Среди термофильных бактерий обнаружены формы с автотрофным типом питания. Они изучены, однако, чрезвычайно поверхностно. Этим микробам посвящены единичные работы, которые мы рассмотрим ниже в хронологическом порядке.
Одна из наиболее ранних работ по термофильным железобактериям была выполнена Миоши (Miyoschi, 1897). Он нашел в термах Японии, имеющих температуру 41—45°, железобактерии, образующие на дне водоемов массовые скопления гидрата окиси железа. Этот осадок имел ватообразную структуру и был окрашен в охряно-красный цвет.
Микроскопирование позволило обнаружить наличие в нем нитевидных бактерий с диаметром клеток 0.5—1.0 μ.
Внешний вид этих бактерий весьма напоминал Leptothrix ochraceae Kutz. Микрохимические реакции показали, что гидрат окиси железа откладывается не только вне клетки, но и в ее оболочке.
В осадках наблюдались также спирохетообразные клетки, похожие на Spirillum ferrugineum. Наряду с отмеченными организмами имелись более толстые нити, которые напоминали так называемые Psichochromium-образования.
Железобактерий типа Siderocapsa в водах с температурой 52—57° наблюдал Дюфренуа. Волкова (1939) отметила наличие бактерий из рода Gallionella в источниках пятигорской группы, но лишь в том случае, если температура воды не превышала 27—32°. В водах с более высокой температурой железобактерии отсутствовали совершенно.
В термах, содержащих сероводород, Миоши установил наличие серобактерий даже в том случае, если температура воды была почти 70°. По данным Миоши, скопления серобактерий имели нитевидную структуру, причем длина их варьировала в пределах 0.5—20 см. Аналогичные, но менее обстоятельные наблюдения несколько раньше были сделаны Мейером и Аренсом.
Оседание серы на данных нитях отмечалось лишь на дне неглубоких источников, имевших быстрое течение. В более глубоких водоемах сера оседала лишь на предметах, находившихся близко к поверхности воды. В стоячих водоемах, в силу слабой аэрации их воды, развития серобактерий не происходило.
Цвет осаждающейся серы отличался в зависимости от быстроты течения воды. В быстротекущих потоках он был слабожелтым, почти белым. В слабых потоках сера принимала более интенсивное желтое окрашивание. В разных участках одного и того же источника осаждающаяся сера, в зависимости от указанной обстановки, имела разный цвет.
Отмеченное нами явление зависит от того, что в медленных потоках формируются достаточно крупные кристаллы серы в ромбических октаэдрах или в моноклинических призмах, которые сильно преломляют свет.
В быстротекущих водах сера оседает в виде мелких аморфных частиц с примесью неполно образовавшихся призм. Они отражают световые лучи и определяют белый цвет налета. Между описанными нами крайними типами осаждений серы можно найти все переходные ступени. В частности, цвет осадка может быть изменен посторонними примесями. В быстрых потоках длина обрастаний достигает 20 см, в медленных — оно значительно меньше и не превышает 0.5—3 см. В ручейках длинные космы бактерий изящно извиваются по направлению движения воды.
В препаратах видно, что обрастания состоят из длинных нитей, образованных из ряда клеток. Сера аккумулируется во влагалищной слизи, имеющей вязкую консистенцию. Она растворяется в КОН и HCl, но не в воде. По внешнему виду бактериальная нить напоминает Leptothrix.
Отдельные клетки бактерии — изогнутые или вибрионообразные, имеют длину 6—28 μ, при ширине 1.4 μ. Они активно подвижны и имеют многочисленные перитрихиально расположенные жгуты.
Миоши на основании опытов приходит к заключению, что изученный им организм откладывает серу вне клетки. Процесс окисления H2S в серу (а, возможно, далее в H2SO4) имеет для этого микроба энергетическое значение. В другом источнике были обнаружены также нитевидные серобактерии, аналогичные только что описанным, но имевшие значительно меньшую ширину клеток (около 0.3 μ).
Более детально Миоши не изучал физиологии термофильных серобактерий. Нам представляется, что они весьма близки к бесцветным нитчатым серобактериям, найденным Разумовым (1932) в воде артезианского колодца под Москвой. Эта форма принадлежит к мезофилам и, по мнению Разумова, относится к семейству Beggiatoaceae.
В 1910 г. Георгевич (Georgewitch) описал спороносную бактерию Bac. thermophilus vranjensis, которая могла окислять сернистые соединения, откладывая серу в клетке. Микроб обладал способностью развиваться на органических средах.
По наблюдениям Дюфренуа, серобактерии рода Thiothrix растут в термах, имеющих температуру до 50°, а представители семейства Beggiatoaceae встречаются в более холодной воде.
Афанасьева-Кестер (1929), исследовавшая псекупские сероводородные источники под Краснодаром, находила в водах с температурой 40° Beggiatoa alba, В. leptomitiformis и В. minima. Первые две бактерии могли развиваться при более высокой температуре — до 50°.
Серобактерии и тионовокислые бактерии были обнаружены Эмото (Emoto, 1933) и Чурда (Czurda, 1935) в термах. Последний исследователь изучал горячие источники Словакии с температурой около 60—70° и содержащие сероводород. В воде с температурой 40° можно было обнаружить виды Beggiatoa и Chromatium. При более высокой температуре (48—58°) водоросли не развивались, но здесь имелись отложения серы. В них была богатая бактериальная флора, среди которой выделялись нити актиномицета и толстая спирилла. По месту, в котором она была выделена, данная спирилла была названа Чурда Thiospirillum pistipnse. Это — автотрофный микроб, окисляющий восстановленные соединения серы. Длина его клеток 14—22 μ, при ширине 1.2—2.0 μ. Клетки имеют слегка изогнутую форму. Оптимальная температура около 48°. Автор высказывает мысль, что Thiospirillum pistiense в анаэробных условиях восстанавливает сульфаты и серу в сероводород. Это нам кажется маловероятным.
В исследованной ассоциации имелся и другой компонент — серобактерия, описанная Чурда как два довольно близких варианта — Thiobacillus № 1 и Thiobacillus № 2. Это небольшие палочки (0.5 X 1.0 μ), весьма похожие на Thiobacillus therminatus Emoto. Они встречаются в водах с температурой около 60° и по типу питания причислялись автором к автотрофным организмам.
Егорова (1936), исследовавшая горячие источники в Брагунах, отметила нахождение в них серобактерий при температуре около 80°. Волкова (1939) установила нахождение серобактерий из рода Thiobacillus в горячих источниках пятигорской группы при температуре воды около 60°, а при более низкой температуре находила виды Thiothrix, Thioploca, Chromatium и Beggiatoa.
Мезофильные бактерии, приспосабливаясь к жизни при повышенной температуре, могут заметно менять свойственные им признаки. Это довольно красочно выявлено в исследовании Волковой, которая нашла в термах бактерии, весьма сходные с Thiobacillus thiooxydans Waksmann. Однако термофильные варианты, окисляя тиосульфаты, выделяли элементарную серу как в клетке, так и вне ее, что несвойственно мезофильным формам. Между отмеченными бактериями были и другие довольно существенные различия.
Родина (1945) в горячих источниках Таджикистана находила серобактерии типа Thiobacillus thioparus, если температура воды не превышала 60°. Не исключена возможность, что эти бактерии были аналогами форм, отмеченных Волковой.
Очевидно, что некоторые серобактерии все же могут развиваться при более высоких температурах, чем приведенные. В то же время отдельные роды плохо приспособляются к повышенной температуре. Так, например, до сих пор в термах не найдены теплолюбивые представители рода Thiophysa.
Следует указать, что представители одного и того же рода далеко не одинаково адаптируются к повышенной температуре. Это хорошо видно из данных Миоши. Весьма нередко развитие тех или иных микроорганизмов определяет не температура, а химический состав воды.
Переходя к вопросу о термофильных нитрификаторах, мы остановимся на работе Кампбелл (Campbell, 1932), которая довольно часто цитируется в литературе. Кампбелл описала термофильную бактерию Nitrosollacillus thermophilus, окисляющую аммиак до нитритов. Бактерия была получена из обогатительной минеральной среды, зараженной почвой, причем изоляция ее производилась микроманипулятором.
Организм оказался типичным термофилом с положением температурного оптимума около 55—60° и минимума около 40°. Температура в 100° не убивала его спор за 8 часов. Лишь стерилизация при 120° в течение 6 минут приводила к гибели культуры. Бактерия представляла собой облигатно аэробную подвижную спороносную палочку, расположенную одиночно или в цепочках. Терминальные споры превосходят диаметр клетки. Размер клеток 1—2 μ х 3.8—8.0 μ. Окраска по Граму положительная. На минеральной агаровой среде бактерия дает небольшие белые колонии. Окислительная способность бактерии весьма невелика. На 1 л среды образуется 4—5 мг нитритов. Наиболее благоприятно реакция протекает в щелочной зоне.
Бактерия растет на всех общепринятых питательных средах, но на некоторых из них ее нитрификационная способность ослабляется. К сильным ингибиторам должна быть отнесена глюкоза.
Кампбелл утверждает, что окисление аммиака является для бактерии энергетической реакцией. Сообщение Кампбелл было опубликовано 16 лет назад и носило предварительный характер. Весьма краткое изложение фактов не позволяло критически оценить напечатанный материал. Тем не менее с основным выводом автора согласиться нельзя. В данном случае вряд ли имелся автотрофный организм, живущий за счет энергии, получаемой при окислении солей аммония. Количество накопляющихся в среде нитритов весьма мало, и организм за счет окислительной реакции существовать не может. Очевидно, Nitrosobacillus thermophilus является олигонитрофильной бактерией, у которой слабое окисление аммиака является побочной реакцией. Мезофильные бактерии с подобными свойствами были описаны многими исследователями.
К типичным нитрификаторам Nitrosobacillus thermophilus отнесен быть не может.
Имеющийся у нас оригинальный материал позволяет заключить, что автотрофные тарификаторы, вызывающие первую фазу процесса, не могут развиваться выше 50°. Бактерии второй фазы нитрификации перестают развиваться при более низкой температуре.