Оказывается, у гнилостных бактерий, как вообще у многих бактерий, имеются органы движения, знакомые уже нам жгутики, при посредстве которых они могут самостоятельно передвигаться.
Как ни благодетельствуют нас эти наши друзья, без которых самая жизнь наша была бы невозможна, однако, надо быть с ними настороже; все бактерии коварны. В то время как тело животного только что начало разлагаться и еще нисколько не напоминает собой порченного мяса, в нем могут под влиянием бактерий образоваться страшные яды, унесшие в могилу немало людей, съевших такое ядовитое мясо. Особенно часты случаи отравления так называемым рыбным ядом, который при страшной силе действия на организм, ничем не выдает своего присутствия. При дальнейшем тлении трупов, эти яды сами разлагаются и исчезают.
Животное уже при жизни выбрасывает значительное количество воспринятых питательных элементов в виде кала и мочи. Все эти отбросы также перерабатываются микробами и минерализируются, после чего могут служить пищей для растений. Уже выше было сказано, что в кишечнике человека и животных имеется колоссальное количество бактерий. Они разлагают гнилостными процессами каловые массы уже внутри тела, а затем довершают разложение после того, как они извергнуты наружу.
Когда мы отвозим навоз в поле, мы часто не знаем, что это удобрение становится доступным для наших культурных растений только после переработки его микробами, незаметными кормильцами растений. Значительная часть азота, принятого в пищу животным, выделяется в виде мочи.
Азот — самый ценный для растений элемент, которого они жадно ищут повсюду и с которым обходятся крайне бережно. И вот, азот мочи становится доступным для растений, благодаря особому виду бактерий, производящих брожение мочи, открытое Пастером. Эти оригинальные химики разлагают главную составную часть мочи человека, мочевину, на углекислый газ и аммиак, производя таким образом, ее полную минерализацию. А воспринятый растениями азот аммиака переходит в них в такие питательные вещества, которые поддерживают жизнь животных и человека. Таким образом, бактерии брожения мочи также являются нашими благодетелями.
Безазотистые органические вещества, количество которых особенно велико в растениях, после смерти организма разлагаются прежде всего в громадных количествах в процессах спиртового, молочнокислого и маслянокислого брожения.
Дрожжи, поселяющиеся всегда там, где имеется запас сахара, на оболочках всех плодов, на ягодах винограда и других растений, только и ждут возможности проникнуть внутрь плода и вызвать там массовое разложение сахара с образованием спирта и углекислого газа. Образовавшийся спирт подхватывается сопровождающими дрожжи бактериями уксуснокислого брожения, которые превращают спирт в уксусную кислоту, то есть частично сжигая его. Те же самые бактерии при недостатке спирта действуют дальше и сжигают уксусную кислоту до углекислого газа и воды, но чаще это довершение минерализации сахара производят другие бактерии, не представляющие собой таких узких специалистов как возбудители разных брожений и обеспечивающие себе существование своей неприхотливостью и способностью при дыхании сжигать самое плохое топливо. Совокупность всех только что описанных работ микробов превращает сахар в минеральные продукты — углекислый газ и воду.
Другой путь минерализации безазотистого вещества, имеющий колоссальное распространение в природе, ведет через маслянокислое брожение. Бактерии, производящие это брожение, принадлежат к различным видам.
Поэтому то при брожении виноградного сока можно не прибавлять искусственно дрожжей.
В недрах сырой земли, на дне болот, в топях ила, всюду, куда не проникает живительный луч солнца, где царит мрак и смрад, неустанно работает могучий маслянокислый микроб и количество разложенного им материала значительно превышает те массы растительного происхождения, которые перерабатывает человек в своей технике. Если в искусственной культуре дать микробу хорошо подходящие ему условия, то из сосуда будет течь непрерывная струя газа, результат великолепной химической работы бактерии. Газ состоит из углекислоты и горючего водорода. В несколько минут мы можем набрать полный большой баллон этих газов и в природе такой процесс идет в необъятных размерах, не останавливаясь ни днем, ни ночью. Изумительные работники не знают ни минуты отдыха. Как жалка по своим размерам вся фабрично-заводская техника человечества по сравнению с гигантским размахом химического производства, идущего в природе при содействии различных микробов брожений. II с какой легкостью работают микроорганизмы спиртового и маслянокислого брожений. Как будто ничего не может быть проще превращения сахара и других безазотистых соединений в различные газы и кислоты, или спирты. А между тем, мы, люди, несмотря на все старания, пока еще не в состоянии произвести этих явлений в наших богато обставленных химических лабораториях, хотя бы в малом размере. Мы можем только изумляться…и учиться у бесконечно малых существ. Мы не будем рассматривать здесь всех брожений, число которых весьма велико, мы только познакомимся с парой примеров разрушения крайне прочных веществ, прежде всего с брожением клетчатки. Клетчатка представляет собой вещество, из которого построен остов, скелет растений. Она составляет главную массу тела крупных растений, особенно деревьев и, несомненно, по своей массе стоит на первом месте среди всех горючих органических веществ на земле. В химическом отношении клетчатка замечательна тем, что без нагревания почти не поддается действию самых едких жидкостей и почти ни в чем не растворяется. Даже крепкие кислоты и щелочи не растворяют клетчатки при обыкновенной температуре. Очищенная вата, лучшие сорта пропускной (фильтровальной) бумаги представляют собой почти химически-чистую клетчатку. Бумага непрочна и легко разрывается только потому, что представляет собой войлок тончайших нитей. Если, однако, спаять все эти нити в одну сплошную массу, то получается весьма прочный материал; в Америке такую клетчатку применяют для выделки вагонных шин и других предметов, требующих большой прочности. Древесина представляет собой слегка измененную клетчатку, пропитанную некоторыми веществами, придающими ей большую хрупкость, меньшую гибкость и прочность, но за то также способность всасывать в себя больше воды.
После смерти растения белковые и другие питательные вещества, из которых состоит их живое тело, быстро уничтожаются различными микроорганизмами, а остов, состоящий из клетчатки, остается в течение долгого времени нетронутым, так как вследствие своей прочности легко противостоит натиску мелких живых существ. Всякий, кому приходилось гулять по буковому или дубовому лесу, не мог не обратить внимания на толстый упругий ковер сухих листьев, в которых тонет нога и который накапливается в течение нескольких лет. Это все остовы листьев, состоящие из клетчатки. Однако, с течением времени и клетчатка исчезает, разрушается и переходит в простейшие минеральные соединения. Солома в навозе, также состоящая из клетчатки, при благоприятных условиях также истлевает и уничтожается каким-то способом, который долгое время оставался таинственным. В настоящее время мы знаем, что существуют некоторые бактерии, способные производить брожение клетчатки. Их обнаружить можно так: приготовив раствор необходимых для микробов минеральных солей, прибавляют к нему в качестве питательного материала только нарезанную полосками фильтровальную бумагу и заражают такую жидкость крошечным кусочком навоза. В навозе имеется огромное разнообразие микробов, но почти ни один из них не развивается из-за недостатка пищи. Кормиться одной только бумагой не под силу даже неприхотливым бактериям. Прекрасно чувствуют себя лишь специалисты по сбраживанию клетчатки; они разъедают бумагу и производят брожение, с выделением газов, от которых бумага всплывает на поверхность, увлекаемая током пузырьков. Этот процесс имеет, конечно, колоссальное значение в круговороте веществ: благодаря ему органическое вещество, находившееся в огромном количестве в форме, недоступной для обыкновенных живых существ, минерализируется и снова становится им доступно.
Какова же должна быть мощность тех химических средств, которыми располагают удивительные микробы, так легко и бурно разлагающие такой прочный материал! Еще один случай, наводящий химика на глубокие размышления о том, как бы выведать у бесконечно малых их секрет и применить его в широких размерах на пользу науки и техники.
Существуют в природе и другие способы массовой переработки клетчатки, а также иных близких к ней веществ. При этом происходит как бы медленное тление, сопровождаемое обугливанием. Так накопились огромные массы торфа и каменного угля, фундамент современной техники. Когда эти залежи будут истреблены, промышленность должна будет либо сойти на нет, либо обратиться за помощью к науке, в поисках нового источника энергии. И, по всем видимостям, такой момент должен в конце концов наступить.
Само собой разумеется, что работа всех описанных микроорганизмов, вызывающих брожения, полезна человеку только по случайному совпадению. По существу бактерии направляют свою деятельность на разложение веществ сложного состава, из которых образуются более простые. Это и составляет общий принцип, их деятельности. В некоторых отдельных случаях такое разложение вещества может быть, наоборот, вредно для человека потому, что оно разрушает продукты его техники. Так, например, уксуснокислое брожение может причинить большие убытки, если оно разовьется само собой в ценных напитках, содержащих спирт. Маслянокислое брожение, столь необходимое в природе, весьма нежелательно в том случае, если оно разойдется в пищевых продуктах.
Всегда вредна и нежелательна для человека деятельность некоторых грибков, разрушающих древесину. Из них особой известностью пользуется один вид так называемого домового гриба. Он превращает постройки, особенно сооруженные из сырого дерева, в мягкую труху; это явление сопряжено с растворением клетчатки, которое гриб производит, повидимому, с большой легкостью, так же, как бактерии, с которыми мы только что познакомились, но никакого брожения клетчатки с выделением газов домовый гриб, повидимому, не вызывает. Вследствие тайной работы этого неустанного вредителя, разрушено много деревянных домов и других построек.
Брожение селитры представляет собой очень нежелательное и невыгодное для земледельца явление. Азот в почве часто находится в недостаточном количестве, а потому земледельцу приходится дорожить им больше, чем всеми другими питательными элементами в земле; урожай главным образом зависит от азотного питания растений. Из всех форм, в которых может оказаться азот в почве, наиболее пригодна для растений селитра; не даром ее привозят в огромных количествах из Южной Америки и употребляют в качестве удобрения. Целый ряд бактерий разлагает в почве селитру, пользуясь этим процессом для добывания жизненной энергии. При бактериальном брожении селитры весь азот улетает в воздух и становится недоступным для растении. Таким образом, коварный микроб не только лишает азотного питания другие более высоко организованные растения, но при этом и сам то азотом селитры не пользуется, а только уменьшает и без того небольшие запасы полезного азота в почве.
Все микроорганизмы, вызывающие брожения, почти никогда не производят полной минерализации органического вещества. Они ограничиваются тем, что более сложно составленные соединения разлагают на более простые. Но целая армия других микробов сразу же нападает на продукты брожения и довершает превращение их в простейшие, так называемые минеральные вещества, уже не способные дальше разлагаться с выделением тепла. Все эти организмы, сопровождающие бродильных микробов на подобие того, как шакалы следуют за львом, чтобы доедать остатки его трапезы, чаще всего бывают неприхотливы и неразборчивы в выборе питания. Они не производят строго-специализированных брожений, но они сжигают при своем дыхании разнообразные вещества, на которые среди более разборчивых организмов нашлось бы мало охотников. В общей работе минерализации сложных веществ они играют не показную роль, но они совершенно необходимы для завершения этого важного процесса.
Однако и среди таких микробов, которые производят не брожения, а сжигания простых соединений, встречаются некоторые узкие специалисты, работа которых незаменима и бросается в глаза своей оригинальностью. Чудеса, открытые микробиологией, были бы недостаточно описаны, если бы мы не обратили наше внимание на подобного рода работников, которым мы в первую голову обязаны обеспечением постоянства жизни на земле.
С тех пор, как великий французский химик Лавуазье открыл закон вечности материи, мы знаем, что количество каждого основного простейшего вещества на нашей планете неизменно и определенно. Поэтому, если такое вещество необходимо для построения тела животных и растений, оно неизбежно должно после смерти этих живых существ переходить в такую форму, в которой может быть снова использовано растениями в качестве питательного материала. От растений оно с пищей будет передано животным, после смерти как тех, так и других организмов снова попадет в почву и будет непрерывно совершать все тот же круговорот. Таким образом, ограниченное, строго определенное количество одного физиологически-важного элемента, благодаря круговороту, может поддерживать жизнь животных и растений в течение бесконечно долгого времени, на подобие того, как ограниченное количество денежных знаков при непрерывном круговороте их из казны в частные руки и обратно, может в течение неопределенно долгого времени поддерживать товарообмен в государстве.