Энергия того или иного микробиологического процесса в значительной мере зависит от интенсивности роста его возбудителей.
Быстрота размножения может весьма сильно колебаться у разных представителей как мезофильных, так и термофильных микробов. Тем не менее уже первые исследователи термофилов отметили чрезвычайно большую энергию развития значительной части культур теплолюбивых микроорганизмов.
При высоких температурах биохимические и синтетические процессы в клетке живых существ должны протекать очень быстро, и это позволяет микробам энергично делиться. Поэтому в культурах термофилов, при наличии оптимальной температуры, спустя небольшой срок после заражения среды отмечается хороший рост микроорганизмов. Видимое развитие термофилов на питательных средах наблюдается подчас через несколько часов после их засева, а гигантские колонии формируются спустя одни сутки, в то время как у мезофилов для этого требуется несколько дней.
Как мы увидим ниже, вычисления показывают, что генерационное время, по крайней мере у значительной части микробов, растущих при высокой температуре, на самом деле чрезвычайно мало.
Жизнь в зоне высоких температур эфемерна, и энергично размножившиеся клетки микробов столь же быстро отмирают. Более подробно вопрос о размножении термофилов разбирается в следующих разделах книги.
Имшенецкий (1938—1944), детально изучавший биологические особенности термофильных микробов, подчеркнул, что Энергия размножения микробов и биохимическая активность в определенном интервале температур подчиняются закону Вант-Гоффа. Ускорение биологических процессов под влиянием повышения температуры продолжается до известного оптимума, после которого уже сказывается ее повреждающее действие. Так как термофильные микробы живут в зоне весьма повышенных температур, то величина температурной активации, в силу Закона Вант-Гоффа, у них проявляется значительно резче, чем у мезофилов.
Мы не предполагаем разбирать вопроса о деятельности микроорганизмов и температурном коэффициенте Вант-Гоффа. Это сделано достаточно полно в книге Имшенецкого «Микробиологические процессы при высоких температурах» (1944), к которой мы и отсылаем читателей. Для нас важно отметить лишь способность термофильных микроорганизмов энергично размножаться при благоприятных условиях окружающей среды.
Быстрое нарастание числа клеток термофильных микробов в субстрате является одной из причин бурного протекания биохимических процессов, вызываемых ими.
Вторая причина активности культур термофильных бактерий определяется быстрым обогащением ими среды специфическими ферментами. Некоторые ферменты термофильных бактерий инактивируются при весьма высоких температурах. Например, как мы уже указывали, по данным Имшенецкого, оптимум для амилазы термофильных бактерий (80°) значительно выше, чем температурный оптимум для соответствующих бактерий (около 60°). Деятельность ферментов подчинена правилу Вант-Гоффа, и энзиматические реакции при высоких температурах значительно ускоряются. Высокое положение температурного максимума ферментов термофилов приводит к сильнейшей активации их работы в зоне, близкой к оптимуму их действия. Таким образом, другая причина биохимической активности термофилов связана с ускорением деятельности ферментов, которое происходит при повышении температуры.
В общем, если допустить, что оптимальная температура у термофильного микроба на 30° выше, чем у мезофила, то при значении Q10 = 2 теоретически вычисляемая скорость процесса у теплолюбивой формы должна быть в 8 раз более высокой, чем у обычной (Имшенецкий).
Обзор наиболее характерных свойств термофильных микроорганизмов позволяет сделать заключение, что они по многим признакам тождественны мезофильным формам данных существ. Однако приспособление к жизни в условиях повышенных температур привело к существенным изменениям, которые, по мнению Имшенецкого, сводятся к следующему.
1. Клетки термофилов способны ассимилировать и диссимилировать при высоких температурах, что основано на физико-химических особенностях их белков.
2. Термофилы обладают способностью чрезвычайно быстро размножаться, но вместе с тем клетки их так же быстро стареют и отмирают. Таким образом, для термофилов характерна эфемерность их существования.
3. Термофилам свойственна высокая биохимическая активность.
4. Жизнь при высоких температурах должна изменить осморегулирующий аппарат, повысить устойчивость клетки к усиливающемуся действию продукта обмена, выработать способность обходиться малыми дозами кислорода, плохо растворимого в горячей воде, и т. д.
Указанные признаки столь важны, что можно говорить о существовании обособленной группы термофильных микроорганизмов.