelor este aproximativ acelasi. Rădăcinile plantelor absorb apa și elementele chimice dizolvate în ea. Azotul sub formă de compuși azotați vine în două moduri: din rezervele solului și din aer. Azotul este fixat din aer datorită bacteriilor din rizosfere, care se numesc rizobii („trăiesc pe rădăcini”). Astfel de detalii din viața plantelor ne vor fi utile pentru raționamente suplimentare.
Deci, plantele au crescut de-a lungul sezonului, au acumulat o anumită masă și au colectat elemente chimice și energie solară în țesuturile lor sub formă de carbohidrați simpli. La scară planetară, este vorba de aproximativ 230 de miliarde de tone de materie uscată, care a acumulat de zece ori mai multă energie decât este produsă prin arderea tuturor tipurilor de combustibil într-un an! Acest fapt indică faptul că sursa de dioxid de carbon pentru nutriția cu carbon a plantelor nu o reprezintă cazanele și incendiile, nu evacuarea mașinilor, ci dioxidul de carbon eliberat în timpul respirației locuitorilor solului: microbi, ciuperci, viermi (avand grijă să crească numărul acestora în solul, creștem randamentul).
Și așa, a venit toamna și toată această materie organică sezonieră sub formă de iarbă și așternut de frunze s-a ofilit și a căzut la pământ. Cine a primit-o? Cine în natură este atât de lacom încât să poată mânca atât de mult? Și aceștia sunt reprezentanți ai microcosmosului solului: microorganisme (bacterii, actinomicete, drojdii, protozoare), ciuperci - saprofite (mâncători morți) și animale din sol: anelide, insecte... Nu merită să le enumerați pe toate, pentru că cele mai vorace din asta lista sunt anelide (viermi de pământ), vizuini, așternuturi, bălegar etc., în total 97 de specii în țară). Și deși masa microbilor cu ciuperci și masa viermilor sunt aproape aceleași, masa viermilor este totuși mai mare: de la 50 la 70% din biomasa totală a solului. Acesta este un fapt important al echilibrului biologic.
Dar să mergem în ordine, cine este primul care începe să „mânânce” acest detritus (rămășițe organice în descompunere)?
Să luăm în considerare acest lucru folosind exemplul unei păduri și al așternutului de frunze. Ce se întâmplă sub acest „mulci” natural (acoperire de suprafață)? Deoarece gunoiul de pădure, precum iarba „pâslă” din pajiști, se descompune pe o perioadă lungă de timp, este stratificat și prezentat sub formă de straturi cu diferite grade de distrugere: superior, mijlociu și inferior, cu anumiți reprezentanți ai microflorei și ciupercilor. inerente acestor straturi; toți sunt saprotrofi (mâncători de morți). Secvența dezvoltării lor în etapele inițiale ale descompunerii așternutului se desfășoară conform următoarei scheme (stratul superior):
În primul rând, bacteriile și ciupercile inferioare se stabilesc aici, consumând compuși organici ușor disponibili (solubili în apă);
Ele sunt urmate de reprezentanți ai ciupercilor marsupiale și ciupercilor imperfecte care consumă amidon (zahăr mai complex);
Ele sunt înlocuite, pe măsură ce reziduurile vegetale se descompun, cu basidiomicete, care descompun lignina și celuloza (cele mai complexe zaharuri sunt polimerii). De fapt, acesta este deja stratul mijlociu de așternut (frunze pe jumătate descompuse care și-au pierdut contururile).
Și mai jos este un strat de humus, omogen ca compoziție mecanică. În ea, materia organică fără structură este deja strâns asociată cu partea minerală a solului, adică aceasta este deja humus. Reprezentanții tipici ai acestui strat de ciuperci sunt șampioanele, umbrelele, gândacii de bălegar, pufballs și puffballs. Aceștia sunt toți saprotrofe (devoratorii morți), rolul lor este important și definit în ciclul substanțelor din natură: să descompună compuși organici complecși în compuși mai simpli, motiv pentru care sunt numiți și descompozitori („în descompunere”). Și pentru aceasta (amintiți-vă de metoda osmotrofică de hrănire a microbilor), ei secretă o cantitate imensă de enzime în țesutul vegetal mort în descompunere - așa cum este cazul simbioților, singura diferență fiind că enzimele lor sunt diferite; Ciupercile au enzime mai puternice. Substanțele organice complexe fermentate sunt descompuse în „blocuri de construcție” (monomeri), care sunt absorbite de microbi și ciuperci - saprotrofe.
Să ne imaginăm acest „bulion” de microbi și materie organică dizolvată. Enzimele sunt izolate, și își fac treaba - digeră - sub acțiunea lor, diverse reziduuri vegetale sunt digerate, nu în stomac (ca la animale), ci peste tot în jur. Și cine „smulge de la masa comună” este plin. Mai exact, fiecare va absorbi în sine ceea ce este capabil.
Să lămurim încă o dată că rolul saprofitelor este simplu: de a descompune și asimila, digerând reziduurile vegetale. Acesta este un fel de „magazin de hrănire” a solului, deoarece o mulțime de microbi se înmulțesc până se epuizează hrana (așternut de frunze și iarbă). Dar cu toate acestea, microbii eliberează multe alte substanțe chimice în sol, produse ale activității lor vitale: substanțe biologice active (BAS). Datorită acestora, procesele de polimerizare sub formă de reacții biochimice au loc în sol din monomeri care nu au avut timp să fie „mâncați” de microbi și ciuperci. Polimerii rezultați, combinându-se cu elementele minerale ale solului, reprezintă humusul primar de origine microbiană și fungică (se mai numește și humus acid - „pestilenă”). Acesta este al doilea rol al „ajutorilor”: din ceea ce au digerat, dar nu au avut timp să „mânânce”, a fost sintetizat (format) humusul. Astfel, saprofitele sunt, de asemenea, depozitul primar de nutrienți în sol. Deși aceste procese au loc în sol independent de ele, datorită lor, secrețiile lor. Iar procesele de formare a humusului sunt posibile numai în ultima etapă de descompunere a detritusului, cu accesul obligatoriu al oxigenului, din care există mult în așternut. Procese similare apar în pajiști, sub așternut de iarbă sau „pâslă”, singura diferență fiind că microbii (actinomicete, bacterii) joacă un rol major aici, mai degrabă decât ciupercile, iar humusul rezultat este de calitate superioară.
Aici s-a încheiat rolul saprofitilor. Dar „corpurile lor îngrășate”? Sunt „mâncate de plante”? Nimic de genul asta. Și apoi „monstrii” se târăsc sub formă de râme (să le numim așa pentru simplitate) și devorează toți microbii și ciupercile împreună cu resturile de detritus și sol. Sunt ca balenele din ocean, cu singura diferență că nu au dispozitive de filtrare și trec mult pământ prin tubul lor digestiv împreună cu ceea ce se află în el, digerând totul. Rețineți că masa totală a microbilor și masa viermilor sunt aproape aceleași. Este un echilibru.
După digestia microbilor și a reziduurilor vegetale de către viermi, procesul de descompunere a substanțelor organice a fost complet finalizat. Unde a început este cum s-a terminat: eliberarea de dioxid de carbon și apă și mineralizarea elementelor chimice. Și același lucru se întâmplă în corpul nostru: totul se descompune în dioxid de carbon și apă, iar din această degradare, datorită ei, primim energia Soarelui, pe care plantele au păstrat-o cu clorofila lor sub formă de carbohidrați simpli. Dar microbii sunt „carne” pentru viermi (o sursă de proteine animale), iar resturile vegetale sunt „pâine” (o sursă de carbohidrați). Apropo, anelidele în condiții naturale sunt principalii consumatori de resturi de plante moarte; ele concurează cu microbii și ciupercile în acest sens - curăță tot ceea ce alții nu au mâncat de la „masa” comună. Dar, după ce au digerat toată această „bucătărie”, viermii (la fel ca animalele, ca tine și mine), absorb doar o parte din „hrana lor”, restul este excretat cu coproliți (excreție-fecale sub formă de bulgări, pietricele). Compoziția coproliților include: partea nedigerată a hranei lor, sucuri digestive, produse ale excreției lor, substanțe mucoase, microflora intestinală... Coproliții viermilor sunt solul însuși. Da, nu fi surprins, în stadiul actual acesta este un fapt dovedit. Prin urmare, rolul procesului digestiv al râmelor este foarte mare. De exemplu, substanțele biologic active (BAS) ale coproliților au proprietăți antibiotice și previn dezvoltarea microflorei patogene (care cauzează boli), procesele putrefactive și eliberarea de gaze fetide, dezinfectează solul și îi conferă un miros plăcut de pământ. Dacă descompunerea biomasei solului ar avea loc de-a lungul căii putrefactive, atunci ne-am sufoca cu toții din cauza duhoarei otrăvitoare a produselor putrefactive de înjumătățire. Amintiți-vă de mirosul (la zeci de kilometri distanță) din depozitele de gunoi și gunoi de grajd de la fermele de păsări și porci. În condiții naturale, acest lucru nu se întâmplă; nu există „humus” în sol; nu are de unde să vină. Și această definiție învechită a „humusului”, care a devenit un cuvânt obișnuit pentru definirea detritusului (materiei organice) din sol, a devenit atât de înrădăcinată în vocabularul nostru, precum mirosurile putrede din hainele lucrătorilor din fermele de păsări și porci (fie ei). iartă-mă pentru această comparație). Dar mai multe despre definiții un pic mai târziu.
Dar igienizarea (curățarea agenților patogeni) a solului este efectuată nu numai de viermi, ci și de microbi, ciuperci și plantele înseși. În conceptul modern (conform datelor științifice), în zona rădăcinilor - rizosferă și în zona hifelor ("mieliului") a ciupercilor - hifosfera, datorită secrețiilor specifice, se creează un mediu favorabil unora. grupuri de microorganisme și ciuperci, și insuportabile pentru alții (patogeni). Acesta este, de asemenea, un fapt dovedit. De exemplu, ciuperca simbiotrofă (care se hrănește numai prin simbioză cu plante superioare) Trichoderma lignorum (a se vedea medicamentul „Trichodermin”, care conține spori fungici) „ucide” până la 60 de agenți patogeni putrefactiv de grădină, agenți cauzali ai multor boli ale plantelor, în special cele fungice: Fusarium, Tutun târziu, Crusta ...Printre microbi, primatul aparține bacteriilor lactice; Acest lucru este deosebit de pronunțat în intestinele noastre, unde acționează ca un tampon - protecție împotriva agenților patogeni putrefactiv. Un alt exemplu este laptele coagulat; nu va putrezi niciodată atâta timp cât există bacterii lactice acolo. Eliberată în mediu cu coproliți de viermi, microflora lor intestinală își exercită efectul și acolo. Dar cel mai important argument în favoarea viermilor: în procesul de digerare a reziduurilor vegetale și a masei microbiene cu ciuperci, în canalul digestiv al viermilor se formează substanțe humice, care sunt polimeri, așa cum știm deja. Acești polimeri complecși diferă în compoziția chimică de humus, care se formează în sol din activitatea microbiană și, în special, fungică. Humusul de viermi este numit și „mull” sau „humus dulce”; este humusul de cea mai înaltă calitate. Polimerii sub formă de acizi humici formați în tubul digestiv al viermilor (nu au stomac) sunt ulterior eliberați cu coproliți și formează compuși complecși cu minerale din sol (humati de litiu, potasiu, sodiu - humus solubil; humați de calciu, magneziu, alte metale - humus insolubil). Aceste substanțe rămân în sol mult timp sub formă de compuși stabili - intensivi în apă, rezistenți la apă și puternici mecanic. Prin urmare, activitatea viermilor previne scurgerea nutrienților mobili din sol și previne eroziunea (distrugerea) solului. În natură, coproliții de viermi conțin până la 15% humus pe substanță uscată, iar în cultură - chiar mai mult (vermicompost).
Să rezumăm tot ce s-a spus. Ne-am uitat până acum la „depozitarii”: ei procesează întreaga masă vegetală sezonieră de materie organică sub formă de așternut de frunze și iarbă, le pun totul sub formă de rezerve în „depozitele” solului sub formă de humus ( acum știm ce este). Să revenim la începutul ciclului substanțelor organice din Natură, la nutriția plantelor.
Să aruncăm o privire mai atentă asupra ajutoarelor lor: reprezentanți ai microflorei rizosferei și ciuperci simbionte. După cum știm deja, plantele noastre „inteligente”, păstrându-și rădăcinile în sol și „gândind” cu rădăcinile lor, eliberează în rizosferă diverse substanțe chimice care atrag microbi și ciuperci - simbioți. Această manifestare a activității „inteligente” a rădăcinilor este vizibilă mai ales atunci când nutriția plantelor nu este echilibrată în cel puțin un element chimic (în special fosfor și potasiu). Plantele, cu secrețiile lor de rizosferă, „dau comanda” simbioților să obțină, de exemplu, fosfor. Comanda a fost acceptată, „hai să luăm fosfor”, adică. simbiontii furnizează plantele în funcție de nevoile lor - vor oferi ceea ce este necesar în acest moment și nimic de prisos - acesta este un fel de filtru biologic și un dispozitiv de dozare care vă permite să echilibrați elementele chimice folosind tehnologia NATURAL. Astfel, rolul microflorei și ciupercilor rizosferei - simbioți - este oarecum diferit de cel al saprofitelor: nu le puneți în „cămară”, ci extrageți-le din ea. Și acest punct important ar trebui să fie clar distins atunci când vorbim despre scopul anumitor microbi pentru a utiliza corect produsele biologice în practică. Dacă este necesar să se producă substanțe nutritive sub formă de humus, atunci acesta este rolul saprofitelor și viermilor. Dacă trebuie să hrăniți plantele la maxim, atunci nimeni nu o poate face mai bine decât simbioții (sper că acest lucru este clar). Și în obținerea hranei pentru plante, nu există egali cu ciupercile simbionte, deoarece sunt uriașe: aria suprafeței de aspirație a hifelor este de o sută de ori (sau mai mult) mai mare decât suprafața de aspirație a rădăcinii. În prezența micorizei (rădăcină fungică), rădăcinile plantelor încetează să formeze fire de păr de rădăcină (amintiți-vă - dispozitive de aspirare), care, cu o „pompă” atât de puternică precum o ciupercă micorizică, devin inutile (de ce să transportați apă în găleți când o pompă) îl pompează?).
Rolul microflorei rizofere este mai modest - aceeași livrare, dar într-o măsură mai mare, a azotului atmosferic și al solului. Este bine dacă ciupercile și microbii se completează reciproc. Dar activitatea rizosferei este subiect de altă discuție.
Între timp, ne-am uitat la modul în care procesele metabolice ale solului au loc în condiții naturale, ce este humusul și procesele de formare a acestuia și ne-am amintit că aceste procese sunt posibile numai în prezența oxigenului atmosferic sub un strat de mulci natural sub formă de iarbă și așternut de frunze. Și nimic altceva, cu participarea obligatorie a microflorei aerobe (care trăiește în prezența aerului și a oxigenului său), a ciupercilor și a viermilor (nu am luat în considerare alte animale din sol, deși rolul lor nu este mai puțin important). Ce se întâmplă într-un morman de gunoi de grajd putrezit? Și asta se întâmplă - procesele de dezintegrare și formarea „HUMUS”.
Să ne uităm la toate acestea în ordine. După ce o grămadă mare de gunoi de grajd a fost îngrămădită, în special așternutul, unde toate procesele vor fi și mai clar exprimate, în prima etapă au loc procese de „ardere” (se spune că gunoiul de grajd „arde”, adică se încălzește cu o creștere a temperaturii la aproximativ 70 de grade). Acest lucru se datorează activității bacteriilor termofile care pot trăi la temperaturi ridicate. Pe scurt: începutul este încălzirea și igienizarea completă a bacteriilor simple. Pentru că la o temperatură atât de ridicată, toate bacteriile eliberate din tractul digestiv al animalelor împreună cu fecalele mor - fiecare care intră în acest „brazier” moare. Susținătorii noștri ai agriculturii „ecologice” bat din palme și strigă: „Ura, am dezinfectat gunoiul de grajd!” Conducte. De ce au fost dezinfectati? Din microflora intestinală benefică, acel tampon care a restrâns dezvoltarea agenților patogeni? Da, microbii benefici au murit cu toții (temperaturile de peste 35,5 grade sunt dăunătoare pentru ei, iar acest lucru trebuie luat în considerare atunci când lucrați cu produse biologice) și rămâne o singură microfloră patogenă - bacili, și nu simple bacterii fără apărare. Și au un nume diferit, astfel încât să se distingă imediat prin capacitatea lor de a lua o formă asemănătoare sporilor. În această stare (stare de spori), aceștia pot fi uciși doar la o temperatură de 120 de grade, care se realizează numai într-o autoclavă, sub o presiune de 2 atmosfere, și apoi fracționat (cu răcire și reîncălzire). Bacilii rămân viabili în această stare asemănătoare sporilor timp de secole.
Deci ce urmează? Gunoiul de grajd s-a racit. Microbii putrefactivi din spori au crescut într-o formă vegetativă, există o mulțime de „grub” de jur împrejur și nu există obstacole (toți „dușmanii” sunt morți), condițiile sunt potrivite - anaerobe, grămada este mare. Ei bine, mergeți mai departe, treceți la treabă: „mânâncă și înmulțește!” Pe lângă toate „avantajele”, au și enzime proteolitice puternice (care descompun proteinele și există o mulțime de proteine în gunoi de grajd, în special în carnea de porc și pui) și pot „mormăi”, în principal proteine (și carbohidrații merg la mucegaiuri, au încolțit și din spori). Apropo, enzimele proteolitice ale anaerobilor putrefactiv sunt atât de puternice încât sunt capabile să „topească” țesutul viu, astfel încât aproape toate sunt agenți cauzali ai infecțiilor letale ale rănilor (cum ar fi gangrena). Acum, acesta este PUS adevărat! Și ce, astfel de procese sunt posibile în Natură? NU dacă ne uităm la sol și DA dacă ne uităm la o mlaștină putrezită sau un cadavru. Aici sunt „ordonate”, dar astfel de fenomene nu apar la scară planetară, având în vedere că cadavrul unui animal lăsat să putrezească este, în primul rând, o raritate, iar în al doilea rând, este minuscul, precum zona mlaștinilor putrezite. . Astfel, nu neg că degradarea este un fenomen natural, dar neg că este caracteristică proceselor de formare a solului. Nu există „humus” în solul sănătos până când îl adăugați singur acolo, acest „humus”. Numai atunci să nu fii surprins de unde a apărut în zona „fertilizată” mucegaiul târziu, crusta, mucegaiul... sau de ce mâna ți s-a umflat de la zgârietură. Există o singură sursă - „humus”. Mai mult, toate procesele putrefactive nu ajung niciodată la final (cu acest tip de descompunere a materiei organice), ci până la așa-numitul „timp de înjumătățire”, deoarece au loc fără acces la oxigen. La putrezire, se eliberează în mod necesar produse toxice cu timpul de înjumătățire - gaze putrefactive: metan, hidrogen sulfurat, indol, skatol...
Aceste gaze miros foarte urat. Și dacă brusc „mirosiți” mirosuri neplăcute, știți: undeva în apropiere există o degradare putrefactivă a substanțelor organice. Și pentru a recunoaște acest lucru, nu este necesară cercetarea de laborator; natura ne-a răsplătit cu înțelepciune cu un laborator natural intern: simțul olfactiv - astfel încât să putem recunoaște instantaneu ce putem „mânca” și ce nu putem mânca. Amintiți-vă, tot ce este rău întotdeauna „miroase” rău, dar tot ceea ce este bun emană aromă. Și dacă descoperiți că solul din ghiveciul de flori sau din patul de grădină emite un miros putred sau „putred” (din cauza activității ciupercilor de mucegai) - aveți grijă, salvați rapid plantele și solul din grădină. Fugi nu la magazinul de produse chimice, ci la cel mai apropiat Templu al Naturii - o pădure sau un câmp de pajiște, unde niciun om nu a mai trecut - și cere-i ajutor.
Material pregătit Dobrin Yu.M. , parcela 599.
